低壓鑄造鋁合金輪轂用模具表面涂料的實驗研究

李志強，劉春梅，婁振洋，關婷婷

鋁合金輪轂用模具是輪轂成形過程的重要工藝裝備[1]。在低壓鑄造過程中，模具除了受到力與熱的沖擊，模具的工作表面還與坯料間存在摩擦。在有色金屬澆注行業(yè)里，使用金屬型模具的時候，在模具的型腔里、分型面都要使用涂料，涂料是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件不可缺少的輔助材料[2]。涂料的選用及配比對鑄件質(zhì)量起著至關重要的影響[1]。研究優(yōu)質(zhì)的模具涂料材料及配比具有十分重要的意義。

某輪轂生產(chǎn)公司低壓鑄造鋁合金輪轂用模具如圖1所示，其涂料成分為石墨11#涂料（模修配制）、633#涂料（鑄造配制）、395#涂料（鑄造配制），攪拌均勻，石墨 11# 涂料的配比為：石墨涂料∶水＝1∶3.雖然以上模具表面涂料能夠保證輪轂坯料的生產(chǎn)，由于模具涂料粒度等問題鑄件表面粗糙，使部分鑄件需要返工打磨，涂料脫落造成鑄件產(chǎn)生縮松而報廢，導致模具上機班次低，生產(chǎn)效率低、成本高。鑒于在生產(chǎn)中出現(xiàn)的以上問題，研究和開發(fā)新的涂料、配比及配制，減少輪轂坯料缺陷，提高模具的生產(chǎn)效率及輪轂坯料的合格率具有十分重要的意義。

圖1 低壓鑄造鋁合金輪轂用模具

1 實驗方法與涂料選用、配制及厚度

1.1 實驗方法

本實驗的基材為鋁合金低壓鑄造模具用13#鋼，通過用涂料噴槍將配備好的涂料噴至頂模、底模、邊模，達到噴涂要求之后，進行上機實驗，觀察模具在上機過程中鑄件的表面光潔度、脫模難易程度、上機工作時間、有無鑄造缺陷及涂料脫落程度等。

1.2 涂料選用

根據(jù)以上問題，在實驗選擇涂料時，涂料應具有一定的粘附強度，能牢固地粘附在模具表面上，充型使在鋁液沖刷和溫度劇烈變化的條件下不開裂、不脫落[3]；涂料應有足夠的流動性，以便于噴涂或沖刷至型腔表面[3]；嚴格控制涂料的粒度，粒度越細，鑄件表面越光潔，脫模阻力越小，但粒度太細，涂料的排氣性變差[3]；根據(jù)工藝要求，型腔表面的不同部位需噴不同導熱性的涂料，以調(diào)節(jié)鑄件的順序凝固[3]。在實驗中，選擇Y81#涂料（模修配制）、21688#白涂料（鑄造配制）、395#涂料（鑄造配制）代替石墨11#涂料（模修配制）、633#涂料（鑄造配制）、395#涂料（鑄造配制）。

1.3 涂料的配制及噴涂

配置前將涂料原液攪拌均勻，倒入攪拌器內(nèi)，然后徐徐加純水，配比如下：

（1）395#黃涂料與純凈水的配比（體積比）為1∶6，配制時比例誤差為±1；

（2）21688#白涂料與純凈水的配比（體積比）為1∶15，配制時比例誤差為±1；

（3）Y81#涂料與21688#涂料與純凈水的配比（體積比）為 1∶1∶18，配制時比例誤差為±1；

同時攪拌器運轉(zhuǎn)，攪拌器速度控制勻速攪拌，設定加熱溫度。涂料使用期限：夏季24 h，冬季48 h，其他36 h.

涂料在噴涂時，在頂模、底模及邊模噴涂涂料種類、層次及厚度各有差異，不同位置不同層次所用涂料及厚度如表1所示。

表1 不同層次所用涂料及厚度

1.4 涂層厚度控制點

頂模：減重窩立面、法蘭斜面、輪緣側壁中部。

底模：螺栓孔立面、窗口立面、底模正面。

邊模：邊模上駝峰處、中間部位、下駝峰處。

2 實驗結果分析

2.1 鑄件表面光潔度

通過上機試驗，選取一個輪轂鑄件進行表面觀察，輪轂鑄件如圖2所示，其輪轂毛坯表面光滑，無明顯氣孔、縮孔、砂眼、裂紋、表面缺陷及形狀缺陷，無外觀和強度缺陷，鑄件表面光潔度好。

圖2 輪轂鑄件

2.2 脫模難易程度

在上機試驗過程中，觀察鑄件是否易脫模，其脫模過程如圖3所示。壓鑄完成之后，頂模上升，輪轂鑄件隨著頂模上升，鑄件轉(zhuǎn)移臺旋轉(zhuǎn)至鑄件下方時，頂模頂桿下移，使得鑄件脫模，由鑄件轉(zhuǎn)移臺將輪轂鑄件送至自動化輥道，頂模下移、合模，鑄造開始。由圖3所示，使用實驗涂料，模具的脫模難度降低，大大提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。

圖3 脫模過程

2.3 上機工作時間

在上機試驗過程中，記錄2種試驗模具上機至下機的工作班次，其記錄表如表2所示：使用實驗涂料之后，模具的生產(chǎn)班次都在7班次以上，大大減少補噴涂料次數(shù)，減低模具維修工段的勞動量，使生產(chǎn)能連續(xù)進行。

表2 試驗模具上級班次

2.4 有無鑄造缺陷

使用實驗涂料用試驗模具上機試驗過程中，選取一輪轂鑄件，進行斷口試樣分析，其組織細密、均勻，存在較少的鑄造缺陷。其斷口試樣形貌如圖4所示。

圖4 斷口試樣形貌

2.5 涂料脫落程度

使用新的模具涂料上機試驗，待模具下機之后，其底模、邊模外觀圖如圖5所示，涂料脫落很少，外表光滑。

圖5 底模、邊模外觀

在實驗過程中，對比上文提及的某公司的模具涂料成分及配比，本次實驗涂料及配比具有以下優(yōu)勢：

（1）有效地防止鋁合金液對模具型腔的腐蝕，真正起到了對模具保護的作用；

（2）減少并防止了鋁合金液粘結在型腔或分型面上，減少了涂料補噴次數(shù)，使生產(chǎn)能連續(xù)進行；

（3）調(diào)節(jié)了順序凝固的溫度場，鑄件無縮松缺陷的比例增大；

（4）使型腔里有一層隔熱的保護裝置，使金屬液易于平穩(wěn)的流入型腔，增加了金屬液的流動性，增加金屬液的充型能力；

（5）鋁合金液往型腔里填充時，涂料能包容一些型腔和金屬液中析出的氣體，減少鑄件氣孔缺陷；

（6）涂料可延緩澆口的冷卻速度，涂料有利于脫模，特別是Y81#涂料，還可以減少飛邊的產(chǎn)生和粘鋁。

綜上所述，選擇Y81#涂料（模修配制）、21688#白涂料（鑄造配制）、395#涂料（鑄造配制）代替石墨11#涂料（模修配制）、633#涂料（鑄造配制）、395#涂料（鑄造配制）進行鋁合金輪轂生產(chǎn)模具涂料，在生產(chǎn)過程中能夠減少補噴涂料次數(shù)，使得生產(chǎn)能夠連續(xù)進行，并且減少了毛坯輪轂鑄件的缺陷，大大降低了毛坯輪轂鑄件的廢品率，降低了成本，提高生產(chǎn)效率。

3 結束語

模具Y81#涂料、21688#白涂料、395#涂料在鋁合金輪轂低壓鑄造中，對于鑄件質(zhì)量及模具的保護、脫模、減少缺陷及對改善鑄件表面光潔度、增強模具的綜合性能起了至關重要的作用。研究和開發(fā)新的涂料及配比配制，減少輪轂坯料缺陷，提高模具的生產(chǎn)效率及輪轂坯料的合格率具有十分重要的意義。

[1]孫德勤.模具表面涂層技術的應用與發(fā)展[J].鑄造技術，2011，32（1）：114-117.

[2]段海全，李 穎，王 晨.鋁合金車輪低壓鑄造工藝參數(shù)的控制[J].三門峽職業(yè)技術學院學報，2011（z1）：28-30.

[3]張子才.鋁合金車輪金屬型鑄造中常出現(xiàn)的工藝問題和解決辦法[J].廣東有色金屬學報，2004，14（1）：67-69.