軸類(lèi)零部件噴涂工藝

陳建華，顏吉崟，王丹波

（1.上海市機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200000；2.上海汽車(chē)股份有限公司商用車(chē)技術(shù)中心，上海 200000）

前言

隨著中國(guó)改革開(kāi)放不斷發(fā)展至今，人民收入得到顯著提升，其對(duì)于汽車(chē)的需求量也日益增大。龐大的需求帶動(dòng)了整個(gè)汽車(chē)行業(yè)及其上下游產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。近年來(lái)實(shí)體經(jīng)濟(jì)增速放緩，許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)成停滯狀態(tài)，機(jī)械制造中，唯有汽車(chē)相關(guān)產(chǎn)業(yè)一枝獨(dú)秀，持續(xù)保持高增長(zhǎng)。零部件作為汽車(chē)相關(guān)產(chǎn)業(yè)收到需求的帶動(dòng)，擴(kuò)張十分迅速。由于防腐以及美觀的需求，零部件加工工藝離不開(kāi)涂裝。而涂裝車(chē)間往往設(shè)備復(fù)雜，投資額大以及運(yùn)營(yíng)成本較高，涂裝質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品整體質(zhì)量影響重大，各種涂裝工藝大相徑庭，涂裝工藝的選擇通常決定了整個(gè)生產(chǎn)基地的投資額以及今后的生產(chǎn)成本。

文章介紹的Ω式經(jīng)典噴漆室其具有投資成本低，上漆率高，設(shè)備占地面積小，運(yùn)維便捷，高產(chǎn)量等特點(diǎn)，可極大的降低軸類(lèi)零部件生產(chǎn)成本以及新生產(chǎn)基地的投資額，成為軸類(lèi)零部件涂裝工藝的首選。

1 各類(lèi)常用噴涂工藝比較

1.1 電泳涂裝

電泳涂裝工藝常用于汽車(chē)整車(chē)以及具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件如地盤(pán)、車(chē)架等制造基地。其具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：上漆率接近 100%，極大地降低了化學(xué)品用量；成膜質(zhì)量好，膜厚可較精確的控制；防腐蝕能力好；產(chǎn)生污染較??；全自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)，降低人工成本。但是其也有非常大的局限性，其投資成本極高，能耗較大，并且生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法換色，對(duì)于產(chǎn)量不穩(wěn)定的生產(chǎn)線(xiàn)也不適用。

對(duì)于軸類(lèi)零部件如果能夠保證穩(wěn)定的銷(xiāo)量，采用電泳工藝?yán)碚撋鲜强尚械?，但是限制于一次投入成本巨大，同時(shí)若工件上存在聯(lián)軸器等不需上漆的部件，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部油漆急劇，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1 陰極電泳涂裝

1.2 傳統(tǒng)噴涂與機(jī)器人噴涂

傳統(tǒng)噴涂通常用于對(duì)質(zhì)量要求不高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的部件。其設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)維成本低，同時(shí)上漆率較低，對(duì)于部分部件可能需要人工對(duì)局部進(jìn)行補(bǔ)漆，可用于各種不同產(chǎn)量的生產(chǎn)需求，換漆成本也較低。其具體種類(lèi)包括噴粉，噴漆以及靜電噴漆等。但是對(duì)于軸類(lèi)零部件而言，選用此類(lèi)噴涂，其上漆率極低，生產(chǎn)成本較高，同時(shí)針對(duì)軸類(lèi)部件需要布置更多的噴槍以及輸送機(jī)構(gòu)[2]。

圖2 靜電噴涂

機(jī)器人噴涂通常用于汽車(chē)整車(chē)以及部分較為復(fù)雜的零部件等，其成膜質(zhì)量好，可以應(yīng)對(duì)較為復(fù)雜的零部件表面，對(duì)于各種產(chǎn)量情況均可以適應(yīng)，但與上述普通噴漆而言存在同樣的問(wèn)題，以及其建造投資成本也十分高，零部件生產(chǎn)商通常無(wú)法承擔(dān)如此高的建造成本以及隨之而來(lái)的高昂維護(hù)費(fèi)。

圖3 機(jī)器人噴涂

1.3 Ω式靜電噴房

所謂Ω式靜電噴房實(shí)際為傳統(tǒng)噴房變種，但不同于傳統(tǒng)噴漆室使用的靜電噴槍?zhuān)《氖菄娖嵝?，其通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)可以將漆末均勻地向旋碟四周擴(kuò)散，同時(shí)旋碟還具備升降功能，在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)不斷往復(fù)升降以及旋轉(zhuǎn)，均勻地將帶靜電的漆末灑向噴漆設(shè)備四周。通過(guò)對(duì)輸送鏈以及噴漆室的設(shè)計(jì)，將工件運(yùn)行方向以Ω型包圍旋碟，同時(shí)可在輸送鏈頂部制作自轉(zhuǎn)排，可以使得工件在噴漆區(qū)域的形成轉(zhuǎn)速均勻的自轉(zhuǎn)，至于能夠極大的提高油漆上漆率以及噴漆質(zhì)量。

該設(shè)備在軸類(lèi)設(shè)備各種涂裝設(shè)備中具有極高的性?xún)r(jià)比，其能夠保證工件表面油漆膜厚均勻，質(zhì)量良好，同時(shí)油漆耗量較低，設(shè)備占地、投資也較低。適用于各種同類(lèi)產(chǎn)品制造企業(yè)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低。對(duì)于軸類(lèi)產(chǎn)品局部復(fù)雜結(jié)構(gòu)，需要配合一定程度的補(bǔ)漆工作量，但是綜合成本以及質(zhì)量都能夠得到非常好的控制。

圖4 Ω型靜電噴涂設(shè)備

2 Ω式靜電旋碟設(shè)備詳解

Ω式靜電旋碟設(shè)備類(lèi)似于常規(guī)靜電噴涂系統(tǒng)，其主要設(shè)備包括：輸調(diào)漆設(shè)備、靜電發(fā)生器、往復(fù)升降機(jī)以及噴漆旋碟和控制系統(tǒng)等[1]。我司在上海某零部件制造基地選用的是雙組分水性噴漆旋碟系統(tǒng)（DISK），其系統(tǒng)示意如下：

圖5 機(jī)器人噴涂

2.1 噴漆旋碟

系統(tǒng)選用G 型旋碟（GEAR DISK），旋碟的外延有無(wú)數(shù)齒口，在旋碟高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其離心力使漆料通過(guò)圓盤(pán)周邊齒口成均勻霧狀，向四周?chē)娚?，在離心力和高壓電荷的作用下，涂料形成微?；?，在噴漆室內(nèi)分布均勻。由于涂料粒子十分細(xì)微，自重輕，同時(shí)，顆粒帶有（-）極的高壓電荷，極易被吸引到帶有（+）極電荷（有時(shí)工件為0電位）的工件上去，涂料的涂著效率大大提高（在正常的生產(chǎn)條件下，涂著效率為80%以上）并使工件的涂膜均勻。噴涂效率已超過(guò)機(jī)器人旋杯系統(tǒng)。

2.2 高壓發(fā)生器

我公司已完成的項(xiàng)目，其高壓發(fā)生器采用進(jìn)口蘭氏傳統(tǒng)外置式高壓發(fā)生器，最大輸出電壓可達(dá)100KV，最大輸出電流可達(dá)2500μA，靜電效果更優(yōu)異，涂著效率更高。采用“油浸式”高壓發(fā)生器，設(shè)備故障率極低，更容易維護(hù)保養(yǎng)。高壓通過(guò)控制柜上的高壓控制器來(lái)顯示和調(diào)整大小，操作簡(jiǎn)單方便。

2.3 保護(hù)系統(tǒng)

與高壓發(fā)生器配套使用的防火花裝置。安全保護(hù)裝置是一個(gè)噴涂環(huán)境內(nèi)高壓電流的監(jiān)視裝置。當(dāng)設(shè)備初始噴涂實(shí)驗(yàn)時(shí)，按規(guī)定程序可在安全保護(hù)裝置上設(shè)定一個(gè)安全電流值。當(dāng)工件在高壓環(huán)境內(nèi)接受?chē)娡繒r(shí)，保護(hù)裝置將頻繁測(cè)量噴涂過(guò)程中的高壓電流，并頻繁地與設(shè)定的安全電流值進(jìn)行比較，一旦噴涂過(guò)程中的高壓電流超過(guò)設(shè)定的安全電流值，保護(hù)裝置將將立即發(fā)出信號(hào)給主控制系統(tǒng)（響應(yīng)時(shí)間8ms），切斷整機(jī)的電流，而只有在查找出高壓電流偏高的原因并采取措施后，才能恢復(fù)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，確保不發(fā)生電流過(guò)大引起的安全事故。

2.4 升降往復(fù)機(jī)

升降電機(jī)電機(jī)帶有減速機(jī)構(gòu)及檢測(cè)行程編碼器，實(shí)時(shí)將噴槍位置脈沖反饋至控制系統(tǒng)進(jìn)行噴涂行程控制，噴槍滑塊和配重滑塊分別裝有兩條導(dǎo)軌，共四條導(dǎo)軌支撐整個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。同時(shí)使用變頻控制系統(tǒng)，升降機(jī)往復(fù)速度可在控制范圍內(nèi)任意調(diào)整，升降機(jī)行程分八段控制，每一段的速度可以單獨(dú)調(diào)整控制，對(duì)工件表面的噴涂更容易控制，節(jié)省油漆、提高產(chǎn)品質(zhì)量。配置配重機(jī)構(gòu)可保證在設(shè)備故障時(shí)旋碟不會(huì)瞬間失重，有效的保證噴槍平穩(wěn)下滑，同時(shí)保證在噴頭上升或下降運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的工作電流變化平穩(wěn)，增加電機(jī)壽命，其中配重可以根據(jù)旋碟的負(fù)荷適當(dāng)調(diào)整，以保證設(shè)備的運(yùn)行平穩(wěn)。

2.5 輸調(diào)漆系統(tǒng)

輸調(diào)漆系統(tǒng)采用高壓齒輪泵將油漆輸送至旋碟，齒輪泵內(nèi)部包含兩個(gè)完全相同的齒輪在一個(gè)密閉腔體內(nèi)相互嚙合旋轉(zhuǎn)，齒輪的外牙與腔體緊密連接，而處在兩個(gè)齒輪之間的油漆受到擠壓，輸送至噴漆旋碟。

通過(guò)變頻改變驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)齒輪泵的旋轉(zhuǎn)速度變化，從而改變了齒輪泵的吐出量。可根據(jù)膜厚要求調(diào)整所需的吐出量。

3 相關(guān)配套設(shè)備

3.1 循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)

在Ω噴漆系統(tǒng)中，循環(huán)風(fēng)要求在室體內(nèi)部均勻的沉降向下，風(fēng)場(chǎng)均勻，目的是為了防止旋碟噴出未附在工件上的部分可以被室體底部的過(guò)濾器捕捉，以保護(hù)噴漆室內(nèi)部環(huán)境。其基本形式如下：

圖6 機(jī)器人噴涂

上圖為我司于上海某零部件項(xiàng)目設(shè)計(jì)的噴漆室排風(fēng)系統(tǒng)，如圖所示，送風(fēng)和排風(fēng)按照仿形布置，最大程度的形成噴漆室局部均勻沉降風(fēng)場(chǎng)，可保證漆霧在噴漆室內(nèi)分布均勻，使得工件上漆上漆膜更均勻，同時(shí)可減少漆膜飛揚(yáng)至噴漆室外部，影響周邊環(huán)境。

此外，循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)需要安裝溫度、濕度控制設(shè)備，確保噴漆室內(nèi)空氣濕度一直處于適中水平。經(jīng)過(guò)空氣處理設(shè)備的風(fēng)一同送入噴漆室內(nèi)，起到調(diào)節(jié)噴漆室內(nèi)部溫度以及濕度的功能。

此外，為配合循環(huán)風(fēng)以及上漆質(zhì)量，噴漆區(qū)壁板設(shè)計(jì)需要與各方向的軌道距離一致，以保證循環(huán)風(fēng)沉降更均勻。

3.2 輸送鏈系統(tǒng)

如圖6所示，輸送鏈布置圍繞噴漆旋碟中心進(jìn)行布置，輸送鏈可選擇傳統(tǒng)的懸掛鏈即可，同時(shí)在噴漆段輸送鏈可安裝自轉(zhuǎn)輥?zhàn)优?，使得工件圍繞噴漆旋碟公轉(zhuǎn)的同時(shí)，還能夠保持不停地自轉(zhuǎn)，項(xiàng)目中工件在噴漆段自轉(zhuǎn)圈數(shù)為10.5圈，確保工件各個(gè)表面膜厚均勻。

4 Ω噴涂系統(tǒng)的應(yīng)用案例

本節(jié)主要介紹我們運(yùn)用上述系統(tǒng)為上海某知名軸類(lèi)汽車(chē)零部件制造商所設(shè)計(jì)制造的噴涂系統(tǒng)的實(shí)際案例。

噴涂系統(tǒng)采用的是進(jìn)口蘭氏噴涂系統(tǒng)，該項(xiàng)目甲方工件尺寸為500mmx2500mm(直徑X長(zhǎng)度)，工件質(zhì)量為30kg/掛，最大噴涂面積為0.5㎡/根，輸送鏈工藝速度為1.2m/min，調(diào)節(jié)范圍是0.8-2m/min，吊掛間隔距離為306.4mm。涂料供應(yīng)商為MANKIEWICZ公司。

我們采用的旋碟配有超低音降噪軸承，在高速旋轉(zhuǎn)下可以保證平穩(wěn)無(wú)噪音，旋碟直徑為10寸，吐出量為800ml/min，采用的是空氣渦輪高速馬達(dá)，空載轉(zhuǎn)速達(dá)到40000rpm，空氣消耗量為0.8Nm3/min。

為保證噴涂所用壓縮空氣潔凈，我們?yōu)閲娖崾业膲嚎s空氣氣源配備了高精度的過(guò)濾器以及壓縮空氣冷干機(jī)，確保壓縮空氣達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

系統(tǒng)Ω噴房?jī)舫叽鐬?300mmx2520mmx4590mm(寬x長(zhǎng)x高)，我們?yōu)閲娖崾遗鋫淞甩感洼斔玩湥约八团棚L(fēng)系統(tǒng)。

噴漆室我們配置了一臺(tái)送風(fēng)風(fēng)機(jī)，一臺(tái)排風(fēng)風(fēng)機(jī)。同時(shí)為保證陰雨天氣，噴漆室內(nèi)部濕度得到有效控制，我們配置了一臺(tái)濕度控制器。穩(wěn)定室內(nèi)相對(duì)濕度低于80%。送風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為 7490m3/h，排風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為 5200m3/h，采用上送下吸均勻布置的方式。噴漆區(qū)域沉降風(fēng)速為0.25m/s，同時(shí)室內(nèi)保證微負(fù)壓狀態(tài)，防止噴漆區(qū)域內(nèi)的漆霧飄至外部。

我們?yōu)棣付蔚妮斔玩溑渲昧斯ぜ赞D(zhuǎn)棍子排，確保工件在噴漆區(qū)域自轉(zhuǎn)12圈以上，確保工件各表面漆膜厚度均勻。從后期實(shí)際生產(chǎn)情況而言，使用效果良好，達(dá)到了各項(xiàng)設(shè)計(jì)初衷，實(shí)測(cè)工件表面漆膜厚度基本一致，未出現(xiàn)過(guò)流掛或者縮孔等瑕疵。同時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定，故障率極低，實(shí)際設(shè)備開(kāi)動(dòng)率>97%。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于類(lèi)或外形類(lèi)似的工件，采用Ω式靜電噴涂系統(tǒng)可以最大限度的降低設(shè)備投資成本以及降低化學(xué)品用量，降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，該噴器設(shè)備以及配套設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，較于同類(lèi)噴器設(shè)備其無(wú)論在噴涂質(zhì)量、上漆率、生產(chǎn)成本、維護(hù)成本、投資成本以及配件更換頻率和價(jià)格都具有較大優(yōu)勢(shì)，是同類(lèi)零部件涂裝工藝的首選。

[1] 顧振湘.Ω形靜電噴涂技術(shù).新技術(shù)新工藝,1985(3):32-34.

[2] 李紅生,王文麗.靜電噴涂技術(shù)的應(yīng)用.涂料涂裝與電鍍,2004(4):33-35.