CN103111567A - 润滑剂涂覆方法 - Google Patents

Abstract

一种金属材料辅助加工领域的润滑剂涂覆方法，通过将固体润滑剂与待涂覆金属坯料置于滚动装置中滚动涂覆，滚动装置中的滚筒为多边形滚筒且其内表面具有阵列分布的微凸结构，使得固体润滑剂附着于金属坯料表面；或者滚动装置中加入丸粒一起滚动用于撞击金属坯料以增加固体润滑剂的附着力；或者固体润滑剂置于容器之前，先将丸粒与待涂覆金属坯料一起置于滚动装置中进行滚动预处理；本发明能够方便地实现金属坯料的润滑处理，用于后续冷锻成形。与磷皂化处理方法相比，环保性更好。

Description

润滑剂涂覆方法

技术领域

本发明涉及的是一种金属材料辅助加工领域的方法，具体是一种润滑剂涂覆方法。

背景技术

冷锻成形中，金属坯料与模具表面的单位接触压力一般较大，坯料与模具接触表面容易发生粘合现象，致使模具寿命极低。因此，冷锻成形必须进行良好的润滑，以改善坯料与模具间的摩擦状况，提高锻件表面质量和模具使用寿命。磷皂化处理一直是冷锻成形中采用的润滑处理方式，磷化处理形成多孔性磷酸盐覆盖层，用于储存皂化脂以起到润滑作用。其典型工艺流程为：“去油—冷水洗—热水洗—酸洗—冷水洗—热水洗—磷化—冷水洗—热水洗—中和—皂化—干燥”，中间各工序的处理时间再加上工序间坯料流转时间超过90分钟。磷皂化处理，虽然在冷锻工艺中发挥了很大作用，但是该工艺的工序较多、流程较长、操作复杂且不易控制、设备与厂房投资较多，而且中间产生了大量酸雾并形成极难回收处理重金属废液，污染环境。在2006-2007期间，欧盟颁布新的法案REACH，磷皂化处理这种传统工艺在欧盟国家因环保要求而受到限制。因此，研究操作流程简单、经济效益高、环境友好的坯料表面润滑处理方法和装置，是冷锻成形领域发展的重要技术问题之一。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101983232，公开日2011-3-2，记载了一种用磷酸盐层和然后用聚合物润滑剂层涂覆金属表面的方法，首先施用磷酸盐层，是用酸性磷化水溶液形成的；然后施用含有显著含量的有机聚合物材料的润滑剂层，是通过将磷化表面与含水的润滑剂组合物接触形成的。但此类方法使用了磷化这种不利于环保的处理工艺。

中国专利文献号CN1115968，公开日1996-01-31，记载了一种向拉丝过程中的拉丝材料上徐覆润滑剂载体层的方法和装置及干燥载体材料，该套方法与装置主要是通过加压、摩擦或挤压而机械地涂覆粉状或粒状的干燥载体材料，其优点在于降低了坯料预处理的成本，降低了预处理过程对环境污染的压力，但是需要后续再涂覆润滑剂才能完成坯料润滑处理，而且比较适用于拉丝等冷拉加工过程。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种润滑剂涂覆方法，能够方便地实现金属坯料的润滑处理，用于后续冷锻成形。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将固体润滑剂与待涂覆金属坯料置于滚动装置中滚动涂覆，使得固体润滑剂附着于金属坯料表面。

所述的滚动装置中的滚筒体积为V₀/mm³，金属坯料总体积为V/mm³，金属坯料个数为N，润滑剂质量为m/g，滚筒转速为w/（r/min），转动时间为t/s，各参数的取值范围为：NV=(0～0.2)V₀，m=(0.3～1)VN×10^-3，w=（10～200）r/min，各参数之间满足：

所述的滚动装置中加入丸粒一起滚动用于撞击金属坯料以增加固体润滑剂的附着力。

有丸粒的情况下，所述的滚动装置的滚筒体积为V₀/mm³，金属坯料体积为V/mm³，金属坯料个数为N，丸粒质量为m₀/g，润滑剂质量为m/g，滚筒转速为w/（r/min），转动时间为t/s，各参数的取值范围为：NV=(0～0.2)V₀，m₀=（0.5～0.7）m，m=(0.4～1.3)VN×10^-3，w=（10～200）r/min，各参数之间的关系式为

所述的固体润滑剂置于容器之前，先将丸粒与待涂覆金属坯料一起置于滚动装置中进行滚动预处理；

预处理的情况下，所述的滚动装置的滚筒体积为V₀/mm³，金属坯料体积为V/mm³，金属坯料个数为N，丸粒质量为m₀/g，润滑剂质量为m/g，滚筒预处理转速w₁/（r/min）、滚筒最终处理转速w₂/（r/min），预处理转动时间t₁/s、最终处理转动时间t₂/s，各参数的取值范围为：NV=(0～0.2)V₀，m₀=（0.9～1.1）m，m=(0.5～1.5)VN×10^-3，w₁=（10～200）r/min、w₂=（10～200）r/min，各参数之间的关系式为 $\frac{\mathrm{NV}}{m}=0.17w_1{t}_1,$ $\frac{\mathrm{NV}}{m}=0.34w_2{t}_2.$

所述的金属坯料为钢质时，固体润滑剂为：二硫化钼MoS₂、石墨或两者混合物；金属坯料为铝合金材质时，固体润滑剂为：硬脂酸锌。

所述的滚动装置包括：电动机、齿轮减速机构、支撑轴承、滚筒、转速调节器、变频器和定时器，其中：齿轮减速机构的一端与电动机相连，另一端与支撑轴承的一端相连，滚筒设置于支撑轴承上，变频器分别与电动机和转速调节器相连，转速调节器通过控制变频器调节电动机的转速，定时器与电动机相连；

所述的滚筒为多边形滚筒，多边形的边数为6-10，且滚筒的内表面具有阵列分布的微凸结构，通过滚动使金属坯料的表面粗糙化形成多微孔结构以容纳并吸附固体润滑剂。

所述的微凸结构的突起高度尺寸为5μm-10μm，在滚动涂覆时能适当加快金属坯料的表面粗糙化；

所述的滚筒前侧设置有称重装置。

所述的滚筒上设有进料/出料门，该进料/出料门由内层的钢板和外层的橡胶板构成，橡胶板的厚度为内层钢板厚度的1.2~1.3倍。

有益效果

1、与传统的磷皂化处理工艺相比，本发明的实施工序少，工艺流程短；固体润滑剂可回收利用，节约成本并减轻了环保的压力。此外，对于大批量的冷锻件生产来说，本发明涂覆装置的投资相对较少。

2、本发明涂覆装置与方法，关键参数可控可调，操作稳定性好。涂覆过程中可调参数包括滚筒转速、运转时间、不同润滑剂及其质量和不同丸料及其质量。

附图说明

图1为本发明涂覆装置的结构示意图；

图2为滚筒及其内表面结构的示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本申请的涂覆方法是将固体润滑剂与待涂覆金属坯料置于滚动装置中滚动涂覆，使得固体润滑剂附着于金属坯料表面；

如图1所示，滚动装置包括：电动机6、齿轮减速机构7、支撑轴承8、滚筒9、转速调节器5、变频器4和定时器3，其中：齿轮减速机构7的一端与电动机6相连，另一端与支撑轴承8的一端相连，滚筒9设置于支撑轴承8上，变频器4分别与电动机6和转速调节器5相连，转速调节器5通过控制变频器4调节电动机6的转速，定时器3与电动机6相连；

如图2所示，所述的滚筒为多边形滚筒，多边形的边数为6-10，且滚筒的内表面具有阵列分布的微凸结构，通过滚动使金属坯料的表面粗糙化形成多微孔结构以容纳并吸附固体润滑剂。

所述的微凸结构的突起高度尺寸为5μm-10μm，在滚动涂覆时能适当加快金属坯料的表面粗糙化；

所述的滚筒9前侧设置有称重装置1。

所述的滚筒9上设有进料/出料门2，该进料/出料门2由内层的钢板和外层的橡胶板构成，橡胶板的厚度为内层钢板厚度的1.2~1.3倍。

实施例1

本实施例将固体润滑剂与待涂覆金属坯料置于滚动装置中滚动涂覆，使得固体润滑剂附着于金属坯料表面；所述的滚动装置的滚筒体积为V₀/mm³，金属坯料总体积为V/mm³，金属坯料个数为N，润滑剂质量为m/g，滚筒转速为w/（r/min），转动时间为t/s，各参数的取值范围为：NV=(0～0.2)V₀，m=(0.3～1)VN×10^-3，w=（10～200）r/min，各参数之间的关系式为： $\frac{\mathrm{NV}}{m}=0.5\mathrm{wt}.$

本实施例中各参数具体取值为：V₀=2.0×10⁸mm³，V=1.06×10⁶mm³，N为200，m为1500g，计算w为80r/min，t为40min。

以铝合金6061坯料，外径φ30mm，内径φ15mm，高度10mm，表面涂覆硬脂酸锌固体粉状润滑剂为例，该过程的具体步骤为：

第一步、材料准备：准备200个铝合金6061坯料，且用称重装置1称量1500g硬脂酸锌粉。

第二步、加入金属坯料与固体润滑剂：打开进料/出料门2，将待涂覆的200个铝合金6061坯料加入滚筒9中，随后向里倒入1500g硬脂酸锌粉，然后关闭并锁紧进料/出料门2。

第三步、调节转速：通过控制柜上的转速调节器5将滚筒9的转速设定为80r/min。

第四步、设定时间进行滚动涂覆：通过控制柜上的定时器3将滚筒9的运转时间设定为40min。打开电源，电动机6带动滚筒9进行旋转，对坯料进行滚动涂覆，达到设定时间后，定时器3常开触电自动断开，涂覆装置停止工作。

第五步、取料：打开进料/出料门2，手动将滚筒9使进料/出料门2朝下，在基座上放置可以进行过滤的三层容器，倾到出滚筒9中的全部材料。结果，过滤容器第一层是涂覆后的铝合金6061坯料，第二层没有材料遗留，第三层是硬脂酸锌粉。

涂覆后坯料表面附着润滑剂的量为由0.040g。

实施例2

本实施例滚动装置中加入丸粒一起滚动用于撞击金属坯料以增加固体润滑剂的附着力。所述的滚动装置的滚筒体积为V₀/mm³，金属坯料体积为V/mm³，金属坯料个数为N，丸粒质量为m₀/g，润滑剂质量为m/g，滚筒转速为w/（r/min），转动时间为t/s，各参数的取值范围为：NV=(0～0.2)V₀，m₀=（0.5～0.7）m，m=(0.4～1.3)VN×10^-3，w=（10～200）r/min，各参数之间的关系式为

本实施例的具体取值为：V₀=2.0×10⁸mm³，V=1.87×10⁶mm³，N为150，m为1000g，m₀为1000g，计算w为80r/min，t为40min。

以铝合金6063坯料，外径φ25mm，高度25mm，表面涂覆硬脂酸锌固体粉状润滑剂为例，该过程的具体步骤为：

第一步、材料准备：准备150个铝合金6063坯料，且用称重装置1分别称量1000g铝丸和1500g硬脂酸锌粉。

第二步、加入金属坯料与涂覆材料：打开进料/出料门2，将待涂覆的150个铝合金6063坯料加入滚筒9中，随后向里倒入1000g铝丸和1500g硬脂酸锌粉，然后关闭并锁紧进料/出料门2。

第三步、调节转速：通过控制柜上的转速调节器5将滚筒9的转速设定为80r/min。

第四步、设定时间进行滚动涂覆：通过控制柜上的定时器3将滚筒9的运转时间设定为40min。打开电源，电动机6带动滚筒9进行旋转，对坯料进行滚动涂覆，达到设定时间后，定时器3常开触电自动断开，涂覆装置停止工作。

第五步、取料：打开进料/出料门2，手动将滚筒9使进料/出料门2朝下，在基座上放置可以进行过滤的三层容器，倾到出滚筒9中的全部材料。结果，过滤容器第一层是涂覆后的铝合金6063坯料，第二层是铝丸，第三层是硬脂酸锌粉。

加入丸粒一起滚动用于撞击金属坯料以增加固体润滑剂的附着力。

与没有丸粒混合的情况相比，加入丸粒后坯料表面附着润滑剂的量由0.047g增加至0.058g。

实施例3

本实施例固体润滑剂置于容器之前，先将丸粒与待涂覆金属坯料一起置于滚动装置中进行滚动预处理；

预处理的情况下，所述的滚动装置的滚筒体积为V₀/mm³，金属坯料体积为V/mm³，金属坯料个数为N，丸粒质量为m₀/g，润滑剂质量为m/g，滚筒预处理转速w₁/（r/min）、滚筒最终处理转速w₂/（r/min），预处理转动时间t₁/s、最终处理转动时间t₂/s，各参数的取值范围为：NV=(0～0.2)V₀，m₀=（0.9～1.1）m，m=(0.5～1.5)VN×10^-3，w₁=（10～200）r/min、w₂=（10～200）r/min，各参数之间的关系式为 $\frac{\mathrm{NV}}{m}=0.17w_1{t}_1,$ $\frac{\mathrm{NV}}{m}=0.34w_2{t}_2.$

本实施例的取值为：V₀=2.0×10⁸mm³，V=2.12×10⁶mm³，N为100，m为2000g，m₀为2000g，计算w₁为160r/min，t₁为40min，w₂为80r/min，t₂为40min。

以20钢坯料，外径φ30mm，高度30mm，表面涂覆MoS₂粉状润滑剂为例，该过程的具体步骤为：

第一步、材料准备：准备100个20钢坯料，且用称重装置1分别称量2000g钢丝切丸和2000g的MoS₂粉。

第二步、加入金属坯料与丸粒：打开进料/出料门2，将待涂覆的100个20钢坯坯料加入滚筒9中，随后向里倒入2000g钢丝切丸，然后关闭并锁紧进料/出料门2。

第三步、调节转速1：通过控制柜上的转速调节器5将滚筒9的转速设定为160r/min。

第四步、设定时间进行滚动涂覆1：通过控制柜上的定时器3将滚筒9的运转时间设定为40min。打开电源，电动机6带动滚筒9进行旋转，对坯料进行滚动涂覆，达到设定时间后，定时器3常开触电自动断开，涂覆装置停止工作。

第五步、取料1：打开进料/出料门2，手动将滚筒9使进料/出料门2朝下，在基座上放置可以进行过滤的三层容器，倾到出滚筒9中的全部材料。结果，过滤容器第一层是预滚处理的20钢坯料，第二层是钢丝切丸，第三层没有材料遗留。

第六步、加入预滚处理后的坯料与固体润滑剂：打开进料/出料门2，将经过预滚处理后的钢坯料和2000g的MoS₂粉倒入滚筒9中，关闭并锁紧进料/出料门2。

第七步、调节转速2：通过控制柜上的转速调节器5将滚筒9的转速设定为80r/min。

第八步、设定时间进行滚动涂覆2：通过控制柜上的定时器3将滚筒9的运转时间设定为40min。打开电源，电动机6带动滚筒9进行旋转，对坯料进行滚动涂覆，达到设定时间后，定时器3常开触电自动断开，涂覆装置停止工作。

第九步、取料2：打开进料/出料门2，手动将滚筒9使进料/出料门2朝下，在基座上放置可以进行过滤的三层容器，用刷子扫出滚筒9中的全部材料。结果，过滤容器第一层是涂覆后的20钢坯料，第二层没有材料遗留，第三层是MoS₂粉。

涂覆后坯料表面附着润滑剂的量为由0.085g。

Claims (9)

1.一种润滑剂涂覆方法，其特征在于，通过将固体润滑剂与待涂覆金属坯料置于滚动装置中滚动涂覆，使得固体润滑剂附着于金属坯料表面；或者滚动装置中加入丸粒一起滚动用于撞击金属坯料以增加固体润滑剂的附着力；或者固体润滑剂置于容器之前，先将丸粒与待涂覆金属坯料一起置于滚动装置中进行滚动预处理。

2.根据权利要求1所述的润滑剂涂覆方法，其特征是，在无丸粒的情况下，所述的滚动装置的滚筒体积为V₀/mm³，金属坯料总体积为V/mm³，金属坯料个数为N，润滑剂质量为m/g，滚筒转速为w/（r/min），转动时间为t/s，各参数之间满足：

 。

3.根据权利要求1或2所述的润滑剂涂覆方法，其特征是，在无丸粒的情况下，金属坯料总体积V和金属坯料个数N满足NV=(0～0.2)V₀，V₀为滚动装置的滚筒体积；润滑剂质量m为m=(0.3～1)VN×10^-3；滚筒转速w为10～200r/min。

4.根据权利要求1所述的润滑剂涂覆方法，其特征是，有丸粒的情况下，所述的滚动装置的滚筒体积为V₀/mm³，金属坯料体积为V/mm³，金属坯料个数为N，丸粒质量为m₀/g，润滑剂质量为m/g，滚筒转速为w/（r/min），转动时间为t/s，各参数之间满足

 。

5.根据权利要求1或4所述的润滑剂涂覆方法，其特征是，有丸粒的情况下，有丸粒的情况下，金属坯料体积V与金属坯料个数N为NV=(0～0.2)V₀，V₀为滚动装置的滚筒体积；丸粒质量m₀为润滑剂质量m的0.5～0.7倍，润滑剂质量m=(0.4～1.3)VN×10^-3，滚筒转速w为10～200r/min。

6.根据权利要求1所述的润滑剂涂覆方法，其特征是，预处理的情况下，所述的滚动装置的滚筒体积为V₀/mm³，金属坯料体积为V/mm³，金属坯料个数为N，丸粒质量为m₀/g，润滑剂质量为m/g，滚筒预处理转速w₁/（r/min）、滚筒最终处理转速w₂/（r/min），预处理转动时间t₁/s、最终处理转动时间t₂/s，各参数之间满足

 ，且 。 

7.根据权利要求1或6所述的润滑剂涂覆方法，其特征是，预处理的情况下，金属坯料体积V和金属坯料个数N为NV=(0～0.2)V₀，其中：V₀为滚动装置的滚筒体积；丸粒质量m₀为润滑剂质量m的0.9～1.1倍，润滑剂质量m=(0.5～1.5)VN×10^-3；滚筒预处理转速w₁为10～200r/min；滚筒最终处理转速w₂为10～200r/min。

8.根据权利要求1或2或4或6任一项所述的润滑剂涂覆方法，其特征是，所述的金属坯料为钢质时，固体润滑剂为：二硫化钼MoS₂、石墨或两者混合物；金属坯料为铝合金材质时，固体润滑剂为：硬脂酸锌。

9.一种实现上述任一权利要求所述方法的滚动装置，其特征在于，包括：电动机、齿轮减速机构、支撑轴承、滚筒、转速调节器、变频器和定时器，其中：齿轮减速机构的一端与电动机相连，另一端与支撑轴承的一端相连，滚筒设置于支撑轴承上，变频器分别与电动机和转速调节器相连，转速调节器通过控制变频器调节电动机的转速，定时器与电动机相连；

所述的滚筒为多边形滚筒，多边形的边数为6-10，且滚筒的内表面具有阵列分布的微凸结构，通过滚动使金属坯料的表面粗糙化形成多微孔结构以容纳并吸附固体润滑剂；

所述的微凸结构的突起高度尺寸为5μm -10μm，在滚动涂覆时能适当加快金属坯料的表面粗糙化。 

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