压铸模具设计-论脱模剂与模温的关系

合理的利用脱模剂，有效的控制模具的温度，有利于合理的控制整个模具生产的流程！

在压铸生产过程中，脱模剂一直是作为模具冷却的重要手段。喷涂水基脱模剂时，压缩空气夹带着脱模剂涂敷模具表面的同时，受到高温模具表面对他们的加热，甚至使脱模剂中的水分在尚未接触模具表面时就已经气化，而且随着与模具表面接触时间的不同，水基脱模剂被加热的温度也不同，模具被水基脱模剂冷却的程度也不一样。这个过程的换热特点，类似于传热学中的沸腾换热，既有核沸腾，又有膜态沸腾。如下图所示。

脱模剂

       在模具热区，润滑剂可能更多地受到volatization (volatilization temperature 挥发温度)或热梯度的影响。如果在型腔的热区和周围冷区的温度差很大，则表面形成张力梯度，润滑膜因Marangoni Effect（在热物理学中称为马拉高尼效应Marangoni Effect，即当一种液体的液膜受外界扰动，如温度、浓度，而使液膜局部变薄时，它会在表面张力梯度的作用下形成马拉高尼流，使液体沿最佳路线流回薄液面，进行“修复”）将倾向于流向模具较冷的区域。如果所喷的脱模剂足够补偿Marangoni 效应，把模具热区完全覆盖，其结果可能在冷区有太多的脱模剂，导致铸件形成气孔或色斑。反之，如果所喷的脱模剂不足以补偿Marangon效应，那么将导致局部液膜破裂。可见，保持模温的均匀一致和模温的适度对脱模剂效力的正常发挥是多么重要。

       我们可以借助下图概略描述压铸生产过程中喷涂脱模剂时模具表面的温度变化。在一个铝合金压铸循环里，压射前模具表面的温度因强制冷却最低可达到205℃左右，但由于热传导的时滞现象和模温控制系统的作用，充型前模具表面温度大约有近50-100℃的反弹，即达到250-300ºC左右。从铝合金压铸成型凝固工艺的要求来看，一般最佳模温应该是铝合金充型温度的40%左右，因此我们在设计脱模剂化学成分时，一般选取的最佳适用模温范围就在250-300ºC之间。例如我们最新推出的第三代以高分子聚合物为基，不含矿物油，环保型的脱模剂XY-70A，只要使用者能保持模温稳定在250-300ºC，其脱模效果好，铸件表面非常光亮，模具不积碳，更不会粘模，模具使用寿命提高。深受压铸工作者的欢迎。

脱模剂与模温

       但是我们从压铸厂的信息反馈中也发现，有些压铸厂模具温度在300-350ºC，甚至更高。他们同样使用XY-70A脱模剂，却不理想，还会出现模具积碳。显然他们必需使用能适应更高温度的脱模剂，也就是说必须是适合的才是最好的。后来改用适宜模温在280-350ºC的XY-70B, 效果明显好转。根据北美压铸协会公布的资料：对于模温的控制，依据喷涂方法的不同，模具内部冷却效果约占50-80%。用自动喷涂，可带走大约40%以上的热量，用手工喷涂，只能带走大约15%的热量，操作习惯不同还有一定的出入，有85%的热量要靠内部冷却和对流。可见，不同的压机，不同的模具结构，不同的模温控制方式，导致不同的模温，其相差可能达到121ºC以上。因此不能千篇一律，即便是同一台压铸机新模具与老模具由于模温不同，对脱模剂的要求和使用效果也不同。

       认为脱模剂有问题的位置倾向于发生在模具表面受热最烈或金属流最强的位置。当模具表面的保护膜太薄或与模具的结合太松散时则容易出现导致脱模不好的一系列麻烦。关键是保持模具温度尽可能均匀，以便使沉积在模具表面的脱模剂更均匀。不是所有的脱模剂都同样可以在热模具表面形成良好的均匀的膜。脱模剂在热的模具表面润湿及铺展的能力取决于模具温度和脱模剂的成分。水基脱模剂通常有一个最大的可接受的模温(燃烧温度)，使其润湿和铺展性能最好。当模温较高，在莱顿弗罗斯特效应（Leidenfrost effect）温度以上时，脱模剂就不能有效润湿表面。该效应指当液体的温度远远地超过它的沸点（如水在200℃-300℃）时，液体表面与汽相间会形成一薄层，液滴可漂浮于该层并在其中作无规则的滑动．这种现象称为“莱顿弗罗斯特效应。对于给定脱模剂其燃烧温度和Leidenfrost温度取决于许多变量，包括脱模剂成分，喷射压力，角度及数量。气体压力和脱模剂浓度的影响较小。尽管脱模剂的喷涂参数如流体压力，喷涂角度和强度也影响润湿和铺展性能，但成分起最重要的作用。

       模具表面温度是影响吸附效果的重要因素.太高太低都降低吸附效果.

A.        过低<150℃, 喷的涂料迅速使温度降到水的汽化点以下，涂料无法沉积到压型表面，只是从模具表面一冲而过。过多的水载体集积在型腔中使铸件产生弥漫性气孔。

B.        太高>398℃, 喷入的涂料被模具表面的蒸气层所排斥.即温度尚未降到润湿温度,只有达到润湿温度时,雾状涂料滴才能真正与压型表面接触,最终形成薄膜。

       对于给定的模温，考虑对膜的形成影响因素包括液滴的冲击，润湿模具表面，铺展形成连续的膜，防止后续喷涂的冲刷等。此外还有许多变量影响膜的形成。包括喷涂速度，喷枪与模具表面的角度，流体压力，喷涂强度，对已形成的膜的喷涂角度等。脱模剂化学应用技术的首要目标是在型腔表面形成最有效的膜。其次是达到最优化的模具冷却及最少的废物残留。喷涂设备的不断改进和新脱模剂的应用技术使模具润滑更接近优化。通过在压铸机上试验来选择脱模剂是传统的检验方法。如果新的脱模剂能把老问题解决就采用新的。在保留传统方法的同时，也出现了一些科学的显示方法。如在模具上安放热电偶或用红外测量装置测量并显示模具在任何时间的温度。此外有些方法正处于开发阶段。如测量抽芯的压力，以判断铸件离型的难易度。这些成果为测试性能和合理使用脱模剂提供了更加科学的基础。