電泳烘干爐工藝設(shè)計(jì)對(duì)電泳縮孔影響探究

李陽，俞勇，韓兆進(jìn)

（一汽解放青島汽車有限公司，山東 青島 266200）

前言

陰極電泳中產(chǎn)生縮孔的原因很多，主要原因是電泳涂膜中有異物（如油、水、硅酮、氣體、顆粒等雜質(zhì)），在烘烤過程中，由于異物和電泳漆膜的表面張力梯度不一致，導(dǎo)致漆膜流平性能不均衡，從而產(chǎn)生電泳縮孔[1]。某自主品牌卡車涂裝生產(chǎn)線自2014年投產(chǎn)以來，其電泳質(zhì)量備受縮孔問題困擾，在進(jìn)行大量對(duì)比實(shí)驗(yàn)后，將污染源鎖定為前風(fēng)窗上下橫梁及立柱腔體中的油污。由于腔體結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及前處理雙擺桿輸送工藝的局限性[2]，導(dǎo)致腔體內(nèi)油污無法通過前處理清除，在烘干過程中油污隨殘液沸騰后飛濺到駕駛室外表面造成電泳縮孔。因此，在無法有效控制來件含油量的條件下，如何通過對(duì)烘干過程的優(yōu)化來抑制縮孔的產(chǎn)生成為問題解決的方向之一。

1 烘干室及烘干工藝

1.1 烘干室分類

為適應(yīng)涂裝工藝和平面布置的需要，汽車涂裝用的烘干室的類型和形狀很多。由烘干室的被涂物進(jìn)出口端的結(jié)構(gòu)不同，常見的通過式烘干室有直通式、橋式（在日本又稱為“山”形）和“Π”字形（在德國又稱為“A”字形）烘干室三種[3]。以上三種烘干室的特點(diǎn)如表1所示。

表1 三種烘干室特點(diǎn)

1.2 烘干工藝

汽車涂裝的烘干過程有三種加熱方式，包括輻射加熱、循環(huán)風(fēng)對(duì)流加熱以及二者結(jié)合加熱。以上三種烘干方式的特點(diǎn)見表2。

表2 三種烘干方式特點(diǎn)

2 問題分析及解決

我司前處理電泳生產(chǎn)線采用“Π”形烘干室、180℃循環(huán)風(fēng)對(duì)流加熱的烘干工藝，升溫一區(qū)長度 22.5m，循環(huán)風(fēng)速約5m/s，升溫二區(qū)長度7.5m，循環(huán)風(fēng)速約17m/s，如圖1所示。

2.1 問題分析

對(duì)于類似原因引起的縮孔問題，國內(nèi)某合資乘用車品牌采用了升降機(jī)高位等待，調(diào)整鏈速的方式，以達(dá)到延長預(yù)烘干時(shí)間的目的，有效的解決了縮孔問題[4]。我司出于安全性及設(shè)備穩(wěn)定性的考慮，烘干爐入口升降機(jī)不允許高位等待,為了同樣達(dá)到延長預(yù)烘干時(shí)間的目的，我們首先采用了降低升溫區(qū)設(shè)置溫度以延緩升溫速度的辦法，跟蹤效果時(shí)發(fā)現(xiàn)縮孔數(shù)量非但沒有減少，反而有增加的趨勢(shì)。

經(jīng)過與上述案例對(duì)比分析，該生產(chǎn)線與我公司縮孔問題的產(chǎn)生過程類似，但含油殘液的存液位置不盡相同。該生產(chǎn)線產(chǎn)品存液位置為駕駛室車門包邊縫隙，而我司產(chǎn)品的主要存液位置為前風(fēng)窗上下橫梁及立柱的腔體內(nèi)。二者的升溫過程不同，前者受熱相對(duì)直接，基本與外表面同步，后者主要受循環(huán)風(fēng)速影響，升溫過程較外表面相對(duì)滯后。

2.2 調(diào)整烘干參數(shù)

經(jīng)過以上分析，決定從以下兩個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整驗(yàn)證：

a.加速外表面電泳漆膜表干；

b.延緩腔體升溫速度。

采取的具體措施為提高升溫區(qū)設(shè)置溫度，降低循環(huán)風(fēng)機(jī)頻率，具體調(diào)整過程如表3所示。

表3 烘干爐參數(shù)調(diào)整過程

對(duì)調(diào)整后的爐溫曲線進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證，如圖2所示。

隨著溫度的提升，駕駛室外表面的升溫速率加快，由于循環(huán)風(fēng)速下降，溫度升高時(shí)，內(nèi)腔的升溫速率并未隨之加快，反而略有下降。

對(duì)調(diào)整后的電泳駕駛室縮孔數(shù)量進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證，如圖 3所示。

從圖中可以看出，提升升溫區(qū)溫度，并降低循環(huán)風(fēng)速可以拉開駕駛室外表面和腔體升溫速度的差距，達(dá)到了外表面加速表干、延緩腔體升溫的目的；同時(shí)大幅降低了駕駛室外表面縮孔的數(shù)量及嚴(yán)重程度，縮孔數(shù)量下降達(dá)到 84%，，平均單車打磨點(diǎn)數(shù)為5點(diǎn)左右，消除了縮孔問題對(duì)打磨節(jié)拍的影響。

2.3 安裝輻射器

為進(jìn)一步拉開駕駛室外表面和腔體升溫速度的差距，考慮將烘干爐改造為“輻射+對(duì)流”的烘干方式進(jìn)行驗(yàn)證。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，電泳板在濕膜狀態(tài)下置于 180℃的烘箱中烘烤 3min后，將濕油甩到樣板表面不會(huì)產(chǎn)生縮孔。結(jié)果表明電泳濕膜外表面在180℃的條件下烘烤3min就可實(shí)現(xiàn)表干。結(jié)合我司電泳生產(chǎn)線的節(jié)拍、節(jié)距等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法如公式（1）所示。

3min內(nèi)駕駛室前進(jìn)的距離=3min/節(jié)拍*節(jié)距+升降機(jī)距爐膛的距離 （1）

決定在烘干爐入口段約10m區(qū)域安裝輻射器，實(shí)現(xiàn)“輻射+對(duì)流”的加熱方式，以進(jìn)一步提升電泳質(zhì)量的穩(wěn)定性。

分別在升溫一區(qū)180℃和190℃條件下開啟輻射器，對(duì)爐溫曲線和電泳駕駛室質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證。表2.2、2.3所示的是增加輻射器后各位置分別升溫至 100℃和 160℃所需時(shí)間，可以看出開啟輻射器后，外表面升溫速度明顯加快，而腔體升溫速度僅有小幅提升，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)外表面加速表干的目的。同時(shí)由圖2.3可以看出，在180℃時(shí)，開啟輻射器，電泳駕駛室質(zhì)量狀態(tài)明顯好于烘干參數(shù)調(diào)整前，但較調(diào)整后（190℃，75%）質(zhì)量狀態(tài)略差；190℃時(shí)，開啟輻射器，電泳駕駛室質(zhì)量狀態(tài)有小幅提升。

表3 各位置升溫至100℃所需時(shí)間

表4 各位置升溫至160℃所需時(shí)間

由此得出兩個(gè)結(jié)論，一是在升溫區(qū)安裝輻射器，可以有效的拉開駕駛室外表面與腔體升溫速度的差距，對(duì)駕駛室縮孔的改善有明顯的促進(jìn)作用；二是無論是否安裝輻射器，將升溫區(qū)的溫度設(shè)定為190℃，質(zhì)量狀態(tài)明顯優(yōu)于180℃條件下烘干。

3 驗(yàn)證

2018年1月中旬完成前三次調(diào)整，通過與上年度（2017年度）單車輔料用量進(jìn)行對(duì)比，2018年各月度打磨輔料消耗量明顯下降，如圖4所示，單車輔料消耗金額同比下降36%，進(jìn)一步驗(yàn)證了措施的有效性。

4 結(jié)論

縮孔是電泳涂裝過程的常見缺陷，由于引起縮孔的原因復(fù)雜、排查困難，一旦出現(xiàn)，很難在短時(shí)間內(nèi)鎖定污染源并加以解決。對(duì)于脫脂效果正常，因部分腔體內(nèi)仍殘留油水混合物而導(dǎo)致烘干過程中出現(xiàn)縮孔的情況，本文提供了一種新的解決思路及可供參考的方案，結(jié)論如下：

（1）在電泳漆的烘干窗口內(nèi)，適當(dāng)提高升溫區(qū)溫度，可加快電泳漆膜外表面的表干速度，縮短外表面漆膜受油液影響的時(shí)間；

（2）降低升溫過程循環(huán)風(fēng)速，可以有效降低腔體熱量，延緩腔體內(nèi)含油殘液的爆沸時(shí)間，減輕殘液飛濺對(duì)駕駛室表面質(zhì)量的影響；

（3）對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要不同溫度梯度的被涂面，輻射+對(duì)流的烘干方式是一種有效的可供參考的烘干方案。