國外壓鑄技術：靜電噴塗脫模技術

Electrostatic Spraying Technique with Water Free Releasing Agent, Lubrolene WFR in Diecasting Industry

發布日期：2022/6/10

出處：https://mp.weixin.qq.com/s/dp3GtIwO6NfFx9XxKZDGuQ

   現如今，壓鑄工藝範圍正在進一步擴大，這開闢了新的可能性。同時，鑄造廠還必須確保用於發動機、傳動系統和汽車上的複雜壓鑄件的經濟可行性與可持續性。這就使無水脫模劑成為了實現這一目標的關鍵所在。

  毫無疑問，鑄造行業當下正處於發展階段。據Mordor Intelligence稱，在2020年至2025年預測期內，全球壓鑄市場的年複合增長率（CAGR）預計將超過6.5%。隨著輕質結構趨勢的進一步發展，在汽車中使用比例更高的鋁制部件會成為這種需求的驅動因素之一。這意味著越來越多的結構鋁鑄件將得到應用，同時，擁有相同品質的中型汽車平臺將在世界各地多個地方生產出來。

 市場的增長不僅體現在數量上；與此同時，隨著行業設定的設計目標越來越大，壓鑄部件也變得更加複雜。在汽車行業，動力總成、車身和底盤部件在不斷發展。壓鑄也能夠實現汽車製造商對多元件焊接組合件的使用，因為高壓真空壓鑄能夠製造出複雜的單部件結構元件（圖1）。由於安裝的部件數量更少，因此，壓鑄部件的優勢在於組裝時間更短、成本更低，汽車的重量也會顯著減輕。在實踐中，使用輕質一體式結構代替傳統鋼制部件有助於提高效率、降低燃料消耗以及減少二氧化碳排放。

  然而，這些組合件的結構如此複雜，因此使得可均勻及充分冷卻鑄模所有零件的冷卻系統設計工作變得十分棘手。由此帶來的一個不可避免的結果是，鑄模表面升高，鑄模上分佈的溫度也隨之升高。過去，在噴塗之前，典型的模具表面溫度在250℃到350℃之間。新型大元件的最高溫度可達400℃，而鑄模溫度較低區域的溫度則可≤220℃。

  這會導致產生局部過熱點，進而引發焊接問題。這會增加對用於模具表面冷卻的模具用潤滑劑的依賴性。然而，噴塗前較高的溫度會因萊頓弗羅斯特效應而增加該過程的難度。這意味著必須噴塗大量模具用潤滑劑，而這會導致迴圈週期時間變長，成本增加。

潤滑的原理

  使用水性脫模劑（WBD）的壓鑄廠對萊頓弗羅斯特現象非常瞭解。如果將水以遠高於水的沸點的溫度噴灑到熱表面上，則它無法與金屬表面發生接觸。相反，水滴懸浮在水蒸氣層上方，就不會潤濕表面。因此，脫模劑的潤滑活性物質就無法接觸鑄模表面。

  為了避免萊頓弗羅斯特效應，必須噴塗大量水性脫模劑，以便將鑄模冷卻至其發揮效果的理想溫度（低於250℃）。即使鑄型表面成功形成油膜，一些水性脫模劑仍會留在鑄型空腔中。這樣可能會導致產生孔隙率問題、造成鑄件表面出現水痕以及使熔融金屬發生爆炸等問題。鑄件表面上的殘留水可以通過朝模具表面方向吹壓縮空氣，但這會增長循環時間。此外，由於電能消耗量大，將是導致成本增加的高成本工藝。對於需在較高工藝溫度條件下鑄造較大部件並且同時希望確保產品品質的企業而言，提高生產效率和降低成本至關重要。

無水脫模劑

  Ultraseal提供了一種無水脫模劑（WFR）Lubrolene。Lubrolene大大降低了脫模劑的用量，從而降低了後續成本，並使通過潤滑劑冷卻模具的過程變得多餘。這種脫模劑被設計用於超過400℃的更高萊頓弗羅斯特溫度下使用，並且會產生高度附著力，以實現更強、更有效的成膜。由於它能夠實現熔融金屬更好地流動，並減少抑制氣體量，因此，可以通過較低的氣孔率提高部件品質。

  與傳統水基潤滑劑相比，Lubrolene WFR可在更高溫度條件下使用，因此，相較於使用水性脫模劑的情況，鑄模所承受的熱負荷更低，這可以大大延長鑄模的使用壽命，因而也可以顯著降低成本。

複雜鑄件和空腔

  對於有多個空腔的複雜元件而言（圖2），帶靜電荷的WFR-EC可確保有效且高效率的脫模劑釋放。靜電荷會導致產生環繞效應，同時，即使在極端溫度條件下，它也能確保產生一致而又均勻的複雜鑄件覆蓋層。借助專門為此而開發的靜電噴槍（圖3），可通過噴塗Lubrolene WFR進一步減少焊接問題，並減小所需的噴塗力。

此外，通過使用帶經典的脫模劑形成更加均勻的油膜，從而提高附著力。在實踐中，使用傳統噴嘴噴塗時僅需4%的附著效率就足夠了。相比之下，專為Lubrolene而開發的噴槍改善了Lubrolene WFR- EC的噴塗效果，相較於傳統水性脫模劑，其附著效率達到了80%以上。這意味著，用於覆蓋鑄模的額外潤滑劑用量更少。相反，用戶可以從降低的材料損失和更短的循環時間中獲益。

節約成本

  所有設計和製造過程均受益於額外的節省可能性。這對於短時重複過程尤為重要，例如，通過空氣霧化噴塗壓鑄潤滑劑的過程。

  使用空氣噴槍噴塗必須從不同角度進行，這樣才能實現完整的模具覆蓋和附著。即使在噴塗後，覆蓋程度也有可能不均勻，在鑄模較為複雜的情況下尤其如此。因此，必須通過手動方式或借助可程式設計機器人技術將噴槍引導至鑄模周圍。所有這些都導致工藝過程週期時間更長，所需費用更高，更不用說設備和模具成本了。

  但是，靜電噴槍可以通過靜電吸引覆蓋範圍更大的區域，因此，需噴塗的位置更少。即使面對最大的元件（＞4000噸），使用Lubrolene WFR-EC進行噴塗的典型噴塗時間也只需要幾秒鐘，這意味著，相較于水基空氣霧化潤滑劑，其時間優勢相當明顯。

  除了通過無水脫模劑的靜電噴塗獲得更好的附著力之外，通過精確控制Lubrolene噴塗系統還可以實現更好的控制。這樣就可以實現噴射射流的精細霧化，以使即使鑄模難以觸及的地方也可以被覆蓋住，例如，在複雜零件的加強筋中。

  此外，Lubrolene鑄模噴射系統具有模組化結構，也就是說，它可以輕鬆適應任何尺寸的壓鑄機。低維護結構設計還可以提高可靠性，從而縮短循環時間、提高產量和生產力。除了噴塗並希望水性脫模劑可以完全覆蓋鑄模並附著於其上之外，用戶還可以使用Lubrolene進行噴塗並達到節省目的，從某種程度上來說，最終產品需要達到所要求的品質。除了系統的可靠性、可重複性和精度之外，更輕的經典Lubrolene噴頭為用於壓鑄機（其重量範圍從4000到6000噸）中越來越大的設計零件提供了唯一的可行性解決方案。此外，還可以最大限度地降低過程停機時間。靜電噴槍幾乎不需要清潔，而傳統微型噴頭則必須經常維護，而這會導致停機時間更長。

降低孔隙率

  確保壓鑄元件的高品質是一個重要問題，這一點是毫無疑問的，因為這些壓鑄元件中的許多會被用於重要應用中。在靜電噴塗過程中，壓鑄廠可以確保他們在鑄造過程結束後獲得高品質元件。通過將Lubrolene WFR-EC與傳統噴塗工藝進行對比可知，無論是視覺品質、表面張力、起泡，還是X光檢查方面，Lubrolene WFR-EC在每個方面的表現都更好。借助靜電WFR製造出來的元件在膠合、陰極塗層和焊接等進一步加工過程中表現更出色。此外，組件的孔隙率更低，而這最終會提高機械性質。

減少模具龜裂

  鑄模的最佳覆蓋只不過是效率和生產力提高的一個方面。想要使帶靜電的脫模劑達到最終期望效果，需要考慮的另一個方面是延長模具使用壽命。這是壓鑄過程中面臨的一個大問題——在使用水性脫模劑的情況下尤為如此，它會迅速冷卻鑄模表面，而這樣會導致產生極端的溫度波動。受反復壓應力和拉應力的影響，這種波動可能會導致鑄模表面形成裂紋。這些裂紋通常會在經過數百次鑄造過程之後形成，而對於典型壓鑄機而言，模具的使用壽命會減少到大約120,000次壓鑄過程。

徹底解決噴塗問題

  與水性脫模劑解決方案相比，這個解決方案所需的噴霧少很多，因此，迅速冷卻的影響會降低。Lubrolene WFR-EC最多可將模具使用壽命延長6倍，並且每年可節省超過50,000歐元的成本。隨著模具使用壽命的延長，維護成本也會降低，這樣可以進一步節省高達20%的成本，同時增加過程操作時間。

展望未來

  壓鑄產業目前正處於其歷史發展的關鍵時刻。設計師已經認識到了複雜結構鑄件的優勢及可能性，因此，壓鑄廠必須能夠以具有競爭力的成本以及經濟可行和可持續性方式供應這些部件。除了品質和工藝優勢之外，WFR技術對環境也更加友好。該過程並不會產生任何廢水，因為它所需的鑄造爐溫度較低，因此，可以節省大量能源並減少大量二氧化碳排放。

  無水靜電脫模技術極有可能是壓鑄過程最重要的成功因素。它可以避免產生材料浪費、部件缺陷和額外的運營成本等問題，並可使壓鑄廠提高生產率，同時不斷增加更大、更複雜部件的需求。