粘模問題與脫模劑的關係

發佈時間： 06 / 02 2021 作者：網站編輯訪問：12010

粘著是填充金屬液的高壓高速反复衝擊，使模具鋼表面與鑄造合金發生化學反應，在模具表面形成化學反應層，導致鑄件粘連現象。一般粘模最嚴重的是型芯。

壓鑄件粘在模具上時，較輕的表面較粗糙，影響外觀的粗糙度；較重的表面剝落、缺肉、拉傷、撕裂，甚至導致鑄件洩漏。粘模的形成和膨脹不僅降低了鑄件的表面質量和尺寸精度，破壞了模具表面的緻密層，特別是模具的流道位置，而且增加了修模的工時和成本，甚至導致鑄件浪費和模具過早失效。

高溫高壓下熔融金屬與模具的接觸面狀態非常複雜。儘管人們對壓鑄中粘連問題的研究正逐漸從宏觀面轉向微觀面，從定性分析到建立數學模型分析，從單因素研究到多因素綜合研究從靜態研究發展到動態研究，但他們中的大多數仍然停留在直觀的定性分析上。根據粘模的具體情況，總結了影響其形成和膨脹的一些因素，並據此採取了一些預防措施。目前的共識是：壓鑄工藝參數、模具設計、模具溫度、模具表面質量、填充溫度、脫模劑的化學成分和質量、噴塗工藝等，都對粘模有重要影響，而不是堅持。模具與脫模劑簡單直觀地聯繫在一起。但是，脫模劑的質量和使用方法確實與壓鑄粘模密不可分。對於壓鑄工人來說，了解和認識他們之間的關係，知己知彼，才能更準確地控制壓鑄過程。

脫模劑本身是一種化學產品，它與金屬材料和成型工藝是一個不同的知識領域。然而，跨學科交叉一直是創新發展的必然方向。筆者試圖圍繞“什麼力量產生粘黴？粘黴主要影響哪些因素？如何預防？”進行探討。等問題進行了分析和總結，在此基礎上，以鋁合金壓鑄為例，再談談脫模劑與壓鑄模具的關係。

粘模的理化性質

粘模問題與脫模劑的關係

粘模理論是基於金屬科學、化學和力學的綜合理論。從根本上說，粘模是鑄件與模具之間界面材料的分子或原子之間的物理和化學相互作用，其中最重要的是粘附。

鋁、鋅、鎂、銅等壓鑄金屬材料和模具材料具有多晶結構，表面分子比內部分子具有更大的勢能，即表面能。它們都具有趨向於最低表面能的本能，即驅使自由表面原子排列達到平衡的本能。如果兩個金屬表面彼此非常接近，為了降低表面能，彼此之間的晶格就會結合，造成粘連。眾所周知，相互接觸的固體之間存在引力。引力由金屬鍵、共價鍵和離子鍵形成，屬於短程鍵力。還有遠程馮德羊毛部隊（Von Der Wools Force）。當接觸距離為幾納米時，所有范德華力都起作用。在 1 納米範圍內，各種短程力開始發揮作用。要估計粘合強度，首先確定金屬的內聚力，然後計算接觸面的表面力。但由於金屬的電子結構複雜，目前還無法從理論上解決內聚強度問題。

從現像上看，粘連無非是化學結合或機械咬合。與粘合強度有關的主要因素有：金屬的種類、金屬的互溶性、晶格的取向、接觸時彈塑性變形的方式、彈性回复、偏析和氧化、位錯和微裂紋、接觸溫度模具本身的表面硬化、表面粗糙度、接觸壓力等也是重要的因素。不同原子的結合能力不同，不同成分的合金表現出不同的結合傾向。因此，選擇合適的模具材料和脫模劑配方可以最大限度地減少鑄件與模具之間的附著力。

壓鑄模具粘鋁的原因

粘合鋁本身是金屬之間的化學擴散反應。

1) 化學成分

壓鑄合金與模具鋼的親和力越大，就越容易相互熔化和結合。當鋁合金中的鐵含量小於0.7%時，由於濃度梯度，模具表面的鐵原子能更快地滲入鋁液中，容易形成鐵-鋁或鐵-鋁-矽金屬間化合物並粘在模具上。顯然，純鋁的粘連傾向最嚴重，而壓鑄常用的共晶鋁矽合金的粘連傾向較小。鎳具有促進金屬間化合物生長的作用，鋁液中的夾雜物和鉻、鎳可能會增加鋁粘附的機會。高矽和增加錳可以減緩中間金屬相的生長速度並減少模具粘著。少量的鍶（0.004%）和鈦（0.125%）也能降低鋁的附著力。

總之，嚴格控制合金成分在合理範圍內，堅持鋁合金液的清潔度，這是避免粘模的基礎。

2) 模具材料

模具材料佔模具總成本的10%左右。 1950年代，我國廣泛使用前蘇聯進口的3Cr2W8V熱作模具鋼。壓鑄10,000～20,000個模具時，型腔開始出現髮絲裂紋，模具不粘。避免。 1990年代，優良鋼種H13從美國引進。作為一種兼具韌性和韌性的風冷淬火熱作模具鋼，其壽命可達15～200,000萬次模具次。以該鋼種為基體擴展了多種類似鋼種，如：日本SKD61（JIS）；韓國（KS）STD61；英國BH13（BS）等。如果選用的模具材料質量低，其淬透性、韌性、耐磨性、熱處理穩定性差，模具硬度不足，模具表面被壓鑄擠壓脫模時合金，或型芯彎曲變形，增加模具配對鑄件的脫模阻力易因先天缺陷而產生模具表面裂紋、熔接等缺陷，直接導致粘模。鑄件的粘模部分常出現表面粗糙、剝落或缺料等拉痕。在粘連嚴重的情況下，鑄件會被撕裂和損壞。型腔表面會粘附一層層壓鑄造合金，顏色為白色，如圖所示。

之所以在模具的熱點處或澆口正對面容易發生粘連，是因為這裡容易形成金屬間化合物層，形成的金屬間化合物層Al4FeSi與H13模具有很強的結合力。形成的薄金屬間化合物層是由於填充時高速熔體反复沖刷模具表面，使金屬間化合物層從模具表面剝落而形成的。耐磨材料Cr23C6能有效防止鋁合金熔體的化學衝擊，減少模具材料的損耗和粘模的發生。

3) 模具設計

當壓鑄操作過程正常，但新的模具粘在模具上時，調試壓鑄工藝和噴塗可以補救，但如果不穩定，則說明主要是鑄件結構問題設計、模具設計或製造。

首先是內澆口設計，如流向、截面積、注射速度等控制不當，熔融金屬直接侵蝕型芯或壁，最容易發生粘模。如果撞擊定模側面，則鑄件在定模側面的保壓力會增加。當鑄件整體或局部收縮，模具合模力分佈不均衡合理時，鑄件會出現偏心、歪斜、傾斜、變形、開裂、斷裂，甚至粘模等現象。固定模具，或粘在活動模具的頂部。 . 如果定型腔或型芯成型面的脫模斜度太小或有反斜度，鑄造阻力會增加，在抽芯和零件取出時造成劃傷。此外，模具設計不夠嚴謹，會過早地失去應有的精度；模具表面光潔度和表面強化處理不足；動、定模冷卻系統設計不合理，使模具工作溫度不平衡和穩定；有熱節點等導致粘模。

4) 模具加工

模具在磨削過程中產生的摩擦熱會導致表面出現磨削裂紋。磨削應力的存在也會降低模具的抗熱疲勞性能。模具型腔的表面，特別是流道的粗糙表面或模具表面有少量划痕和划痕的地方，是潛在的裂紋源。電火花精加工的局部高溫形成表面下的回火區。該區的結構和化學成分與基體不同。該區域的硬度很高。除了表面存在殘餘應力外，拋光處理可能不到位，在模具使用初期可能會形成微裂紋。導致粘模。

5) 壓鑄工藝

如果合金液的填充溫度過高，會加速鐵的擴散和反應。潤滑膜越容易被破壞，模具表面就越容易退火，更容易受到侵蝕和鋁粘附。如果注射速度和壓力太高，模具溫度太高，模具硬度低，容易發生熔化、焊粘和粘模。

6) 脫模劑

脫模劑的主要作用是保護模具，形成牢固的潤滑膜，減少高速熔融鋁對模具的熱衝擊。

劣質的脫模劑不具備保護模具的功能，因為其化學成分決定了無法快速形成牢固、光滑、保溫、放氣少、無殘留、利於流動的潤滑膜合金液在工藝要求的模具溫度範圍內。無論噴塗工藝如何調整，其本質特性都無法改變，因此粘模的隱患在所難免。

解決粘模問題的方法

粘模問題是多種因素的綜合反應。因此，解決粘模問題，必須多角度分析判斷，允許試錯，但不要主觀判斷。筆者總結的以下項目純屬基於黑盒理論的經驗技巧，即把模具看成黑盒，不考察充填過程的內部變化，只考察黑盒的兩端框是輸入參數和成型效果。要從根本上解決粘性模式，需要深入的微觀理論研究成果的指導，任重而道遠。

檢查影響澆口速度的因素：沖頭速度、沖頭尺寸、比壓、澆口尺寸，盡量降低澆口速度或調整澆口方向以較小的角度接觸型腔表面，避免接觸角接近180度以減少對型腔的侵蝕並避免對型芯的衝擊。減少填充時間以縮小熱衝擊窗口。
調整模具冷卻通道，特別是熱節點和型芯容易粘在模具上，必要時加冷卻器。在貼合部添加第二次噴塗或插入高導熱模具材料，以降低貼合部的模具溫度，達到穩定平衡的模具溫度。
在鑄件的最小頂出區域，高填充壓力可能會促進模具粘模。在滿足鑄件質量的前提下，盡量降低充型壓力。靜壓和加壓都很重要。同時應根據PQ2圖計算調整壓力。
較高的模具溫度和澆注溫度會增加粘模傾向。當影響粘模的因素有多種時，降低模具溫度或澆注溫度是最好的糾正方法。
高強度特殊材料，如 Mo-785、Ti-6AI-4V 和 Anviloy 1150，可用於容易發生粘模的地方。各種模具表面處理方法可顯著減少粘模現象。如滲氮和碳氮共滲處理，物理氣相沉積緻密層如{TiAl}N和CrC及鋁膜等，模具表面強化處理，模具塗層---CVD、PVD、TD等。現有粘模需要盡快消除。如果任其發展，就會出現越來越多的困難和重複。
選用成膜耐熱溫度高、模具質量強、潤滑效果好的優質脫模劑。嘗試新模具時塗上防黴膏以防止拉傷。對於模具容易粘模的高溫區域，可定期塗抹防粘蠟膏或局部噴塗防粘蠟液。
仔細監測模具頂出角，其最大允許值應符合壓鑄模具標準。
壓鑄合金的成分設計應考慮可能引起粘模的因素。例如，在允許範圍內，宜控制鋁合金中的鐵含量不低於0.7%。必須防止因與低熔點金屬混合而引起的模具粘連。使用母合金調整化學成分時，除鎂、鋅等個別金屬外，不能在鋁液中加入純金屬，防止嚴重偏析造成粘模。純化後的合金液流動性好，可膨脹避免粘模的工藝窗口。
壓鑄合金的收縮率越大，越容易粘在模具上，高溫強度越差。有些合金的收縮率更大。合金的液態和固態溫度範圍越寬，合金的收縮越大。根據鑄件的結構形狀和復雜程度，如果收縮引起的粘連和變形難以消除，則需要考慮改用體積收縮率和線收縮率低、高溫強度高的合金；或調整合金成分（如鋁矽當合金中矽含量增加時，鑄件的收縮率變小）降低其收縮率；或對合金進行改性，如在鋁合金液中加入0.15%～0.2%的鈦等晶粒細化劑，以減少合金收縮的傾向。

脫模劑與粘模的關係

壓鑄是一個動態的熱力學過程。鋁和鋅等合金有很強的粘附在型腔表面的傾向。噴出的脫模劑可作為型腔與液態金屬之間的脫模劑，防止金屬粘附在型腔表面。精心選擇脫模劑（成分、結膜溫度、風量、殘留物、結膜強度、對後續表面塗層的影響等）和合理的操作技術（脫模劑濃度、模溫分佈、霧化工藝、噴塗時間和距離等） .) 是防止粘模的重要因素。

半個多世紀以來，隨著壓鑄技術的進步，脫模劑也相應地得到了改進。這些改進包括脫模劑成分、成膜性、耐溫性、潤滑性、防止粘模和熔接，以及符合環保要求，對身體無害且安全。從早期的油+石墨塗料到水性塗料，從普通的油基皂乳液系列到目前廣泛使用的改性矽油系列水性脫模劑、無水濃縮脫模劑（用於微噴），並發展向反應性半永久性塗料和粉末無機塗料發展。但到目前為止，還沒有一種脫模劑可以提供所有可能的特性而沒有限製或缺點。半永久性油漆已經過鋅合金壓鑄測試。它以化學方式連接到模具表面。塗層在698ºC下是穩定的，但很容易磨損，因此有必要嘗試延長其耐用性。對於鋁鎂合金的壓鑄，主要是如何提高塗層的熱穩定性。從環保和安全的角度考慮，還應考慮減少或消除有害溶劑。近年來，大量的研究工作已針對半永久模具和永久模具。通過開發新塗層，克服焊接和粘連，最終放棄脫模劑，這是一項顛覆性的創新。然而，迄今為止獲得的結果不能用於工業應用。主要問題是塗層的耐久性、塗層方法和價格。

在可預見的未來，各種脫模劑的開發和研究仍將是不可或缺的。壓鑄件的成型面與模具表面之間存在相當大的接觸壓力。鑄件在壓鑄過程中承受三向非均勻分佈的壓應力。因此，噴塗脫模劑形成的潤滑膜容易破裂，高溫也會使潤滑膜發生化學變化。 . 在第二次擠壓過程中，會出現少量新的金屬表面。新表面與原始金屬表面具有不同的物理和化學性質。沒有潤滑劑保護，容易粘在模具上，造成模具磨損。同時，鑄件內部變形分佈不均所造成的附加應力和殘餘應力也增加了取件的難度，直至卡模。

對於模具來說，由於壓鑄工藝和模具溫度場的變化，成型過程是一種間歇性的、不穩定的摩擦，模具的不同部位是不同的。這種狀態下的潤滑機制無法用一般物理學中的庫侖摩擦定理來分析和描述。國內外專家在研究各種複雜化學成分的潤滑劑的同時，先後提出了機械-分子摩擦理論、粘附-力溝摩擦理論、邊界摩擦、混合摩擦、彈性粘滯摩擦理論等。

由於對環境的影響，不再使用用於減少鋁粘附在模具上的石墨脫模劑。脫模劑的作用機理是在鑄件與模具之間形成一層保護膜，同時防止鋁合金液直接接觸模具表面。這就要求脫模劑具有足夠的強度來承受鋁合金液的分離和衝擊。模具表面溫度一般控制在合金鑄造溫度的35%～45%，使脫模劑充分吸附在模具表面，保護模具。靠近澆口和深槽的模具容易粘鋁。發生鋁合金粘連的模具表面形狀如圖所示。這些不規則小坑的初始直徑約為0.6微米，最終逐漸發展為直徑3.6微米的小坑。隨著形成粘性模具的趨勢增加，這些小坑的直徑可達 15 µm，最終形成裂紋。這些小坑和裂縫最終被鋁填滿，也可能發生機械結合。

脫模劑的作用是使模具與壓鑄件表面分離，減少模具損壞，使鑄件表面光滑，同時起到冷卻、調節和控制模具的作用。 . 脫模劑與模具表面可產生非極性或極性的物理吸附膜、化學吸附膜和化學反應膜。當脫模劑中不含極性分子時，脫模劑只能在模具表面產生非極性的物理吸附膜；否則會產生極性物理吸附膜。後者的強度大於非極性物理吸附膜。當脫模劑成分中的原子與模具表面的原子共享公共電子時，就會在模具表面產生化學吸附膜。其強度高於極性物理吸附膜。在一定的接觸壓力和溫度下，脫模劑中的極壓劑也可能與模具表面發生化學反應，產生化學反應膜。其強度大於化學吸附膜。一般來說，脫模劑的吸附膜強度越高，防粘效果越好。因此，根據不同的壓鑄件，選擇相應的脫模劑形成高強度的吸附膜是非常重要的。

用一般礦物油配製的水性脫模劑為非極性烴類有機化合物（CnH2n+1）。形成的薄膜對模具表面的吸附力和分子本身的內聚力較弱，薄膜強度很低。由脂肪酸、脂肪酸鈉皂、酸（ROH）等動植物油製成的水性脫模劑，一端為非極性烴基，另一端為極性端。這種分子具有永久偶極子，當與模具表面接觸時，極性端吸引模具表面，而非極性端朝外並在金屬表面對齊。吸附分子層只有幾納米厚。加入偏光助劑後，可在模具表面聚合形成固體薄膜，同時加強分子的側吸附力。這種物理吸附膜的強度和潤滑性遠高於非極性分子物理吸附膜。

物理吸附膜對溫度非常敏感，吸附在模具表面的極性分子處於不斷吸附和解吸的動態平衡狀態。溫度升高，解吸增加，吸附膜厚度減小，邊界吸附膜強度降低，導致分子解吸，方向混亂，甚至熔化膜，反之亦然。物理吸附膜只在低接觸壓力和低溫條件下有效，因此這類脫模劑只能在低模具溫度下工作。物理吸附沒有選擇性，而化學吸附具有明顯的選擇性，即某種吸附劑只能吸附某些物質。因此，應根據模具和壓鑄材料、壓鑄工藝條件（如模具溫度、鑄件壁厚、充型溫度、壓力等）選用不同的脫模劑，才能獲得理想的效果。

以改性矽油高分子聚合物為主體製備的水性脫模劑，其極性分子與模具表面發生化學結合，屬於化學結合力與表面結合形成的化學吸附。因此，該膜具有良好的耐熱性、高熱穩定性、不可逆吸附膜、附著力強、脫模效果好。雖然價格略高，但對於需要高模溫、高壓、大型薄壁複雜零件的壓鑄件，在防止粘模方面優勢明顯。

噴塗過程對於防止粘模非常重要。當操作者發現粘模時，自然會推理是因為濃度低或用量少，且薄膜太薄，無法抵抗熔融金屬的熱應力和湍流沖擊，然後噴塗粘模上的脫模劑較多。結果往往是局部油漆堆積或殘留，導致毛孔和問題複雜化。正確的方法應該是在發生粘連的地方塗上一種防粘膏——防粘蠟，並進行特殊處理。防粘蠟是一種易刷的防焊膏，由半合成高溫原料製成。有效成分不含有害物質。膏體中含有耐高溫的鎢基化合物或鉬基化合物，可有效避免鋁合金的界面效應，防止粘模。

模具溫度是影響脫模劑吸附效果的重要因素。過低（150℃以下），模具溫度迅速下降到水的汽化點以下，脫模劑不能沉積在模具表面，而只是衝過模具表面，載水來不及汽化，造成可能導致瀰漫性毛孔；模具溫度過高（398ºC以上），脫模劑被模具表面的蒸氣層排斥，脫模劑的吸附能力大大降低。只有達到脫模劑特性所要求的潤濕溫度，才能真正與模具表面接觸，形成緻密的塗層，起到隔離的作用。

噴塗工藝也直接影響吸附效果。一般噴管壓力比脫模劑壓力高0.35-0.70bar時（大面積噴塗可能需要1.05bar），霧化效果好；微噴和脈衝噴，霧化效果更好。很重要。至於噴塗時間，只要0.10-2.0秒就足以形成足夠厚的隔離膜。脈衝噴塗時間在這個範圍內，但由於目前大量使用脫模劑來冷卻腔體，通常需要5.0-120秒。顯然，部分脫模劑只是流過模具表面而被浪費掉了。隨著更複雜、更精確的自動噴塗裝置的出現，在生產前只需調整和固定噴塗角度和距離。

我覺得對於使用脫模劑的壓鑄工程師來說，重要的不是把脫模劑的專業知識窮盡再根據自己的判斷來選擇，而是要向歐美壓鑄行業學習並讓廠家專業生產脫模劑。根據壓鑄廠家提供的壓鑄結構圖、壓鑄機噸位、鑄件性能要求及後處理工藝要求，選擇最合適的脫模劑型號及脫模方法建議使用直到獲得滿意的結果。因為真正專業生產脫模劑的廠家，一定最了解脫模劑的性能特點，與之互動，才能擺脫盲目，保持生產的良性循環。

正確處理粘模

壓鑄生產的核心是合金熔煉和模具的質量。在所有防止和處理粘模的因素中，選擇優質的模具材料是基礎，模具的設計加工和標準化的熱處理是關鍵，使用過程中及時有效的維護保養是主要途徑。當發生粘模時，執行壓鑄過程的一方和模具製造商經常互相指責。這是可以理解的，因為誘發粘連的因素是多種多樣的，暫時還很難做出準確的判斷。但無論如何，固有屬性落在了模具上，所以對於已經卡住的模具，首先要對模具本身進行分析處理。

壓鑄模具的表面拋光必須符合要求。徹底拋光去除EDM的硬層，表面不應高度拋光。
及時清理粘在壓鑄模具上的鋁，及時對模具進行表面處理和去應力處理。如果模具表面有鋁粘附，表面有小氣泡，可用砂布和油石打磨表面，然後反复粘模具。較好的處理方法是對粘模的模具表面進行噴丸處理，或在粘模位置的模具表面，形成寬度為0.2-0.5mm，深度為0.2-0.5mm，間隔的網狀圖案可生產2-5mm，可消除鑄件表面粘模缺陷。
盡量將模具容易粘在鋁上的溫度降到最低。
使用熔點較高的特殊材料對模具進行表面處理，可將其粘在模具表面粘貼模具的位置，避免粘模。鉬合金、鎢合金、鈦合金、特殊氮化物或低溫碳氮化合物等新材料。鋁和鉬之間的活化能比較高，所以在模具表面採用鉬滲透可以有效提高防粘性能。
對於新模具和容易出現鑄件粘在定模上的模具，壓鑄前要做好模具準備工作。預熱，用火焰噴槍加熱模具。不允許將合金液直接倒入模具中加熱，預熱溫度控制在180～220℃。並在開始低速注射前，將模膏塗在模腔上並用壓縮空氣吹均勻。每壓鑄模施一次，試壓鑄約20模，非常有效避免拉傷模具。如果模具仍然卡住，則說明模具有問題，需要修理模具
拆卸模具活動部分或小型芯時，只允許用軟銅、鋁、鉛棒或橡膠錘輕敲，以免損壞型腔。
壓鑄到一定數量的模具後，應定期對模具進行去應力處理。

壓鑄粘連的原因有很多，解決粘連的措施也各不相同。應仔細觀察分析粘連原因，有針對性地採取相應措施。目前，對粘連現象形成機理的研究還處於定性分析階段。不同的合金材料表現出不同的粘著傾向；需要在定量的理論研究成果的指導下，尋找更有效的測試方法。，開展進一步的實驗研究。

隨著新材料、新工藝技術的不斷湧現，解決粘模問題的新思路、新方法甚至顛覆性創新技術正在衝擊現有的依賴防粘的傳統規律。例如，北美壓鑄正在開發一種自主研發的具有癒合功能且不含脫模劑的永久模具，未來可能會顛覆或淘汰現有的工藝技術。因此，我們需要不斷吸收先進的壓鑄技術，在保持科研耐心的同時，穩紮穩打，中國壓鑄的新飛躍指日可待。

明和壓鑄公司是精密和有色金屬壓鑄件的定制製造商。產品包括鋁及鋅壓鑄件. 鋁壓鑄件可提供包括 380 和 383 在內的合金。規格包括正/- 0.0025 公差和 10 磅的最大成型重量。鋅壓鑄件可提供標準合金，例如 Zamak no. 3、紮馬克號5 & 紮馬克號7 和混合合金，如 ZA-8 和 ZA-27。規格包括正/- 0.001 公差和 4.5 磅的最大成型重量。

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