冷床輸送鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副潤(rùn)滑劑涂覆及熱固化工藝研究*

蔡云松 楊順田

(①四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽(yáng) 618000;②四川省高溫合金切削工藝技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，四川 德陽(yáng) 618000 )

2 800 mm熱連軋機(jī)生產(chǎn)線上的冷床是將軋制成形的具有380 ℃以上高溫的鋼板，從輸入輥道通過(guò)“輸送鏈”輸送到輸出輥道并進(jìn)行冷卻。輸送鏈采用鏈傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上有許多由“滾盤(pán)、軸套和銷(xiāo)”構(gòu)成的“轉(zhuǎn)動(dòng)”運(yùn)動(dòng)副，其潤(rùn)滑很困難。主要存在以下4個(gè)難點(diǎn)：一是因?yàn)殚g隙非常小，潤(rùn)滑劑難以滲透運(yùn)動(dòng)副內(nèi)部[1]；二是不能采用干油等油脂類(lèi)潤(rùn)滑劑，以免油脂滴漏污染成品板材；三是“輸送鏈”完全處于開(kāi)放狀態(tài)，載荷重、運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低、工作環(huán)境惡劣；四是轉(zhuǎn)動(dòng)副的零件尺寸小、數(shù)量特別大?，F(xiàn)針對(duì)冷床轉(zhuǎn)動(dòng)副的工作特點(diǎn)進(jìn)行潤(rùn)滑劑涂覆方式與熱固化工藝的研究。

1 冷床轉(zhuǎn)動(dòng)副潤(rùn)滑劑的選擇

1.1 耐磨潤(rùn)滑劑的選擇

冷床“輸送鏈”上的轉(zhuǎn)動(dòng)副潤(rùn)滑劑的選擇主要考慮耐380 ℃高溫、黏附性、氧化安定性及耐磨性等。

(1)杜邦系列

機(jī)械傳動(dòng)中常用的油脂類(lèi)潤(rùn)滑劑，使用溫度范圍大多低于200 ℃，最好的杜邦Krytox 240AC氟化油脂使用溫度也低于290 ℃[2]，所以運(yùn)動(dòng)副不能采用常用油脂類(lèi)潤(rùn)滑，否則會(huì)造成滴漏污染。

(2)德馳系列

德馳系列主要有耐高溫抗磨重載長(zhǎng)壽命潤(rùn)滑脂。它是以復(fù)合皂稠化合成基礎(chǔ)油，并加有抗磨、極壓、抗氧化、抗腐蝕及結(jié)構(gòu)改進(jìn)劑等高效添加劑而制成；具有優(yōu)異的極壓抗磨性能，確保最佳負(fù)荷能力；極有效地減少摩擦，把產(chǎn)生的熱量控制在最低限度；優(yōu)異的高溫氧化安定性，工作溫度在-20 ℃～300 ℃。

(3)摩力克系列

摩力克耐磨潤(rùn)滑劑是將二硫化鉬潤(rùn)滑劑粉未溶于揮發(fā)性溶劑中，浸涂或噴涂在零件摩擦表面上，經(jīng)加熱固化待溶劑揮發(fā)后即留下一層固體潤(rùn)滑膜，具有耐高溫、防腐蝕的特點(diǎn)[3]，適用于低速到中速運(yùn)轉(zhuǎn)、重載條件下金屬之間的摩擦副，或由于條件限制不允許使用油脂類(lèi)潤(rùn)滑劑的地方。其中的3400A適用于工作溫度-200 ℃～+430 ℃。

顯然，選擇3400A耐磨潤(rùn)滑劑對(duì)運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行潤(rùn)滑是比較合適的，但還需通過(guò)實(shí)驗(yàn)最終確定。

1.2 實(shí)驗(yàn)的必要性

之所以要先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，是因?yàn)橐郧皼](méi)有進(jìn)行過(guò)此類(lèi)耐磨潤(rùn)滑劑的涂覆，對(duì)涂覆層厚度的撐控和熱固化都沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，要著重解決3個(gè)方面的問(wèn)題：

①零件小，需要涂覆和保護(hù)的部位相鄰很近，甚至有的同一表面一部分需要涂覆，另外一部分則需要保護(hù)，操控難度大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，摸索非涂覆保護(hù)方法[4]。

②零部件數(shù)量多，其中滾盤(pán)6 474件，軸套6 474件，銷(xiāo)8 580件，要涂覆的零件總件數(shù)超過(guò)了20 000件，必須考慮工作效率與生產(chǎn)成本等。

③零件涂覆后涂層的熱固化工藝。

2 涂覆試驗(yàn)

分別采用浸涂和噴涂?jī)煞N方法試驗(yàn)。測(cè)試工具采用EM220型鐵基涂層測(cè)厚儀、涂層附著力測(cè)試儀 HCTC-10。耐濕熱性能試驗(yàn)箱，恒溫玻璃水浴槽， FQY煙霧試驗(yàn)箱等。

2.1 試驗(yàn)過(guò)程

(1)試件編號(hào)

無(wú)論是浸涂或噴涂試驗(yàn)，先對(duì)滾盤(pán)等試件進(jìn)行逐件編號(hào)，確保編號(hào)牢固，防止實(shí)驗(yàn)過(guò)程中脫號(hào)。

(2)清洗與脫脂

涂覆前，試件必須進(jìn)行徹底清洗與脫脂處理，備用。

(3)涂覆

分別對(duì)備用試件進(jìn)行浸涂和噴涂試驗(yàn)，并做好試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，保證數(shù)據(jù)正確、完整。

(4)熱固化

對(duì)已浸涂或噴涂的試件，自然放置30 min。然后在電阻爐中將溫度控制在(160±5)℃，烘焙3 h，進(jìn)行涂覆層的固化。

表1、表2是滾盤(pán)和軸套試件分別采用噴涂和浸涂后的數(shù)據(jù)，表3是涂層熱固化性能測(cè)試數(shù)據(jù)。

表1 滾盤(pán)噴涂和浸涂涂層厚度試驗(yàn)數(shù)據(jù) μm

表2 軸套噴涂和浸涂涂層厚度試驗(yàn)數(shù)據(jù) μm

表3 涂層熱固化性能測(cè)試數(shù)據(jù)

序號(hào)檢驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)要求測(cè)試方法測(cè)試結(jié)果1噴涂厚度14～18μmGB/T6463-198619.7μm2附著量200-240mg/cm2GB/T8684-2002226mg/cm23附著力≥3.5級(jí)GB/T5270-19853.5級(jí)4耐鹽霧腐蝕性鹽霧試驗(yàn)不小于240hGB/T10125-1997247h無(wú)銹蝕5耐水性能240h后附著力符合標(biāo)準(zhǔn)要求GB/T18684-2002符合標(biāo)準(zhǔn)6耐濕熱性能240h后附著力符合標(biāo)準(zhǔn)要求GB/T18684-2002符合標(biāo)準(zhǔn)7耐高溫性能450℃溫度下無(wú)銹蝕剝落現(xiàn)象ISO2747-73符合標(biāo)準(zhǔn)

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，采用浸涂方式得到各零件的涂覆層厚度比較均勻，而采用噴涂方式得到的各零件的涂覆層厚度差別比較大[5]。分析其原因，兩種方法都是靠人工操作，就噴涂方法而言，噴涂試驗(yàn)是將零件進(jìn)行必要的保護(hù)后，通過(guò)工裝使零件轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到噴涂軸類(lèi)表面的目的。噴涂時(shí)零件轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢、噴槍的遠(yuǎn)近、潤(rùn)滑劑的粘度、壓縮空氣壓力、操作者熟練程度等是涂層厚度的決定因素[6]。對(duì)于浸涂，掌握零件浸涂時(shí)間和吊出速率同樣也是涂層厚度的決定因素。

3 最終涂覆方案的確定

雖然浸涂方法得到的涂層厚度比較均勻，但厚度偏薄并有掛流現(xiàn)象，局部仍不均勻，耐磨潤(rùn)滑劑與零件本體的附著力較噴涂方法的差，試件的保護(hù)也較難，像滾盤(pán)的端面不適用于浸涂[7]。綜合考慮這些因素，再通過(guò)檢測(cè)噴涂、浸涂?jī)煞N方法得到的涂層厚度。對(duì)比涂層熱固化性能測(cè)試數(shù)據(jù)，選擇了“噴涂”為“輸送鏈”轉(zhuǎn)動(dòng)副零件表面耐磨潤(rùn)滑劑的最終涂覆方案。

4 轉(zhuǎn)動(dòng)副零件涂覆工藝方案

冷床“轉(zhuǎn)動(dòng)”運(yùn)動(dòng)副需要噴涂的零有滾盤(pán)、軸套、銷(xiāo)。各零件上需要噴涂和保護(hù)的部位如圖1～3所示。零件上用A、B、C、D等字母標(biāo)示的表面是不能涂覆的表面，噴涂時(shí)這些部位必須加以保護(hù)。特別是圖3的銷(xiāo)，同處φ29.9f7的外圓表面，但只有中間60 mm長(zhǎng)度一段需要涂覆耐磨潤(rùn)滑劑，其余部位在涂覆時(shí)必須保護(hù)，必需采取“選擇性涂覆工藝”。

4.1 選擇性涂覆工藝

“選擇性涂覆”工藝可選擇性地涂覆零件相關(guān)區(qū)域，適于中大批量生產(chǎn)。冷床“輸送鏈”上的轉(zhuǎn)動(dòng)副零件數(shù)量多，幾何形狀又相對(duì)簡(jiǎn)單，該方法非常適合。本工藝采用無(wú)空氣噴嘴進(jìn)行涂覆，涂覆一致性好，生產(chǎn)效率高；保護(hù)部位可徹底遮蓋，材料利用率高，可達(dá)到95%以上，有效地保證裸露部分不被涂覆，實(shí)現(xiàn)較清晰的邊緣形狀。

4.2 工藝參數(shù)與注意事項(xiàng)

考慮工件的批量、涂覆層厚度等因素，噴涂時(shí)，主要參數(shù)確定為：壓縮空氣壓力為0.3 MPa，噴槍噴口直徑1～1.5 mm，工件離噴槍噴口200～300 mm，太近噴涂不均勻，太遠(yuǎn)涂料到達(dá)工件表面時(shí)溶劑已經(jīng)揮發(fā)，涂覆效果不好。

4.3 涂覆操作要點(diǎn)

(1)清洗要徹底。徹底清洗直至工件待噴涂表面無(wú)任何油污及臟物。然后用毛刷仔細(xì)清洗工件待噴涂表面，用二甲苯清洗液洗兩遍，再用丙酮洗一遍。

(2)噴涂前晾干。

(3)控制涂層厚度。涂層厚度控制在0.015～0.025 mm。

4.4 熱固化工藝

固化過(guò)程就是將噴涂潤(rùn)滑劑后的轉(zhuǎn)動(dòng)副零件放入烘箱(電爐或熱壓機(jī)等) 中進(jìn)行加熱和加壓的過(guò)程。固化工藝參數(shù)主要有溫度、壓力及加壓點(diǎn)、升降溫速率和保溫時(shí)間等。

(1)熱固化加熱爐的確定

工件噴涂后要求在160 ℃進(jìn)行涂覆層的熱固化，由于工件數(shù)量多，正確選擇加熱裝置對(duì)保證出產(chǎn)周期十分重要[8]。現(xiàn)有移動(dòng)式豎井電爐、臺(tái)車(chē)式電爐若干臺(tái)，比對(duì)它們的性能參數(shù)，雖然臺(tái)車(chē)式電爐裝卸工件方便，設(shè)計(jì)工裝簡(jiǎn)單，但由于它屬于熱處理加熱爐，占用率高，用于烘焙勢(shì)必影響生產(chǎn)。到車(chē)間落實(shí)具體情況后綜合考慮，決定選用移動(dòng)式豎井電爐進(jìn)行耐磨潤(rùn)滑劑涂層的熱固化，一是該爐是占用率低，基本上屬于閑置設(shè)備，加以利用不影響其他產(chǎn)品的生產(chǎn)，二是工件裝爐數(shù)量多，可實(shí)現(xiàn)批量加熱。

(2)熱固化工藝參數(shù)

熱固化工藝參數(shù)主要是溫度與時(shí)間，溫度分為烘箱溫度與模具溫度, 兩者之間的溫差以50 ℃～60 ℃為宜, 升降溫速率一般選0. 5～1.5 ℃/min, 典型的熱固化工藝過(guò)程如圖4所示。

(3)涂層表面的保護(hù)和工件的運(yùn)輸

噴涂后的工件，未經(jīng)高溫烘焙固化前，此時(shí)噴有涂料的表面如果接觸任何東西，都將破壞表面涂層的質(zhì)量，必須考慮對(duì)已噴涂表面的嚴(yán)格保護(hù)。

從理論上講，當(dāng)工件完成噴涂，空冷30 min后，就應(yīng)該放入電爐按要求進(jìn)行涂層的固化[9]。但由于被噴涂工件數(shù)量較多，且結(jié)構(gòu)和大小不同，加之由于電爐所在場(chǎng)所限制，工件噴涂后還需要借助運(yùn)輸工具，送到固化場(chǎng)所之后才能將其裝入爐內(nèi)進(jìn)行熱固化。

(4)熱固化過(guò)程監(jiān)控

熱固化時(shí)，熱量傳遞存在溫度梯度, 造成沿厚度方向上的固化度不同, 易產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力, 并且固化速度慢、周期長(zhǎng)?？梢岳檬静顠呙枇繜岱?DSC) 對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)副零件在固化過(guò)程中的反應(yīng)歷程及潤(rùn)滑劑涂層流變學(xué)性能、黏度變化等熱固化過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。

5 專用工裝設(shè)計(jì)

鑒于上述原因，必須設(shè)計(jì)專用工裝，包括烘焙、運(yùn)輸和噴涂工裝，以方便工件噴涂表面保護(hù)與批量工件的擺放，同時(shí)考慮對(duì)工件必要的固定，便于運(yùn)輸，才能完成20 000多件不同結(jié)構(gòu)工件的熱固化。專用工裝的基本要求是能實(shí)現(xiàn)批量工件噴涂，能控制涂層厚度均勻，并且要求工裝操作快速，簡(jiǎn)便。

5.1 烘焙工裝設(shè)計(jì)

根據(jù)滾盤(pán)、軸套和銷(xiāo)子的具體結(jié)構(gòu)尺寸及數(shù)量，同時(shí)考慮方便起吊、運(yùn)輸、移動(dòng)式豎井電爐大小等因素，設(shè)計(jì)烘焙和運(yùn)輸工裝，如圖5所示。該工裝采用了框架式結(jié)構(gòu)。

由于滾盤(pán)和軸套、銷(xiāo)3種工件的結(jié)構(gòu)、尺寸大小差異較大，所設(shè)計(jì)的烘焙框架是固定結(jié)構(gòu)，但所用支架為活動(dòng)結(jié)構(gòu)[10]，將擺放不同工件的支架，分別或組合地放置在烘焙框架內(nèi)，就可以實(shí)現(xiàn)不同工件的烘焙，也可以同時(shí)在框架內(nèi)擺放不同的支架，同時(shí)實(shí)現(xiàn)3種工件組合烘焙的目的。

后來(lái)，增補(bǔ)的堆垛接近輥道、堆積裝置、稱重組件噴涂件也用了該烘焙工裝，提高了工裝的利用率。

5.2 噴涂工裝設(shè)計(jì)

涂覆方法試驗(yàn)成功之后，再根據(jù)使用情況對(duì)噴涂工裝作了必要的修改，并針對(duì)滾盤(pán)、軸套，銷(xiāo)等不同工件的特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)出了正式的噴涂工裝，共有3種結(jié)構(gòu)，其中，軸套的噴涂工裝如圖6所示。所設(shè)計(jì)的專用噴涂工裝，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的20 000多待噴涂的批量件進(jìn)行涂覆與熱固化，工作效率顯著提高。

6 實(shí)施效果

摩洛哥2800熱連軋機(jī)生產(chǎn)線上的冷床“輸送鏈”裝配現(xiàn)場(chǎng)如圖7所示。輸送鏈上的“轉(zhuǎn)動(dòng)”運(yùn)動(dòng)副采用上述耐磨潤(rùn)滑劑3400A，噴涂涂層厚度0.015～0.025 mm，在160 ℃進(jìn)行涂覆層的熱固化處理，效果良好。冷床投產(chǎn)3年多以來(lái)，輸送鏈沒(méi)出現(xiàn)故障，在兩年一次的定期清洗轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，銷(xiāo)與滾子、軸套與滾盤(pán)等噴涂部位均未發(fā)現(xiàn)磨損痕跡，證明這種潤(rùn)滑方式取得了圓滿成功。

7 結(jié)語(yǔ)

中板軋機(jī)中需要進(jìn)行耐磨潤(rùn)滑劑的零件數(shù)量多、規(guī)格小，經(jīng)過(guò)前期小批零件試驗(yàn)，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇了合理的涂覆方法和熱固化方法，并進(jìn)行了涂覆和烘焙工裝的設(shè)計(jì)，按圖紙要求成功完成兩萬(wàn)多件零部件的表面耐磨潤(rùn)滑劑的涂覆及熱固化。

在噴涂試驗(yàn)時(shí)，用噴涂件與相配合的零件試裝，檢查配合的間隙，發(fā)現(xiàn)銷(xiāo)與滾子、軸套與滾盤(pán)的配合間隙小，零件轉(zhuǎn)動(dòng)困難，不能滿足產(chǎn)品功能，分析圖紙配合尺寸也證實(shí)了此問(wèn)題。經(jīng)多次修改，零件配合面涂層厚度從0.05 mm改為0.015 mm，同時(shí)套軸和銷(xiāo)名義尺寸減小0.1 mm，配合尺寸不變，裝配后完全滿足產(chǎn)品功能。

處于380 ℃以上高溫工作狀態(tài)之下的由滾盤(pán)與套軸及銷(xiāo)所構(gòu)成的“轉(zhuǎn)動(dòng)”運(yùn)動(dòng)副，采用3400A耐磨潤(rùn)滑劑經(jīng)“噴涂+熱固化”方式潤(rùn)滑，不僅滿足了生產(chǎn)需要，而且對(duì)新涂裝材料從工藝手段、方法上進(jìn)行了必要的嘗試，為類(lèi)似產(chǎn)品的生產(chǎn)積累了成功經(jīng)驗(yàn)。

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