摘 要

本文首先通过润滑油粘度调和公式计算出实验各原料所需体积，并进行预实验验证此公式的可行性。然后在基于公式计算结果的情况下对原料配比进行适当调整，分别进行了两种基础油、三种基础油以及两种基础油改进调和实验，并利用石油产品运动粘度测试仪对所得实验产物进行相关粘度性能测试，将测试结果与样品油进行比较，得出符合要求润滑油配比。再对润滑油进行烟点测试等实际性的性能测试，最终确定最优的润滑油配方，所得结果对于铝合金压铸用冲头润滑油方面的研究具有重要的指导意义。

论文主要研究了铝合金压铸用冲头润滑油的原料以及最优配方问题。

研究结果表明：润滑油配方采用500SN：81％；SpectraSyn Elite^TM65聚α-烯烃：5％；PB1300粘度指数改进剂：14％（以上均为质量分数）时，润滑油各项性能都能符合基本要求。

本文的特色：采用润滑油粘度调和公式计算出大致的调和油粘度所需各种基础油的体积分数，然后转化为质量分数进行发散性实验，大大减少了探究最优配比时的实验工作量。

关键词：冲头油；润滑油粘度调和公式；酯类合成油；SpectraSyn Elite^TM65聚α-烯烃

Abstract

In this paper, the volume of the raw materials is calculated by the formula of viscosity adjustment of lubricating oil, and the feasibility of this formula is verified by pre-experiment. And then in the case of formula based on the calculation of the ratio of raw materials to make appropriate adjustments were carried out two kinds of base oil, three base oil and two base oil to improve the reconciliation experiment, And the viscosity of the experimental product was tested by the kinematic viscosity tester of petroleum products. The test results were compared with the sample oil to obtain the required lubricating oil ratio. And then the actual performance test of the smoke test and so on, and finally determine the optimal lubricating oil formula, the results for the aluminum alloy die-casting punch lubricating oil research has important guiding significance.

The paper mainly studies the raw materials and the optimal formulation of the punching lubricating oil for aluminum alloy die casting.

The results show that: Lubricant formula with 500SN: 81%; SpectraSyn Elite^TM65 poly-α-olefin: 5%; PB1300 viscosity index improver: 14% (above are the mass fraction), the performance of lubricants can meet the basic requirements.

The characteristics of this paper: the use of lubricating oil viscosity harmonic formula to calculate the approximate amount of oil viscosity required to adjust the base oil fraction, and then converted into mass fraction for divergence experiments, greatly reducing the optimal ratio of the experimental workload .

Key Words：Punch Lubricants；Lubricant viscosity adjustment formula；Ester synthetic oil；SpectraSyn Elite^TM65 polyalphaolefin

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 压铸件气孔形成原因以及解决措施 1

1.1.1 氢气气孔 1

1.1.2 卷气气孔 1

1.1.3 水蒸气气孔 2

1.1.4 润滑油气孔 2

1.2 压铸冲头润滑油使用的原因 2

1.3 压铸冲头润滑油的使用背景以及研究现状 3

1.3.1 含固体颗粒的冲头油 3

1.3.2 蜡质颗粒状润滑剂 3

1.3.3 Chem—Trend冲头润滑油 4

1.3.4 人工合成润滑油 4

1.4 选题思路及主要研究工作 6

1.4.1 选题思路 6

1.4.2 主要研究工作 6

第2章 铝合金压铸冲头油的配制 8

2.1 润滑油调和生产理论 8

2.1.1润滑油调和生产原理 8

2.1.2 润滑油调和生产参数计算 8

2.1.3 润滑油运动粘度的测定以及粘度指数的计算 9

2.2 实验试剂及仪器 10

2.3 润滑油粘度调和公式的验证性实验 10

2.3.1 预实验所用润滑油的粘度测试 11

2.3.2 预实验以及所得调和油性能测试 11

2.4 两种基础油调和实验 11

2.4 三种基础油调和实验 13

2.4 两种基础油调和改进实验 14

2.5 润滑油烟点测试及蒸干实验 15

2.5.1 润滑油烟点测试 15

2.5.2 润滑油蒸干实验 15

2.6 经济性分析 16

第3章 结论 17

致 谢 18

参考文献 19

1. 绪论

由于中国模具行业的快速发展，压铸模具在同行业中所占的比重也在不断增加。虽然国内的压铸模具工业在取得了前所未有的发展，但仍旧面临着严重的发展形势。一方面压铸冲头是压铸生产中的极易磨损部件，其在高温、高速、高负载的条件下工作，它的质量、寿命如何，对压铸生产的成本和生产效率都存在很大影响；另一方面，压铸件在工艺方法出现问题或者压铸生产操作不当的时候会产生缺陷，从而影响压铸件品质，以至于降低了生产效率、产生大量残次品或废品，导致了生产成本的大幅提高。而我国土地面积广阔，可供作为农业生产使用的土地面积也占比很大，因此农业在我国一直都在广泛飞速发展。农用机械中的许多机构都是由压铸而成的，因此高的压铸成本肯定会影响我国农业的发展，从而制约国民经济的发展^[1]。所以，提高压铸机冲头的使用寿命，对降低生产成本和减少资源浪费，有着重要的意义。因此，对于解决压铸生产中的诸多问题，可以从两个方面着手：一方面是找出压铸件气孔产生的相关原因并且找出对应的解决方法；另一方面对于可以使用优良的冲头润滑油并进行正确的操作来提高压铸机冲头使用寿命。

• 1. 压铸件气孔形成原因以及解决措施

压铸生产过程中，铸件经常会由于各种原因而产生缺陷，缺陷大致可分为气孔、缩孔和渣孔三类。气孔的特征一般是表面比较光滑，多为圆形或者椭圆形，有的时候孤立存在，有的时候簇集在一起。缩孔和渣孔一般具有不规则的形状，表面色泽黯淡并且不光滑,在显微镜观察下存在一些枝晶结构。在这几种缺陷之中，气孔缺陷占大多数，具体来说气孔缺陷又可分为以下几种^[2～4]。

• • 1. 氢气气孔

氢气气孔微小，形状与针相似，均匀分布在铸件之中，压铸件经过表面加工后方能看到。水蒸气是压铸件中氢气的主要来源，水蒸气在高温条件下分解产生氢气，并卷入铝液之中，铝液冷却凝固之后氢气无法被排出便形成了气孔。现在大多数铝合金压铸工厂采用的是铝合金旋转除气装置，往铝液中通入惰性气体，通过转子分散成大量微小气泡带出氢气。

• • 1. 卷气气孔

卷气气孔多为圆形，内部相对干净，表面光滑且富有光泽，单独存在或簇集在一起。金属液从压室到内浇口的过程中会有很多空气卷入从而会导致冲头系统卷气。金属液在高速运动下遇到浇道形状改变而产生漩涡从而导致浇道系统卷气，导致产生卷气。对于冷室铸造，可考虑充满度，要大于50％，一般70％-80％为宜，小于50％会产生金属液波浪进而发生紊流和卷气；同时也可调整浇注速度和压射延迟时间来解决。通过设计适当的浇道形状能够有效地使浇道系统卷气问题得到解决。

• • 1. 水蒸气气孔

水蒸气气孔形状多为圆形，颜色灰暗并且表面不平整，多呈干燥鳞状。大约98％的水蒸气气孔都是由压铸涂料模具上水基涂料过多造成的，涂料过多造成闭模之前涂料未完全干燥，水蒸气残留在模具里面并混入铝液之中；由于安全检修不当造成的水管泄露和模具开裂也会造成水蒸气气孔的形成。保证模具关闭时完全干燥、在工艺允许范围内适当减少涂料的用量或者更换更加优良的水基涂料可以减少水蒸气气孔的产生。

• • 1. 润滑油气孔

润滑油气孔表面颜色一般呈青铜色、褐色或者黑色，多为光滑表面。冲头润滑油在遇到温度很高的金属铝液后会产生蒸发、沸腾和燃烧等现象，此过程产生的气体会卷入运动的金属液中，当铝液冷却成型后残留在里面的气体便形成了气孔。冲头磨损的情况下会有多的润滑油残留在磨损产生的凹槽里面，在冲头工作的时候也会使高温铸件局部润滑油量过大而蒸发产生过多的气体进入工件或者型腔从而导致气孔的产生。因此，为了润滑油气孔问题得到解决，可建议将润滑油从冲头的上部加入，而不是以往从前端加入的方式。同时也可适当控制润滑油用量，确保每次用量不要过多以及每次用量要基本保持一致。对于冲头破损的情况可更换冲头，并使用更加优良的润滑油。

• 1. 压铸冲头润滑油使用的原因

冲头是压铸过程中的损耗品，冲头的质量会直接影响压铸件的品质和成本^[5]。压铸送料过程中，冲头受热产生膨胀，当膨胀量超过了冲头和熔缸间隙最大值时，必然会使两者发生硬摩擦^[6]。冲头润滑是延长冲头使用寿命的重要环节，性能优良的冲头润滑油可以使冲头的使用寿命大大延长，并且使冲头在长时间工作的情况下保持优良的性能，从而得到规格一致的符合工艺要求的压铸铸件。铝合金压铸用冲头润滑油的主要功能有：降低冲头与压室之间的磨损程度，使套筒得到有效的保护，进而使冲头的使用寿命得到有效延长；防止金属液碳含量增加或者发生氧化情况，减少铸件内部的气孔，从而提高压铸件的质量；使冲头平稳运行，防止发生卡死情况，提高铝合金压铸的生产效率^[7～10]。

由于冲头长时间往返工作在300℃左右的高温下，因此对于冲头润滑油必须有区别于普通润滑油的特殊性能。冲头润滑油必须要有良好的粘温性能，要保证其在300℃高温情况下依然有着一定的粘度，从而才能使润滑油充分粘附和铺展在冲头表面，形成一层良好的润滑膜，才能起到润滑以及保护冲头不被磨损的作用；冲头润滑油还必须在高温下有着良好的稳定性，能够在持续高温下保持结构基本稳定，不分解产生对人体和铸件以及环境有害的气体和烟雾。才能保证压铸过程的稳定进行，提高工件的质量，并延长冲头的使用寿命。

• 1. 压铸冲头润滑油的使用背景以及研究现状

目前，国内外普遍使用的压铸冲头润滑油有以矿物油为基础油含固体颗粒的冲头油、人工合成物润滑油、蜡质颗粒状润滑剂等3种^[11]。以矿物油为基础油的冲头油由于其获取容易，价格低廉，早期在各大压铸工厂被广泛使用，在长时间的使用过程中，发现矿物油在高温下极易挥发，并且产生大量烟气污染环境影响工人身体健康。近些年来，化学合成技术大为提高，也伴随着大批性能优良的合成物润滑油产生，人们发现在传统常规润滑油中加入适量合成物润滑油会大大改善润滑油的粘度、高低温性能以及热稳定性等，因此很多厂家开始使用这种在传统基础油中加入人工合成物润滑油的新型半合成润滑油，并取得了良好效益。

• • 1. 含固体颗粒的冲头油

含石墨颗粒的冲头油为典型的含固体颗粒的冲头油，长期以来，国内铝合金压铸企业经常使用此类冲头润滑油，相对于不含石墨的普通润滑油来说，含石墨的冲头油液态润滑油不仅润滑效果好，成本低，而且由于里面的固体石墨颗粒的存在，润滑油在高温情况下也能形成一层石墨颗粒固体润滑膜，保证了在润滑油挥发殆尽的时候也能起到润滑隔离作用，从而延长冲头和料筒寿命。

• • 1. 蜡质颗粒状润滑剂

液态冲头润滑油燃烧火焰大、粘温性能差、烟雾浓等缺点，既容易引发火灾，又严重污染环境，铸件料饼油污重。杨诚等^[12]试图将压铸冲头润滑油由液态G275更换为固态颗粒LUBEWAX^TM 500，并进行了小批量试验，取得了一定成果，但是在连续生产到100模时发现，使用LUBEWAX^TM 500冲头润滑颗粒压铸时浇口套粘模严重（对应产品的直浇道），影响铸件脱模。杨诚等在后续研究发现浇口夹渣主要有缩孔类、油污类和冷硬层三种，并通过将润滑油用量由5mL减少到4mL、将从料筒底部加注润滑剂改为冲头顶部加注、将润滑油加注方式由滴加改为喷洒形式以及将冲头压射延时从2.5s调整为0.5s等措施使浇口夹渣的问题得到有效控制^[3]。但是关于蜡质颗粒润滑剂的研究在国内尚未形成系统的体系，也还未实施统一标准，虽然美国有公司在此方面的研究已经成熟并进行投产使用，但是蜡质状固体颗粒润滑剂的价格高昂，国内压铸厂商很少使用此类润滑剂。

• • 1. Chem—Trend冲头润滑油

在国外，Chem--Trend公司首先开发出了一种新型的冲头润滑油，70年代，25%的美国压铸商开始使用水基的或清洁油基的冲头润滑油；这种润滑油的优异性能及其不污染工作环境的特点，使这些压铸商获取了巨大的效益。1985年，45%的美国压铸商已使用这种清洁润滑油，而到了1990年，已有70%以上的压铸商开始使用这种比石墨或低级油基润滑油优良得多的润滑油^[13]。

• • 1. 人工合成润滑油

人工合成物润滑油具有较好的低温流动性，优异的热氧化安定性，与添加剂的相容性好，能起到较好的润滑作用和密封效果等优点，因此近些年来其在润滑油中的地位也越来越重要了。

• • • 1. 合成烃基润滑油

合成烃基润滑油具有很多比普通矿物油加倍优异的性能，其中主要包含聚α-烯烃（PAO合成油）和烷基化芳烃。