冷擠壓加工中的潤滑技術(shù)

文/崔秀梅，干飛·康潔洗滌助劑有限公司萬同金屬潤滑劑廠

冷擠壓加工中的潤滑技術(shù)

文/崔秀梅，干飛·康潔洗滌助劑有限公司萬同金屬潤滑劑廠

黑色金屬冷擠壓加工，在我國起步不過五十年，可是近二十年從數(shù)量到質(zhì)量都有了飛快的發(fā)展，因?yàn)樗巧贌o切屑加工，在常溫、高壓下靠模具成形，材料消耗少，代替機(jī)械加工繁雜工序，完成機(jī)械加工難以完成的形狀，這是模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的空前發(fā)展。冷擠壓加工的潤滑技術(shù)比一般機(jī)械加工要求高。

冷擠壓加工中的潤滑工藝是傳統(tǒng)工藝，具體為磷化→皂化，由國外傳入，至今有些廠家仍然沿用。磷化處理是將無油、無銹的鋼零件在一定溫度下放入磷化溶液中，使其化學(xué)反應(yīng)生成磷酸鹽膜。皂化處理是將帶有磷酸鹽膜的鋼零件在一定溫度下，放入肥皂溶液中浸漬一定時(shí)間，帶有皂的鋼零件干燥后，才可以在壓機(jī)上擠壓加工。

磷化→皂化工藝技術(shù)有一定的難度，因?yàn)樗腔瘜W(xué)反應(yīng)，嚴(yán)格要求反應(yīng)條件，如物質(zhì)成分、配比、濃度、溫度、時(shí)間等，相同成分的物質(zhì)在不同溫度、濃度、時(shí)間等條件下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成的物質(zhì)不相同，即磷酸鹽膜結(jié)晶粗細(xì)不同，膜層厚度也不同，這些都是要深入重視和掌握的。下面以一種最簡單成分來討論磷化反應(yīng)：

⑴磷酸是三元酸，有三步電離。

通常磷酸離解，pH值為2是第一步電離。

⑵磷酸二氫鋅也有兩種電離。

磷化液中有游離的氫離子〔H+〕和磷酸分子〔H3PO4〕或者磷酸二氫鋅分子〔Zn（H2PO4）2〕和鋅離子〔Zn2+〕和磷酸鋅離子、磷酸氫根〔HPO42-〕等。

⑶有微電池反應(yīng)。

在微陰極區(qū)，當(dāng)金屬與磷化液接觸時(shí)與游離氫離子〔H+〕反應(yīng)變成二價(jià)鐵離子〔Fe2+〕，并可以看見有氫氣泡溢出來。

Fe+2H++2e→Fe2++H2↑

同時(shí)在微陽極區(qū)，生成鐵鋅混合磷酸鹽〔FeZn2（PO4）2〕沉淀在工件表面上，這是磷酸鹽成膜的基礎(chǔ)，它與金屬緊密結(jié)合，能隨金屬變形而延展。

⑷磷化液離解的磷酸鋅離子〔ZnPO4-〕與鋅離子〔Zn2+〕反應(yīng)生成磷酸鋅，也是沉淀物，沉在工件表面上成為沉積膜，還有部分懸浮在磷化液中成為廢渣。

⑸鋼工件與游離酸反應(yīng)生成的亞鐵離子〔Fe2+〕與空氣中氧作用生成三價(jià)鐵離子〔Fe3+〕與磷酸根〔PO3-〕

4作用生成磷酸鐵沉淀，隨著工件處理的增多，其沉淀物增加，這是磷化處理的副反應(yīng)。

磷化處理中的廢渣，如懸浮在工件上會(huì)導(dǎo)致皂化處理不良，沉淀在槽中影響熱傳導(dǎo)，沉淀到槽壁和槽底必須清理，這就是磷化處理的排液和排渣，會(huì)造成環(huán)境污染的原因。

為了加快磷化反應(yīng)還加有氧化劑（促進(jìn)劑）硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯酸鹽、銅鹽、鐵鹽，為控制酸度加氟化鈉緩沖劑，為減少鐵鹽沉淀加檸檬酸鹽、二乙胺四乙酸二鈉鹽，這使磷化處理的化學(xué)反應(yīng)更加復(fù)雜。

■表1 物理性能

磷酸鹽膜低溫下成膜結(jié)晶粒細(xì)而密，高溫下成膜其結(jié)晶粗而大，與金屬的結(jié)合力也不同。由于磷化膜用途不同，對結(jié)晶要求不同，成膜的厚度和數(shù)量也不等。因此磷化處理生產(chǎn)中要控制很多條件，還需要有規(guī)范的操作規(guī)程。

高分子潤滑劑是把鋼件在磷化處理中的反應(yīng)生成物全部再加上石墨和高分子材料作為潤滑劑，一步合成潤滑層來代替兩步反應(yīng)的磷化→皂化，其工藝流程是：工件退火→拋丸處理→沸水中熱洗→工件滴干水→浸漬高分子潤滑劑→取出工件自然晾干→壓機(jī)擠壓加工。

FM系列（高分子）潤滑劑與原磷化皂化相比其優(yōu)點(diǎn)：

⑴操作簡單，不用配溶液，不用調(diào)整，隨用隨補(bǔ)加。

⑵設(shè)備少，一個(gè)熱水槽、一個(gè)潤滑劑槽。

⑶效率高，幾十分鐘的磷化→皂化工序，高分子潤滑劑只用幾分鐘完成。

⑷成本低，生產(chǎn)費(fèi)用約省1/3～1/2。

⑸不排放廢液、廢渣，保護(hù)環(huán)境不受污染，為新建塑性加工廠創(chuàng)造了有利條件，為子孫后代造福。

FM系列（高分子）潤滑劑是90年代專為鋼材塑性成形研制的冷擠壓潤滑產(chǎn)品。二十多年來的使用已充分證明FM系列潤滑劑取代冷擠壓前處理的磷化皂化是冷擠壓潤滑工藝技術(shù)的一大進(jìn)步。93年環(huán)保監(jiān)測站鑒定結(jié)果為原材料屬于無毒害。擠壓過程中無有害氣體散發(fā)。冷擠壓無廢水廢渣排放?？梢源罅ν扑]使用。它徹底解決了磷化皂化廢液、廢渣排放對環(huán)境的污染。

FM系列潤滑劑是由磷酸鹽、石墨和高分子潤滑材料以分散劑、增稠劑、表面活性劑等配合而成的一種乳狀液體。

其原理是基于金屬與磷酸鹽反應(yīng)能生成與其結(jié)合能力很強(qiáng)的底層膜，再將磷化處理所有生成物和石墨以及高分子潤滑材料共同混合，成為復(fù)合材料，在短時(shí)間一起附著到磷酸鹽底層上成為復(fù)合膜，這種能牢固的粘附在金屬件上，能隨金屬擠壓變形而變形的潤滑膜，能達(dá)到壓不散，不脫落，不熱粘，擠壓中保護(hù)模具與工件。同時(shí)在使用中潤滑劑本身成分不變，濃度穩(wěn)定，能達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)使用。使用最多的FM-Z潤滑劑的物理性能如表1所示。生產(chǎn)FM-Z潤滑劑的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工序如下。

⑴生產(chǎn)設(shè)備。

1）熱水槽，鋼板制s=abh=800mm×800mm×1000mm＝0.64m3。

2）潤滑劑槽，鋼板制s=abh=800mm×800mm×1000mm＝0.64m3。

3）數(shù)個(gè)吊工件筐。

4）一個(gè)吊葫蘆。

⑵生產(chǎn)工序。

1）工件軟化退火（除油）。

2）退火的工件進(jìn)入滾筒（噴丸機(jī)）除氧化皮及銹。

3）除銹后的工件進(jìn)入80～100℃的熱水槽中煮洗10min。

4）工件筐從熱水槽提出控滴水片刻。

5）立刻將工件筐浸入潤滑劑槽溶液數(shù)秒鐘，1～2min內(nèi)提起工件筐，讓多余的潤滑劑滴回潤滑劑槽（減少消耗）。

6）工件在工件筐中自然冷卻至常溫，轉(zhuǎn)入工件存放處（最好放置過夜）。

7）漬過潤滑劑而冷卻的工件轉(zhuǎn)入擠壓加工。

近幾年來，為服務(wù)于用戶市場要求，我們開始研究能取代鈉皂和石墨的潤滑材料，目前不用鈉皂和石墨的磷化潤滑兩步工藝，已進(jìn)入小批量生產(chǎn)。高分子磷化潤滑一步工藝（不用鈉皂和石墨）已進(jìn)入生產(chǎn)試驗(yàn)中，尚在選擇西方，希望同行共同合作，促進(jìn)塑性加工的潤滑技術(shù)發(fā)展，為冷擠壓潤滑劑創(chuàng)出更新的產(chǎn)品，進(jìn)入世界市場而努力奮斗。

崔秀梅，工程師，主要研究方向有金屬材料及非金屬材料的化學(xué)分析及表面處理工藝，F(xiàn)M系列（高分子）潤滑劑代替冷擠壓的磷化→皂化處理。