靜電噴粉線的應用與改進

利任澤，萬修根，王瑞平，劉五寶

（江鈴汽車股份有限公司鑄造廠，江西 南昌 330001）

靜電噴粉技術(shù)是利用高壓靜電發(fā)生器產(chǎn)生高壓靜電，當粉末涂料從帶有高壓靜電發(fā)生器的噴槍槍口噴出時，粉末成為帶負電荷的粉末顆粒，在空氣推力和電場力共同作用下奔向接地工件并吸附在其表面，形成粉末涂層，粉狀涂層經(jīng)過高溫烘烤、流平及固化后，形成膜狀涂層[1]。靜電噴粉工藝的涂層在機械強度、附著力和耐老化性等方面都優(yōu)于噴漆工藝，并且成本也低于同效果的噴漆工藝。

1 靜電噴粉線工藝流程及布局

1.1 靜電噴粉線工藝流程

靜電噴粉線工藝流程如圖1 所示，缸體外觀檢驗后，由員工將缸體擺正，并將缸體后端面朝前送進噴粉線，經(jīng)過吹灰、預熱后，缸體進入噴粉房，由員工對缸體不噴粉的部位貼擋板，然后自動噴粉、人工補粉、卸擋板、缸體出噴粉房并進入固化室進行固化、冷卻、噴防銹油、下線。

圖1 靜電噴粉線工藝流程圖

1.2 靜電噴粉線工位布局

靜電噴粉線工位布局如圖2 所示。噴粉線區(qū)域長度33 m，寬度18.5 m，高度3.2 m，主要由預熱室、噴粉房、固化室、冷卻室、噴油室四個區(qū)域組成，四個區(qū)域的啟停控制程序集成在一個控制柜上。四個區(qū)域平行布置，之間由輥道串聯(lián)，鑄件在輥道之間轉(zhuǎn)換由叉料車完成。鑄件完成噴粉之后，由鋁制托板裝運，從輥道上輸送至固化室、強冷室、噴油室。整條噴粉線生產(chǎn)人員共5 人，其中3 人在噴粉室內(nèi)工作。

圖2 靜電噴粉線工位布局圖

1.3 靜電噴粉線工藝

1.3.1 吹灰

吹灰工裝如圖3 所示。壓縮空氣氣壓0.6 MPa，采用自動吹灰的方式。缸體進入吹灰工位，光電開關(guān)接受到信號，壓縮空氣從缸體上方、兩側(cè)吹掃缸體表面的灰塵、細小鐵屑等雜質(zhì)，吹凈室配置單獨的除塵系統(tǒng)，確保密封無灰塵外逸。

1.3.2 預熱

預熱的目的是在噴粉前，提升缸體的溫度，以除去缸體表面的水汽，增加粉末與鑄件之間的吸附力。在寒冷季節(jié)（氣溫≤10 ℃）時開啟預熱，預熱溫度設置在80 ℃～120 ℃，缸體經(jīng)預熱室的時間5 min，表面溫度可達22 ℃～35 ℃.此外，如涂層要求較厚，可將鑄件溫度預熱至80 ℃～120 ℃，以增加粉末沉積厚度。一般情況下，缸體不需要進行預熱。

1.3.3 貼擋板、卸擋板

對于缸體前端面、后端面局部不允許噴粉部位，需要使用專用擋板遮擋，噴粉完后取下?lián)醢?，擋板設計有定位銷/塊。生產(chǎn)中操作工按照1/10 的頻率清掃擋板上的粉料，保證擋板的清潔。圖4 為噴粉擋板。

圖3 吹灰裝置

圖4 噴粉檔板

1.3.4 自動噴粉

自動噴粉是整條噴粉線關(guān)鍵工序，工藝參數(shù)要求嚴謹，維護保養(yǎng)內(nèi)容要求高。采用“噴槍固定，缸體通過”的方式讓缸體上粉。設置8 把自動噴槍（缸體左右側(cè)面各4 把），根據(jù)缸體左右側(cè)形狀、凸凹復雜程度，分別調(diào)節(jié)噴槍的位置與角度。噴粉機構(gòu)主要由噴粉工藝控制箱、靜電發(fā)生器、粉末噴槍、供粉裝置、供氣系統(tǒng)及回收裝置六大部分組成，噴粉室布置如圖5 所示。為保證缸體各部位粉末涂層均勻，固化后涂層厚度可控制在60 μm～100 μm.噴粉的主要工藝參數(shù)（空氣量、泵粉量、電壓、電流等），需要嚴格控制，如表1 設置。自動噴粉狀態(tài)如圖6 所示。

表1 噴粉主要參數(shù)

圖5 噴粉室布局圖

圖6 自動噴槍噴粉

圖7 人工噴槍噴粉

圖8 鑄件本體溫度曲線

1.3.5 人工補粉

設置2 把手動噴槍用于缸體前后端面及側(cè)面局部部位的補噴。噴粉工藝與自動噴粉設置一致，手動補粉要注意粉槍不能長時間對著局部噴粉，另外粉槍與缸體距離60 mm～150 mm，對應缸體深凹部位，噴槍距離缸體60 mm～100 mm，確保缸體表面粉末均勻，固化后膜厚60 μm～100 μm.人工噴粉狀態(tài)如圖7 所示。

1.3.6 固化

靜電噴粉工藝中的一個關(guān)鍵是固化，固化工藝設置是否合理直接影響缸體粉末涂層的耐鹽霧性能、粉末涂層附著力、粉末涂層加工性能。固化溫度和固化時間等工藝參數(shù)的設計與粉末原材料的固化特性相關(guān)，所使用的粉末為低溫熱固性環(huán)氧粉末涂料，以缸體表面溫度在120 ℃以上保溫15 min～20 min 為原則。爐內(nèi)鑄件本體溫度曲線見圖8，縱坐標表示溫度，橫坐標表示時間。黑色線表示爐體空氣溫度，淺色線從下往上分別表示缸體表面上、中、下三個部位的溫度曲線。圖中顯示缸體上、中、下表面溫度在120 ℃以上保溫時間分別為15.6 min、18.5 min、28.5 min，固化工藝參數(shù)設置如表2 所示。平時以爐溫跟蹤儀測定的鑄件本體溫度曲線作為工藝符合性的判斷依據(jù)。

表2 固化主要參數(shù)

1.3.7 強冷

強風冷室由室體，輸送輥道，鼓風系統(tǒng)及抽風排氣系統(tǒng)等組成。固化后缸體表面溫度高（如圖8顯示，缸體平均溫度為130 ℃～150 ℃），需進行強制冷卻，以使鑄件出爐時的表面溫度接近室溫。采用排氣冷卻工藝，強冷室配置離心式冷卻風機，配備可靠的進排風系統(tǒng)及其管路，確保缸體進噴油室溫度不高于40 ℃.

1.3.8 噴防銹油

經(jīng)油霧處理器的防銹油對缸體鑄件水道、油道、內(nèi)腔、前端面、后端面進行噴防銹油，共8 個噴油嘴對缸體進行噴油，保證起防銹作用。每個噴嘴可單獨調(diào)整角度及噴油量（噴油量由普通的管閥進行調(diào)整，范圍在0～100%），噴油的主要工藝參數(shù)是壓縮空氣氣壓，要求0.5 MPa～0.7 MPa，確保防銹油霧化。

2 靜電噴粉工藝在生產(chǎn)中的主要問題及改進措施

2.1 粉末涂層附著力改善

靜電噴粉線調(diào)試階段，出現(xiàn)缸體表面粉末涂層附著力不合格（附著力要求GT0 級、GT1 級），問題主要出現(xiàn)在厚大類的缸體，附著力差的缸體表面粉末涂層失光，見圖9，使用百格刀檢測，粉末層脫落。通過分析爐溫跟蹤儀發(fā)現(xiàn)，缸體局部溫度在120 ℃以上保溫時間僅10.5 min，保溫時間明顯偏短，主要是因為缸體體積較大且厚重，吸熱量較大，缸體表面高溫時間短，粉涂層沒完全固化。改進措施：提高固化爐的固化溫度及延長固化時間。經(jīng)過生產(chǎn)驗證表明，缸體表面粉末涂層附著力符合附著力GT0級、GT1 級的要求。

圖9 缸體附著力差圖示

圖10 鑄件表面粘附漆皮

2.2 粉末加工性能差改善

靜電噴粉線小批量試生產(chǎn)時，缸體表面粉末涂層加工性能差，表現(xiàn)為漆皮粘附在鑄件表面，見圖10，缸體清潔度檢測時發(fā)現(xiàn)脫落的粉末顆粒度尺寸為2 500 μm～5 345 μm，超過顆粒度要求（顆粒度要求≤2 000 μm）.

通過與粉末供應商對該缺陷問題的分析，缸體表面粉末涂層加工性能差的主要原因及解決措施包括以下幾方面：①改善粉末涂料的熱固性，調(diào)整粉末涂料的配方，提升粉末涂料的脆性，適當降低涂層柔韌性，可以提升粉末的加工性能。②確保粉末涂層固化完全：③適當降低噴粉涂層厚度。涂層厚度太厚，不但造成材料浪費，還惡化涂層性能，粉末涂層厚度控制在60 μm～100 μm 為宜，且不影響耐鹽霧性能[2]。通過以上措施的實施，粉末加工性能得到了顯著改善。

2.3 缸體深凹部位漆膜均勻性改善

缸體深凹部位噴粉漆膜不均勻問題，表現(xiàn)為：局部少粉，漆膜厚度不足15 μm；局部粉末過厚，形成堆積，固化后，粉料堆積的部位出現(xiàn)粉料斷層現(xiàn)象，影響缸體外觀及防銹。

通過對噴粉過程的仔細觀察及反復驗證，改善缸體深凹部位漆膜不均勻的主要有以下幾方面：①缸體的接地性能良好是保證缸體導電性能的關(guān)鍵，首先鏈板不允許粉料堆積，要干凈，另外鏈板的接地線與粉泵的接地線不失效；②為避免噴粉時粉料被吹開形成局部堆積、局部少粉，噴粉槍的送粉空氣量不宜過大，送粉空氣量偏大時要適當調(diào)大噴槍與缸體的距離（空氣總量2.5 m3/h～3.0 m3/h，噴槍與缸體距離在120 μm～150 μm 為宜）；③適當調(diào)大噴槍的電壓、電流，并且保證靜電針干凈，沒有沾雜質(zhì)；④捉粉管管口未磨損（使用檢具），輸粉通道無堵塞；粉料干凈、干燥；⑤寒冷季節(jié)，把預熱開啟，讓缸體表面加熱至30 ℃左右，也有助于增加粉末與鑄件之間的吸附力。通過以上多方面的控制實施，缸體深凹部位噴粉漆膜不均勻性得到了較大的改善。

2.4 降低靜電噴粉線的勞動量

由于缸體的外觀結(jié)構(gòu)復雜以及局部區(qū)域不得有粉料，所以在噴粉室內(nèi)安排了三個人來完成缸體補粉及貼擋板、卸擋板的工作，工作勞動強度大且工作環(huán)境差。為了解決這一問題，增設了貼擋板、卸擋板的自動化機構(gòu)，另外安裝一臺機器人代替人工補粉，進一步改善了操作工的工作環(huán)境與強度，如圖11 所示。

圖11 自動貼卸擋板及補噴方案示意圖

3 結(jié)束語

靜電噴粉作為一種新的涂裝技術(shù)，具有節(jié)省能源和資源、減少環(huán)境污染、工藝簡便、易實現(xiàn)自動化、涂層堅固耐用、粉末可回收再用等優(yōu)點，對于汽車鑄件防銹方面得到了越來越多的應用[3]，在用于缸體防銹過程中，碰到了一些問題，雖然都得到了解決，但是其應用技術(shù)仍然需要進一步摸索與改進，在使用和推廣靜電噴粉工藝過程中，應該加強現(xiàn)場工藝控制，持續(xù)優(yōu)化現(xiàn)場工藝參數(shù)并選擇合格的粉料，實現(xiàn)噴粉線全自動化（取消人工補粉工藝），進一步提升噴粉工序的過程能力、及產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，才能更好地應用此新工藝于生產(chǎn)之中。