大型鋁型材擠壓機(jī)潤滑功能材料的開發(fā)

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　　1 課題提出的背景及意義

　　隨著科技的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種大型扁寬、薄壁、高精、復(fù)雜的實(shí)心和空心型材應(yīng)運(yùn)而生，成為許多重要領(lǐng)域，如航空航天、交通運(yùn)輸、現(xiàn)代汽車、電子電器、艦船兵器等部門的首選材料，其中大、中斷面鋁型材用量占50%左右，故擠壓機(jī)向著大型化方向發(fā)展。未來幾十年，我國高速鐵路建設(shè)將進(jìn)入全面收獲時期，以“四縱四橫”為骨架的快速客運(yùn)網(wǎng)基本形成;長江三角洲、珠江三角洲、環(huán)渤海地區(qū)城際軌道交通，將覆蓋區(qū)域內(nèi)主要城鎮(zhèn);中國約有25個大中城市在進(jìn)行地鐵與高架軌道路線建設(shè);我國研制的首款大飛機(jī)C919也將與2014年首飛，2016年交付航線使用，20年內(nèi)達(dá)到年產(chǎn)大客機(jī)150架、年產(chǎn)新支線飛機(jī)50架的目標(biāo);因此未來幾十年我國的大型鋁型材需求會越來越多，因此大型擠壓機(jī)的數(shù)量還會不斷增加。

　　大型擠壓機(jī)加工潤滑的方法現(xiàn)有多種：

　　(1)乙炔火焰噴射器，當(dāng)需要潤滑擠壓墊片時，火焰噴射器可自動打火噴射，利用乙炔燃燒時的黑煙噴滿擠壓墊片與坯錠接觸的一面，使墊片在擠壓過程中不會與鋁錠粘接在一起。一般擠壓3-5次潤滑一次。太原重工股份有限公司研制的機(jī)器多采用該方法。該方法：需接乙炔氣管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，燃燒后對工作環(huán)境污染大，安全性差。

　　(2)采用氮化硼粉末對擠壓墊和模套進(jìn)行潤滑，德國的西馬克擠壓機(jī)多采用該方法：機(jī)器手結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對機(jī)臺環(huán)境污染大。

　　(3)采用專用的固態(tài)潤滑劑對擠壓墊和模套進(jìn)行潤滑，日本宇部興產(chǎn)研制的機(jī)器多采用該方法：機(jī)器手結(jié)構(gòu)簡單，安全環(huán)保。

　　日本的大型擠壓機(jī)最具有特色，很值得我們研究與借鑒，其結(jié)構(gòu)合理，生產(chǎn)能力得到充分發(fā)揮，在全球各國的大型擠壓機(jī)中單臺產(chǎn)量最高。它的潤滑分離技術(shù)更是值得我們借鑒和學(xué)習(xí)的。

　　山東南山鋁業(yè)引進(jìn)的日本宇部興產(chǎn)制造的大型鋁型材擠壓機(jī)(如圖1-1)，該擠壓機(jī)占地面積大，結(jié)構(gòu)緊湊，自動化程度高，人工無法對擠壓杠頂端涂抹潤滑分離劑，它采用機(jī)械手自動涂抹，使用的是專用的潤滑劑(如圖1-2)。國內(nèi)目前還沒有同類產(chǎn)品，該分離潤滑劑依賴于日本進(jìn)口的潤滑劑。

　　目前國擠壓機(jī)也大量使用固態(tài)潤滑劑[2]，該產(chǎn)品在室溫條件下呈固態(tài)，當(dāng)它與所要潤滑的部位，例如擠壓墊，擠壓頂杠接觸而被加熱熔化呈液態(tài)是，粘附在所要潤滑的表面，一旦與高溫表面脫離接觸，潤滑劑自身又冷凝成固態(tài)，該潤滑劑少煙，基本不著火，涂抹一次可連續(xù)擠壓近10根鑄錠（詞條“鑄錠”由行業(yè)大百科提供），大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度，改善了加壓機(jī)周圍得環(huán)境條件。但是目前國內(nèi)在小型擠壓機(jī)上使用的固態(tài)潤滑劑，閃點(diǎn)和軟化點(diǎn)太低，性能、尺寸及結(jié)構(gòu)不能滿足在大中型擠壓機(jī)機(jī)器人使用的要求。因此，研究和開發(fā)一種理想的擠壓分離潤滑劑來滿足國內(nèi)目前日益增多的大型擠壓設(shè)備的需要已成為當(dāng)務(wù)之急。

　　2 實(shí)驗(yàn)分析

　　2-1 熱失重分析

　　采用美國TG公司生產(chǎn)的TQ500/Q50T熱重分析儀，對進(jìn)口和國產(chǎn)樣品進(jìn)行熱失重分析，實(shí)驗(yàn)工藝要求：測試溫度由25°C——600°C，升溫速度為10°C/min，試驗(yàn)氣氛：氮?dú)猓�流速�?0mL/min。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2-1-1。

　　通過TGA曲線對比可以看出，進(jìn)口潤滑劑和國產(chǎn)潤滑劑在200°C以前熱穩(wěn)定性（詞條“熱穩(wěn)定性”由行業(yè)大百科提供）能是一樣的;進(jìn)口潤滑劑的該組份從200°C開始分解,到380°C完全降解（詞條“降解”由行業(yè)大百科提供）, 質(zhì)量約占55%;第二主要組份是在從380°C開始分解,到475°C完全降解, 質(zhì)量約占23%;不能降解的固體物質(zhì)質(zhì)量約占22%。

　　國產(chǎn)潤滑劑的主組份在200°C——300°C之間的衰退明顯，質(zhì)量約占25%;第二組份在300°C——450°C之間，質(zhì)量約占35%，該組份降解的速度與溫度成線性關(guān)系;不能降解的固體物質(zhì)質(zhì)量約占40%。

　　由于TGA曲線的差異，導(dǎo)致進(jìn)口潤滑分離劑和國產(chǎn)潤滑分離劑抗熱分離效果的不同。

　　2-2紅外光譜分析

　　刮下少量進(jìn)口和國產(chǎn)潤滑劑粉末，與 KBr 粉末研磨（詞條“研磨”由行業(yè)大百科提供），壓片，用透射法測試，得到其紅外光譜圖[4]。對比進(jìn)口和國產(chǎn)潤滑劑的紅外光譜圖，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口潤滑劑有10個特征峰，國產(chǎn)潤滑劑有11個特征峰;特征峰的數(shù)量相當(dāng);而且在2918 cmP-1P 、2848 cmP-1P 、1637 cmP-1P、1470 cmP-1P 、1378 cmP-1P 和719 cmP-1P 6個波長位置都出現(xiàn)了特征峰，兩個潤滑劑存在大量相同的基團(tuán) 。其中2918 cmP-1P可能是CHR2R反對稱伸展振動，2848 cmP-1P可能是CHR2R對稱伸展振動;1470 cmP-1P可能是CHR3R反對稱變形（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）振動，、1378 cmP-1P可能是CHR3R反對稱變形振動;719 cmP-1P可能是(CHR2R)Rn>4R平面搖擺振動特征峰。由此可以看出，進(jìn)口潤滑劑和國產(chǎn)潤滑劑配方基本官能團(tuán)組成相似度極高。

　　2-3分離潤滑功能材料的開發(fā)

　　根據(jù)熱失重分析的結(jié)果，為提高國產(chǎn)潤滑劑在300°C時的熱穩(wěn)定性（詞條“穩(wěn)定性”由行業(yè)大百科提供），查閱材料手冊初選出多種高分子材料對國產(chǎn)潤滑劑進(jìn)行改性。

　　試驗(yàn)結(jié)果為：6#樣在，200--350°C區(qū)間內(nèi)抗熱性能有提高但改善不明顯，7#樣在200-350°C區(qū)間內(nèi)抗熱性能較之前的5#樣有明顯提高，雖然較進(jìn)口潤滑劑有一定差距，但在300°C時潤滑劑的有效成分在80%以上，所以7#樣的配方已經(jīng)達(dá)到預(yù)期效果。

　　3 結(jié)論

　　(1)新開發(fā)的固態(tài)分離潤滑劑無煙、無味、無毒，潤滑劑表面光潔無粘性，使用起來更干凈。

　　(2)潤滑分離效果好，能使擠壓墊與壓余之間順利脫開，無任何粘連。

　　(3)熱穩(wěn)定性更好，在600°C的高溫下扔有良好的潤滑分離效果。

　　(4)價格將進(jìn)口潤滑劑便宜，性價比高。

　　(5)在試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)EVA對國產(chǎn)潤滑劑外觀性能、脫模性以及熱穩(wěn)定性都由及大的幫助。

　　(6)新開發(fā)的分離潤滑劑，采用模具澆注（詞條“澆注”由行業(yè)大百科提供）成型，脫模方便。該成型工藝能滿足大型鋁型材擠壓潤滑劑小批量多型號的生產(chǎn)的需要。

　　(7) 深圳市鵬科科技有限公司可為企業(yè)提高各種安裝尺寸的固態(tài)潤滑劑。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 胡智敏，王祝堂. 改革開放30年：中國成為工業(yè)鋁材大擠壓機(jī)最多的國家. 輕合金加工技術(shù). 2010.3,1-3;

　　[2] 李積彬，伍小玲，黃強(qiáng)，古可. 鋁擠壓分離潤滑劑的開發(fā). 輕合金加工技術(shù)，1993.1，29-31;

　　[3] Georg widmann. Thermal Analysis eNewsletter. METTLER TOLED（詞條“LED”由行業(yè)大百科提供）O;

　　[4] 胡皆漢，鄭學(xué)仿. 實(shí)用紅外光譜學(xué). 北京科學(xué)出版社，2011。