低压铸造铝合金轮毂用模具表面涂料的实验研究

2018-01-15李志强刘春梅娄振洋关婷婷

装备制造技术 2017年11期

李志强，刘春梅，娄振洋，关婷婷

铝合金轮毂用模具是轮毂成形过程的重要工艺装备[1]。在低压铸造过程中，模具除了受到力与热的冲击，模具的工作表面还与坯料间存在摩擦。在有色金属浇注行业里，使用金属型模具的时候，在模具的型腔里、分型面都要使用涂料，涂料是生产优质铸件不可缺少的辅助材料[2]。涂料的选用及配比对铸件质量起着至关重要的影响[1]。研究优质的模具涂料材料及配比具有十分重要的意义。

某轮毂生产公司低压铸造铝合金轮毂用模具如图1所示，其涂料成分为石墨11#涂料（模修配制）、633#涂料（铸造配制）、395#涂料（铸造配制），搅拌均匀，石墨 11# 涂料的配比为：石墨涂料∶水＝1∶3.虽然以上模具表面涂料能够保证轮毂坯料的生产，由于模具涂料粒度等问题铸件表面粗糙，使部分铸件需要返工打磨，涂料脱落造成铸件产生缩松而报废，导致模具上机班次低，生产效率低、成本高。鉴于在生产中出现的以上问题，研究和开发新的涂料、配比及配制，减少轮毂坯料缺陷，提高模具的生产效率及轮毂坯料的合格率具有十分重要的意义。

图1 低压铸造铝合金轮毂用模具

1 实验方法与涂料选用、配制及厚度

1.1 实验方法

本实验的基材为铝合金低压铸造模具用13#钢，通过用涂料喷枪将配备好的涂料喷至顶模、底模、边模，达到喷涂要求之后，进行上机实验，观察模具在上机过程中铸件的表面光洁度、脱模难易程度、上机工作时间、有无铸造缺陷及涂料脱落程度等。

1.2 涂料选用

根据以上问题，在实验选择涂料时，涂料应具有一定的粘附强度，能牢固地粘附在模具表面上，充型使在铝液冲刷和温度剧烈变化的条件下不开裂、不脱落[3]；涂料应有足够的流动性，以便于喷涂或冲刷至型腔表面[3]；严格控制涂料的粒度，粒度越细，铸件表面越光洁，脱模阻力越小，但粒度太细，涂料的排气性变差[3]；根据工艺要求，型腔表面的不同部位需喷不同导热性的涂料，以调节铸件的顺序凝固[3]。在实验中，选择Y81#涂料（模修配制）、21688#白涂料（铸造配制）、395#涂料（铸造配制）代替石墨11#涂料（模修配制）、633#涂料（铸造配制）、395#涂料（铸造配制）。

1.3 涂料的配制及喷涂

配置前将涂料原液搅拌均匀，倒入搅拌器内，然后徐徐加纯水，配比如下：

（1）395#黄涂料与纯净水的配比（体积比）为1∶6，配制时比例误差为±1；

（2）21688#白涂料与纯净水的配比（体积比）为1∶15，配制时比例误差为±1；

（3）Y81#涂料与21688#涂料与纯净水的配比（体积比）为 1∶1∶18，配制时比例误差为±1；

同时搅拌器运转，搅拌器速度控制匀速搅拌，设定加热温度。涂料使用期限：夏季24 h，冬季48 h，其他36 h.

涂料在喷涂时，在顶模、底模及边模喷涂涂料种类、层次及厚度各有差异，不同位置不同层次所用涂料及厚度如表1所示。

表1 不同层次所用涂料及厚度

1.4 涂层厚度控制点

顶模：减重窝立面、法兰斜面、轮缘侧壁中部。

底模：螺栓孔立面、窗口立面、底模正面。

边模：边模上驼峰处、中间部位、下驼峰处。

2 实验结果分析

2.1 铸件表面光洁度

通过上机试验，选取一个轮毂铸件进行表面观察，轮毂铸件如图2所示，其轮毂毛坯表面光滑，无明显气孔、缩孔、砂眼、裂纹、表面缺陷及形状缺陷，无外观和强度缺陷，铸件表面光洁度好。

图2 轮毂铸件

2.2 脱模难易程度

在上机试验过程中，观察铸件是否易脱模，其脱模过程如图3所示。压铸完成之后，顶模上升，轮毂铸件随着顶模上升，铸件转移台旋转至铸件下方时，顶模顶杆下移，使得铸件脱模，由铸件转移台将轮毂铸件送至自动化辊道，顶模下移、合模，铸造开始。由图3所示，使用实验涂料，模具的脱模难度降低，大大提高劳动生产率，降低劳动强度。

图3 脱模过程

2.3 上机工作时间

在上机试验过程中，记录2种试验模具上机至下机的工作班次，其记录表如表2所示：使用实验涂料之后，模具的生产班次都在7班次以上，大大减少补喷涂料次数，减低模具维修工段的劳动量，使生产能连续进行。

表2 试验模具上级班次

2.4 有无铸造缺陷

使用实验涂料用试验模具上机试验过程中，选取一轮毂铸件，进行断口试样分析，其组织细密、均匀，存在较少的铸造缺陷。其断口试样形貌如图4所示。

图4 断口试样形貌

2.5 涂料脱落程度

使用新的模具涂料上机试验，待模具下机之后，其底模、边模外观图如图5所示，涂料脱落很少，外表光滑。

图5 底模、边模外观

在实验过程中，对比上文提及的某公司的模具涂料成分及配比，本次实验涂料及配比具有以下优势：

（1）有效地防止铝合金液对模具型腔的腐蚀，真正起到了对模具保护的作用；

（2）减少并防止了铝合金液粘结在型腔或分型面上，减少了涂料补喷次数，使生产能连续进行；

（3）调节了顺序凝固的温度场，铸件无缩松缺陷的比例增大；

（4）使型腔里有一层隔热的保护装置，使金属液易于平稳的流入型腔，增加了金属液的流动性，增加金属液的充型能力；

（5）铝合金液往型腔里填充时，涂料能包容一些型腔和金属液中析出的气体，减少铸件气孔缺陷；

（6）涂料可延缓浇口的冷却速度，涂料有利于脱模，特别是Y81#涂料，还可以减少飞边的产生和粘铝。

综上所述，选择Y81#涂料（模修配制）、21688#白涂料（铸造配制）、395#涂料（铸造配制）代替石墨11#涂料（模修配制）、633#涂料（铸造配制）、395#涂料（铸造配制）进行铝合金轮毂生产模具涂料，在生产过程中能够减少补喷涂料次数，使得生产能够连续进行，并且减少了毛坯轮毂铸件的缺陷，大大降低了毛坯轮毂铸件的废品率，降低了成本，提高生产效率。