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涂料在铝活塞金属 型重力铸造中的应用

浏览次数: 1629次 发布时间: 2013-5-13

涂料在铝活塞金属 型重力铸造中的应用
牟俊东 田合亭  刘万昌 陈树亮
(山东滨州渤海活 塞股份有限公司)

    摘要:从涂料成分 的均匀性、模具的清理、预热、温度的控制及喷涂方法入手,总结出一系列适合铝活塞铸造的涂料应用技巧和经验。结果表明,通过控制涂层厚度、涂料的稀释比,可以取得改善铸件表面质量、提高铸件尺寸精度、减少铸造缺陷 、延长模具寿命的效果。
    关键词:涂料;涂 层厚度;模具预处理;模具温度
    中图分类号:TG 146.21;TG264;TG249.3    文献标志码:A 文章编号:1001-2249(2012)11-1049-03
    铝活塞铸造广泛采 用金属型重力铸造,在使用金属型时,它会对金属液流动和凝固过程产生影响,因而有必要使用适宜的涂料来提高铸件品质[1,2]。
    涂料主要有自配涂 料和商业涂料,自配涂料以氧化铝、滑石粉、云母、硅藻土等按一定比例配制,具有价格低廉的优势,但配料繁琐,使用寿命短,获得的活塞外观质量一致性差;商业涂料具有使用方便、易于保存等优势,在稳定性、表面铸造质 量方面优于自配涂料,但商业涂料对喷涂的操作要求较高,不易掌握,在使用中容易出现浇不足、冷隔等铸造缺陷,在壁薄、平面大的毛坯表面易出现明显的铸造流线,有时会发生局部脱落、开裂等现象,影响铸造生产的连续性 及外观质量。
    近年来,我们不断 对涂料的应用技巧进行探索和研究,通过控制涂层厚度、涂料的稀释比,从涂料成分的均匀性、模具的清理、预热、温度的控制及喷涂方法入手,经过一系列的应用试验,取得了良好的应用效果。
    1 涂料的应用试 验
    1.1 涂层的厚 度
    金属模具在长时间 使用后,易在型腔表面出现细小的裂纹。涂层过薄,在浇注过程中,裂纹中的气体受热膨胀,透过涂料层进入活塞铸件内,形成针孔缺陷;涂层过厚,易发生局部脱落,同时还要考虑涂层的绝热性能。图1为涂料涂层厚度与其绝 热性的关系曲线。可以看出,涂层厚度在100~250μm 时,随涂层厚度的 增加,绝热性显著提高,而超过250μm 后,绝热性提高较 少,且超过300μm 的涂层极易与金属 型分离而剥落,故涂层的最佳厚度应为150~250μm。
          

    1.2 涂料稀释 及搅拌
    不同的稀释比例获 得的性能有所不同。在涂料中加入大量的水会使附着性较好,铸造表面细腻光洁,但绝热性能较差,在壁薄、面积大的毛坯铸造表面易产生较明显的铸造流线;相反,水太少的话,绝热性能好,但涂层的附着力会降低,铸造表面 粗糙,且容易脱落。涂料不同稀释比例的性能评价见表1。
          

    综合评定,按1∶ 2.5的比例稀释,可获得良好的表面质量及使用效果。
    为避免搅拌不均匀 导致的涂料成分比例失调,有时也导致粘结剂的比例失调,使模具保温性能不均匀或涂层脱落,在现场设立专用涂料搅拌器,将涂料与水按1∶2.5的比例配合倒入,开动涂料搅拌器,搅拌3~5min即可使用。涂料要一直 保持搅拌状态,从而使涂层在模型上的沉积均匀一致。
    1.3 模具准备
    首先必须对金属模 具进行清理,除去模具表面的旧涂层和粘结物,并粗化表面。主要方法有钢丝刷清除型面污垢、喷砂喷丸清理、干冰清理等,新模具喷涂前必须除去表面所有的润滑油脂和锈斑。应当注意,已经使用过的模具,在使用角向磨光机 清理时,模具凹陷部位的涂层难以清理彻底,从而导致涂层的叠加或旧涂层脱落,影响活塞毛坯的外观质量(见图2),因此必须借助喷砂喷丸等方法将原有的涂层彻底清除掉。

           
    1.4 模具预热 及温度控制
    为避免模具急冷急 热,模具预热采用天然气烘烤+铸件预热的方式,使用专用天然气烤模架,对模具型腔及周边进行均匀预热,待模具温度逐渐升到200℃以上时浇注预热件,将清理后的模具均匀地预热到250~300℃时开始正式浇注。
    喷涂时模具温度对 涂层的工作性能影响很大,当模具温度超过260℃时进行喷涂,因涂料的载体水与高温金属之间反应强烈,粘合剂过早的蒸发而不能良好地附着,涂层寿命明显降低;相反,模具温度低于160℃时会使涂层下分离出水分,同 样影响附着力。不同喷涂温度下涂层寿命变化曲线见图3。因此理想喷涂温度为180~220℃,按高温要求,模具可加热到300℃。为更好的控制模具温度,对模具加装温度热电偶及控制系统,实施在线模具温度显示。

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    1.5 涂料喷涂
    待模具温度降到2 00℃左右(180~220℃),对模具喷涂涂料。喷涂时的压力过大,会有过多的气体卷入;喷涂压力过小,会影响涂料的雾化效果。喷涂距离太远,会喷不到型腔表面,导致涂料的浪费;距离太近,又会对已喷涂的涂层造 成损伤。当喷涂角度与模具型腔接近垂直时,所获得的喷射力最大,若角度过小时,涂料无法有效喷到型腔表面而影响喷涂效果。经过多次试验,喷枪压力设定在0.25~0.30MPa,喷嘴与模具间距离为250~350 mm,喷涂方向与模具型腔表面接近垂直时获得的喷涂效果最为理想。此外,为防止模具温度降低,操作应迅速而仔细,按先顶模后外模再内芯的顺序,均匀的来回喷涂3~4层,涂层厚度控制在150~250μm。
    2·应用效果分析
    通过涂层使用寿命 、模具防护效果及铸件表面品质改善等几个方面评价130系列铸造机生产的中重卡活塞的涂料效果。
    2.1 涂层寿命
    原来的涂层使用寿 命一般为6~8h,需每班进行清理,重新喷涂,影响铸造生产的连续性及外观品质的一致性。现在涂层使用寿命可以达到20~24h,平均使用时间提高近3倍。
    2.2 模具防护 效果
    适宜的涂层可以减 少高温合金铝液对模具的热冲击,模具使用寿命得以延长,从而降低单件毛坯铸造成本。以模具组件中寿命相对较短的内芯为例,抽取10个产品进行统计,可生产件数由原来的平均5.2万件提高到现在的6.7万件,使用寿 命提高了29%。
    3·结 语
    采用适宜的涂料, 加以科学合理的操作方法,可以延长模具寿命;改变铝液流动,提高充型能力;改善铝活塞出模性能;提高铝活塞外观质量。
参考文献
[1]贺文,吴波 .铝缸盖端面注入式浇注[J].特种铸造及有色合金,2011,31(9):869.
[2] 陈胜奇. 复杂铝铸件重力铸造技术应用[J].特种铸造及有色合金,2011,31(S1):68-70.

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