工程機械結(jié)構(gòu)件涂裝前處理工藝與設(shè)備

王春英 *，董超

（1.山推石油化工有限公司，山東 濟寧 272000；2.山東源根石油化工有限公司，山東 濟寧 272000； 3.山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272000）

工程機械是機械行業(yè)的一大分支，包括挖掘機械、鏟土運輸機械、工程起重機械、機動工業(yè)車輛、壓實機械、路面機械、樁工機械、混凝土機械等。在工程機械制造過程中，涂裝是一道必不可少的工序，漆膜在工程機械產(chǎn)品的防銹保護、外觀裝飾等方面具有十分重要的意義[1-4]。

工程機械產(chǎn)品零部件材質(zhì)絕大多數(shù)都是鋼材，包括鍛造件、鑄鋼件、鈑金件及焊接結(jié)構(gòu)件等[5-6]。焊接結(jié)構(gòu)件占的比例最大，如挖掘機的車架、行走架、動臂、斗桿等，推土機的機架、臺車架、前機罩、鏟刀、推桿、松土器等以及裝載機的前車架、動臂、鏟斗等。這些結(jié)構(gòu)件都由厚板焊接而成，涂裝時可以采用相同的工藝，但是根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和工件大小不同，需定制不同的涂裝設(shè)備。

1 工程機械結(jié)構(gòu)件涂裝工藝

1.1 生產(chǎn)工藝流程

由于不同工程機械結(jié)構(gòu)件功能、安裝配合要求的不同，生產(chǎn)工藝流程也不相同，主要有4 種類型的結(jié)構(gòu)件，分別按以下4 種工藝進行處理.

(1) a 類：成型─焊接─機械加工─涂裝─裝配。

(2) b 類：成型─焊接─涂裝─機械加工─裝配。

(3) c 類：成型─焊接─涂裝─裝配。

(4) d 類：鋼板預(yù)處理─成型─焊接─機械加工─裝配。

可以看出，前3 類結(jié)構(gòu)件需要涂裝，但其涂裝前后工序不相同，這由工件本身的尺寸、精度要求以及不同企業(yè)的工藝水平、工藝布局等所決定。采用流程(1)的結(jié)構(gòu)件現(xiàn)在已經(jīng)成為主流，一般都將零部件噴涂底漆及達到整機出廠性能要求的面漆后進行裝配，整機不再進行噴漆，只是進行局部找補，即實行零部件面漆化[7-8]。流程(2)是最為傳統(tǒng)的工程機械結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)工藝，結(jié)構(gòu)件噴涂底漆后進行機械加工、裝配，總裝完成后進行以裝飾面漆為主的整機涂裝[9]。采用流程(3)的主要是一些對機械加工要求低或不需要進行機械加工的結(jié)構(gòu)件。采用流程(4)的是具有鋼板預(yù)處理生產(chǎn)線的企業(yè)對采購的鋼板先進行預(yù)處理，即拋丸和噴涂預(yù)處理底漆，以防止鋼板乃至工件在存放、周轉(zhuǎn)過程中銹蝕。

需要說明的是，并不是4 類結(jié)構(gòu)件就必須分別采用這4 種生產(chǎn)流程，生產(chǎn)工藝會因企業(yè)不同而不同。比如，有的企業(yè)采用流程(2)，但對零件也實施了面漆化，只是涂裝后工序漆膜的防護較為困難，而涂裝過程屏蔽工作量較小或不需要屏蔽；采用流程(1)的結(jié)構(gòu)件也只噴涂底漆，但無論是只噴涂底漆還是噴涂底漆和面漆，其涂裝過程的屏蔽難度和工作量都會比較大。采用流程(4)的結(jié)構(gòu)件，一般采用防銹性能和配套性能好的預(yù)涂底漆，它能作為工件表面的最終底漆，且能與膩子、中涂及面漆配套。但要實現(xiàn)零部件的面漆化，通常在裝配后進行整機清洗和面漆噴涂。

1.2 涂裝工藝的選擇

根據(jù)是否進行零部件面漆化，工程機械結(jié)構(gòu)件涂裝有兩種不同的工藝。面漆化的工件不僅要噴涂底漆，還要進行膩子刮涂、打磨和噴涂面漆，而非面漆化的工件僅僅噴涂底漆。如需要面漆化的a 類結(jié)構(gòu)件其涂裝工藝如下：脫脂─除銹─噴底漆─烘干─冷卻─刮涂膩子─干燥─打磨─噴面漆─烘干─冷卻。非面漆化的b 類結(jié)構(gòu)件的涂裝工藝為：脫脂─除銹─噴底漆─烘干─冷卻。c 類結(jié)構(gòu)件則采用a 類和b 類工序均可。

2 涂裝前處理工藝及設(shè)備

無論是漆膜的防護性能還是裝飾性能，都是以漆膜能附著到工件表面為前提的，即漆膜與底材之間必須具有足夠的附著力。影響漆膜附著力的因素很多，油污和銹蝕是主要的兩個方面。因此，涂裝表面要求不得有油污，除銹等級要求打到Sa2.5 級[10]。

2.1 脫脂工藝及設(shè)備

從涂裝工藝流程可以看出，工程機械結(jié)構(gòu)件涂裝前處理的工藝是相同的，都需要進行脫脂和除銹。由于工件在焊接過程中為了防止飛濺，表面涂覆有防飛濺劑，其中一類防飛濺劑為油基型，即在有機溶劑中添加相關(guān)助劑。該防飛濺劑涂覆到工件后不易去除，可能對后續(xù)的涂裝前處理乃至涂層附著力造成影響。機械加工過程中，為了冷卻和潤滑而使用的切削油和切削液也含有油基，使用過程會殘留在工件表面，而影響到漆膜附著力。因此，工程機械結(jié)構(gòu)件涂裝前處理一般都少不了脫脂工序，只是因為工件表面油污狀況的不同，處理的方式或工藝不完全一樣。對于局部小面積且油污輕的工件，可采用人工擦拭的方法去除，但對于大面積油污的工件，除了要先采用手工擦拭的方法去除局部嚴重的油污，還要對工件進行堿水、熱水或高壓水清洗，才能有效去除表面油污。

清洗需采用成套的清洗設(shè)備，如專用的清洗機或清洗房。專用清洗機是結(jié)合具體清洗工件而專門設(shè)計制造的非標設(shè)備，專用性強，具有自動的供水系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)，可進行自動化的噴淋清洗，也可以漂洗，生產(chǎn)效率高，清洗液可循環(huán)使用，但是設(shè)備投入較大。清洗房需要根據(jù)具體清洗的工件來進行規(guī)劃設(shè)計，清洗房內(nèi)設(shè)有照明，內(nèi)壁涂覆了防水材料，底部設(shè)有格柵，采用人工噴淋清洗，設(shè)備簡單，但清洗液循環(huán)使用困難。

2.2 除銹工藝及設(shè)備

無論是鋼板的存放，還是工件生產(chǎn)過程的周轉(zhuǎn)，工件表面都可能會發(fā)生銹蝕。如帶著銹蝕噴漆，會使漆膜無法與工件基材結(jié)合，從而無法掩飾銹蝕層的外觀缺陷，導(dǎo)致漆膜的快速失效和整機產(chǎn)品的過快銹蝕，縮短工件及整機的使用壽命。因此，對工程機械結(jié)構(gòu)件而言，除銹是必不可少的工序。除少數(shù)含有薄板的工件采用化學(xué)方式除銹外，絕大多數(shù)工程機械結(jié)構(gòu)件均采用機械方式除銹，包括人工噴丸和自動拋丸。噴丸或拋丸不僅能除去工件表面的銹蝕，而且能讓工件表面具有一定粗糙度，增加工件與漆膜結(jié)合的微觀面積，從而提高漆膜的附著力。

噴丸和自動拋丸在除銹效果上相差不大，但選用時要根據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模及工件的外形尺寸而定。大規(guī)模生產(chǎn)的應(yīng)選用自動拋丸，小批量且外形尺寸較大的應(yīng)選用人工噴丸。這是因為自動拋丸設(shè)備投資大，但效率非常高；而人工噴丸效率較低，工人勞動強度大，工作環(huán)境惡劣，但設(shè)備投資較小，噴丸室可以做得很大，噴射距離可以調(diào)整，具有較大的柔性，適應(yīng)性更強。另外，拋丸拋射出去的彈丸速度高，沖擊力度大，薄板件容易變形，而噴丸噴射彈丸的速度要小得多。無論噴丸還是拋丸，設(shè)備都包括供丸系統(tǒng)、噴(拋)丸器、彈丸循環(huán)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)及工件輸送系統(tǒng)[11]。下面主要介紹拋丸除銹工藝與設(shè)備。

2.2.1 拋丸除銹工藝

由于拋丸除銹效率和自動化程度都比較高，不受工件外型尺寸、質(zhì)量的限制，而且最為經(jīng)濟。因此，在工程機械結(jié)構(gòu)件涂裝前處理中獲得廣泛應(yīng)用。另外，拋丸還用于鑄件的落砂清理，齒輪的表面強化、焊接件的應(yīng)力去除等。工程機械結(jié)構(gòu)件采用拋丸除銹，不僅起到了涂裝前處理功能，還起到了讓焊縫釋放應(yīng)力的作用。

拋丸的工件首先要脫脂，否則工件上的油污會污染循環(huán)使用的彈丸，從而使本身不帶有油污的工件受到污染，并因吸附粉塵而影響到漆膜附著力。拋丸除銹的一般工藝如下：屏蔽加工面─上線─拋丸─去屏蔽─清理─下線。

拋丸處理后下線的工件可進入噴漆線進行噴漆，但噴漆前還應(yīng)進行吹掃，徹底去除表面殘余粉塵。為了提高漆膜附著力，有的企業(yè)還在噴漆前采用溶劑噴淋清洗。

對于沒有機械加工表面或加工精度很低的工件(拋丸粗糙度不影響其設(shè)計及裝配性能)，可以不進行屏蔽，直接上線。上線時，需要注意工件的懸掛、擺放，避免多個工件一起吊裝而存在相互重疊、距離過近的情況，導(dǎo)致重疊部位彈丸拋射不到或拋射效果差。根據(jù)具體設(shè)備及輸送方式的不同，工件拋丸方法有通過式和旋轉(zhuǎn)式。拋丸設(shè)備如圖1a、圖1b所示。以通過式拋丸的工件不需旋轉(zhuǎn)，多臺拋丸器從兩側(cè)的不同角度向工件拋射彈丸；而旋轉(zhuǎn)式拋丸只從一個側(cè)面的2～3 個角度拋射彈丸，工件隨吊具旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)工件各表面的除銹。旋轉(zhuǎn)式拋丸的效率更高，因為工件在拋丸過程中旋轉(zhuǎn)，一般不會留死角，除銹均勻，而通過式拋丸如果拋丸器角度布置不好，就可能存在拋丸不均的現(xiàn)象。拋丸后，大量粉塵及彈丸會殘留在工件表面或內(nèi)腔里面，因此需要進行專門的清理，一般采用壓縮空氣進行吹掃。為了清理徹底，在清理前應(yīng)將屏蔽加工面的工裝先去掉。有的廠家采用了拋丸、噴漆一體的輸送系統(tǒng)，因此拋丸后也可不用下線，直接進入噴漆線，省去了拋丸的下線和噴漆的上線，節(jié)省了人員及車間起重設(shè)備[12]。

2.2.2 拋丸設(shè)備及其選用

拋丸設(shè)備由供丸系統(tǒng)、噴(拋)器、彈丸循環(huán)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、工件輸送系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。圖2為吊鉤式旋轉(zhuǎn)拋丸機，它由兩個吊鉤裝載工件交替進入拋丸清理室進行拋丸清理。工作時，吊鉤I 下降吊起工件，上升至一定位置，然后沿軌道進入拋丸清理室，當(dāng)?shù)竭_預(yù)定位置后停止并開始自轉(zhuǎn)。此時關(guān)閉拋丸清理室大門，開始按設(shè)定的時間對工件進行拋丸清理。同時，吊鉤II 在室體外吊起工件，等吊鉤I 移出室體后吊鉤II 即進入室體進行拋丸清理。雙鉤式拋丸清理機處理的工件一般尺寸不會太大，設(shè)備相對簡單，投資相對較少。

圖3為懸掛通過式拋丸清理成套設(shè)備，工件需要通過地面平車先輸送到懸掛輸送導(dǎo)軌下面，通過導(dǎo)軌上的自行葫蘆小車將工件提升到設(shè)計高度并進入拋丸前輔室，關(guān)閉室體大門后開始拋丸，當(dāng)工件全部通過拋丸室時停止拋丸。工件經(jīng)過拋丸后從輔室出來，再通過地面平車下線。清理在工件下線前進行。由于粉塵容易擴散，因此，現(xiàn)在許多設(shè)備使用廠家都在輔室之后再增加一個封閉并帶有除塵系統(tǒng)的清理室。工件下線后，自行葫蘆小車沿環(huán)形導(dǎo)軌回到上線位置。在拋丸室和其他位置，自行葫蘆小車的行進速度不同，而且在拋丸段的速度可以通過變頻器進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)拋丸節(jié)拍的調(diào)節(jié)和拋丸處理效果的控制：在拋丸段長度一定的情況下，小車在拋丸段的行走速度越快，拋丸生產(chǎn)節(jié)拍越快，工件被拋打的時間越短；反之，拋丸生產(chǎn)節(jié)拍越慢，工件被拋打的時間越長。這種懸掛通過式拋丸清理成套設(shè)備實現(xiàn)了流水線生產(chǎn)，自動化程度和效率高，但是設(shè)備復(fù)雜，一次性投資較大。

小型的拋丸設(shè)備可以做成標準設(shè)備，但大型的拋丸除銹設(shè)備一般都是非標準的。工程機械的小型結(jié)構(gòu)件可以直接根據(jù)所生產(chǎn)工件的外型尺寸選用廠家的標準設(shè)備，大型結(jié)構(gòu)件就必須依據(jù)生產(chǎn)對象、規(guī)模等制定專用的設(shè)備技術(shù)方案。因此，使用單位在設(shè)備選型、購買和使用時應(yīng)注意以下方面：

(1) 根據(jù)生產(chǎn)工件外型尺寸確定拋丸室體大小。室體過大會造成浪費，而且拋射距離過遠會影響拋射效率；室體過小會造成工件無法進入或造成局部拋射不到的“死角”。

(2) 根據(jù)室體尺寸及工件外形布局拋丸器。拋丸器的布局不僅在數(shù)量上要合理，在位置和拋射角度上也要合理，最好通過實際模擬，即保證工件不留拋射死角，但也不宜過多地布置拋丸器。因為拋丸器越多，消耗的電量及彈丸也越多。另外，還要根據(jù)拋射范圍以及產(chǎn)能需求，選擇不同拋丸量的拋丸器。表1是某企業(yè)不同型號拋丸器參數(shù)，可參照選擇。

(3) 彈丸循環(huán)系統(tǒng)的垂直提升量、水平螺旋輸送量以及彈丸分離器的處理能力都必須與拋丸器彈丸總的拋射量相匹配，否則難以達到設(shè)計的效果。

表1 拋丸器型號及其參數(shù)Table 1 Models of shot blast machine and their parameters

(4) 密封要求。拋丸過程會產(chǎn)生大量粉塵，密封不好會逸出到車間。由于拋丸器拋射出的彈丸具有很高的速度(超過70 m/s)，如果室體密封不好就會彈射出來，散落到車間地面，造成浪費和安全隱患。因此，室體大門、頂部吊鉤通過的溝槽都應(yīng)進行有效密封。

(5) 為使設(shè)備安全可靠地運行，電氣系統(tǒng)必須實現(xiàn)多方面的連鎖控制。拋丸室體檢修門未關(guān)閉，拋丸器不能工作；拋丸器蓋板打開，拋丸器不能工作；拋丸器未運轉(zhuǎn)，供丸閘不能打開；分離器未開，提升機不能工作；提升機未開，縱向螺旋輸送器不能工作；縱向螺旋輸送器未開，橫向螺旋輸送器不能工作；橫向螺旋輸送器未打開，供丸閘不能打開。

(6) 在設(shè)備布局上要方便彈丸的添加和拋丸器的維修更換。關(guān)鍵零部件或部位應(yīng)明確采用特殊的材質(zhì)，如護板應(yīng)采用耐磨材料，并且在結(jié)構(gòu)上便于更換。

2.3 丸料

輔料價格不同，其性能就不同，拋丸處理效果不一樣，耐用程度不同，消耗也不一樣。相關(guān)研究表明，在白口鑄鐵丸、脫碳退火鑄鐵丸、鑄鋼丸、鋼絲切丸4種丸料中，價格最低的是白口鑄鐵丸，綜合效果評價最差的也是白口鑄鐵丸；鑄鋼丸雖然價格最貴，但綜合效果評價最好；鋼絲切丸的價格和綜合效果評價則介于兩者中間。相同拋射條件下，不同拋丸綜合性能評價結(jié)果見表2[13]。

彈丸種類 洛氏硬度 使用壽命/ 次 清理速度快慢 磨損速度1) / 倍 相對價格2) / (元/t) 綜合效果評價白口鑄鐵丸 53～64 50～150 中 10～15 2 000～2 500 差 脫碳退火鑄鐵丸 25～36 200～600 慢 1 2 200～2 700 差 鑄鋼丸 40～50 2 000～2 900 快 1 3 600～4 200 優(yōu) 鋼絲切丸 35～52 2 000～2 900 快 2～3 3 300～4 000 良

3 結(jié)語

隨著工程機械過去十年的快速發(fā)展，其工件涂裝及 前處理工藝也不斷進步，各種規(guī)模的企業(yè)在涂裝設(shè)備上都加大了投入，涂裝質(zhì)量也不斷提高。但是，與汽車、船舶等行業(yè)的涂裝相比，其外觀質(zhì)量及防腐蝕性能都還有較大的差距，有待于進一步提高。

在拋丸和噴丸應(yīng)用的發(fā)展上，自動化拋丸的比例會越來越大，而人工噴丸的比例會越來越小。而且，隨著拋丸設(shè)備大型化的發(fā)展，其處理能力和應(yīng)用范圍越來越大，同時，吊具的使用使設(shè)備生產(chǎn)柔性增加。另外，雙鉤式自轉(zhuǎn)拋丸通過工件長度方向豎直懸掛，處理的工件也越來越大，但受到廠房高度及車間起重設(shè)備起升高度的限制。

受到設(shè)備及成本的限制，工程機械結(jié)構(gòu)件的涂裝前處理在未來一段時間內(nèi)依然會以拋丸或噴丸處理為主。但是，隨著工程機械市場競爭的激烈及用戶對外觀質(zhì)量的高要求，工程機械結(jié)構(gòu)件的涂裝前處理將在拋丸處理的基礎(chǔ)上增加其他工藝，比如拋丸后再進行磷化處理，或拋丸后再進行硅烷處理，將物理處理與化學(xué)處理的方式相結(jié)合，使除銹更徹底，并避免死角，進一步提高漆膜附著力，增強其防腐蝕性能。

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