PU涂層球墨鑄鐵管件噴涂工藝及其裝備探討

郄航，劉善江，儲(chǔ)安林，蘇建鋼，劉曉凱

（蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖 241002）

0 引言

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13295中所述球墨鑄鐵管件公稱口徑從DN80到DN3000，型號(hào)有三通、彎頭、盤承、盤插等上百種類型，常用規(guī)格上千種[1]。該產(chǎn)品最大的特點(diǎn)是多品種、多規(guī)格搭配使用，為滿足需求生產(chǎn)過(guò)程中通常采用多規(guī)格共線生產(chǎn)的模式。給各工序生產(chǎn)帶來(lái)不小的困擾，輕則降低效率，重則帶來(lái)質(zhì)量隱患。

近年我公司承接大批的PU涂層管件訂單，在批量生產(chǎn)中為了提高效率、提升質(zhì)量，對(duì)各規(guī)格管件的PU涂層噴涂生產(chǎn)問(wèn)題進(jìn)行了梳理，并提出了相應(yīng)的解決方案。

1 管件PU涂裝原工藝及存在的問(wèn)題

通常承接小批量PU涂層的訂單時(shí)，因單件小批生產(chǎn)，采用天車吊裝、人工噴涂的方式，如圖1所示，每個(gè)管件既需要噴涂?jī)?nèi)壁，也需要噴涂外表，在將工件加熱到規(guī)定溫度后一次性噴涂完成，按工藝要求須在整個(gè)噴涂過(guò)程中，保持工件本體溫度在40～60 ℃范圍，才能保證涂層表面質(zhì)量[2]。

圖1 天車吊裝、人工噴涂

因手工噴涂效率低，涂層厚度及溫度控制不精準(zhǔn)，且在噴涂過(guò)程中工件固定在一個(gè)工位，使噴涂死角部位不便噴涂，容易產(chǎn)生局部滴流缺陷，以及花紋狀、麻點(diǎn)狀外觀缺陷；且因多品種多規(guī)格共線生產(chǎn)，產(chǎn)品規(guī)格切換時(shí)需要更換吊具及噴涂設(shè)備，難以滿足批量化連續(xù)生產(chǎn)要求。

2 噴涂工藝設(shè)計(jì)

通過(guò)在實(shí)踐中探索，為方便組織批量噴涂生產(chǎn)，將噴涂工藝過(guò)程、每個(gè)環(huán)節(jié)的工藝要求細(xì)化，對(duì)每道工序的工藝參數(shù)進(jìn)行固化，分工序控制過(guò)程產(chǎn)品質(zhì)量，確保順利生產(chǎn)。工藝流程為：毛坯表面打磨→精細(xì)拋丸→預(yù)熱（40～80 ℃）→噴涂。

以上工序需逐一檢驗(yàn)，以下道工序就是客戶的理念嚴(yán)格把關(guān)工序自檢；而下道工序則必須將上道工序視為自己的供應(yīng)商，嚴(yán)格把好進(jìn)貨檢驗(yàn)關(guān)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)反饋給上道工序，處理后再流轉(zhuǎn)。否則一個(gè)工序的不合格導(dǎo)致后續(xù)工作全無(wú)效。

毛坯表面處理必須確保表面輪廓清晰、完整，為精細(xì)拋丸打下基礎(chǔ)，是精細(xì)拋丸基材處理的最后一關(guān)，既要外觀好，還要有一定的表面粗糙度，為涂層建立有效的附著力打下基礎(chǔ)。工件表面質(zhì)量如圖3所示。

圖3 工序檢驗(yàn)合格的毛坯

經(jīng)精細(xì)拋丸表面粗糙度達(dá)到要求后可進(jìn)入預(yù)熱工序，預(yù)熱須保證烘烤房的溫度、烘烤時(shí)間，兩者缺一不可，是保證PU涂層質(zhì)量的關(guān)鍵。毛坯表面處理可以說(shuō)是關(guān)鍵工序，是保證噴涂的基礎(chǔ)，但也只是充分條件，而必要條件是噴涂預(yù)熱合格，而預(yù)熱不到位則噴涂后一定是廢品。預(yù)熱達(dá)到表面溫度后還要保證達(dá)到烘烤時(shí)間，保證工件蓄熱足夠，在出烤房后能保持在噴涂工藝溫度范圍內(nèi)，同時(shí)讓噴涂操作有足夠的時(shí)間進(jìn)行。否則導(dǎo)致噴涂后流平性差，產(chǎn)生花紋缺陷及附著力不夠等問(wèn)題。為確保檢驗(yàn)狀態(tài)明確，在上述工序中工件建立流轉(zhuǎn)質(zhì)量驗(yàn)收單，每道工序驗(yàn)收后簽字方可流轉(zhuǎn)。

圖2 涂層花紋狀缺陷

為保證涂層質(zhì)量，噴涂是最后一道工序，噴涂要重點(diǎn)保證噴涂的效率和噴涂均勻性。噴涂是跟時(shí)間賽跑，必須在工件烘烤達(dá)到工藝溫度后，在工件溫度下降之前，在噴涂的最低要求溫度以上完成噴涂[3]。在比較簡(jiǎn)陋的條件下，要讓各種規(guī)格的工件翻轉(zhuǎn)自如，在工件的內(nèi)表面、外表面各個(gè)部位均勻噴涂，是比較難的。尤其要實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，多規(guī)格快速切換，就必須考慮噴涂裝備，采用機(jī)械化是必要條件。

通過(guò)噴涂裝備機(jī)械化，使工件在回轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)施噴涂，噴涂結(jié)束后維持勻速旋轉(zhuǎn)，直到涂層表干，能有效保證上述工藝要求。機(jī)械化噴涂效率更高、涂層厚度更穩(wěn)定，且因噴涂過(guò)程中工件各部位的溫度差較小，能更好地保證涂層的質(zhì)量均勻性。因工件的品種規(guī)格繁多，要實(shí)現(xiàn)機(jī)械化回轉(zhuǎn)噴涂，須將工件分類，分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的回轉(zhuǎn)式裝備，通過(guò)將工件在回轉(zhuǎn)過(guò)程中噴涂，實(shí)現(xiàn)噴涂均勻、連續(xù)、高效。

3 噴涂工裝選型設(shè)計(jì)

按照噴涂工藝要求結(jié)合工件大小及外形特征，將管件分為直管類、短管類、細(xì)長(zhǎng)類三大類分別進(jìn)行噴涂方案設(shè)計(jì)。

3.1 直管類

直管包括雙盤短管、盤插、穿墻管等，其管體通常較長(zhǎng)，長(zhǎng)徑比大于1以上，內(nèi)壁和外壁皆需要噴涂，長(zhǎng)徑比大于1時(shí)更需要噴槍從兩頭分別伸進(jìn)內(nèi)腔進(jìn)行噴涂。

該類管件噴涂時(shí)需要工件在回轉(zhuǎn)的同時(shí)要留出噴槍的活動(dòng)空間，需要將工件兩頭保持開放外露，管身外壁外露，便于噴涂。

1）工件回轉(zhuǎn)方式。直通類管件可采用臥式托輪裝置支撐其兩端，托輪裝置帶無(wú)級(jí)變速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工件均勻回轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速達(dá)到噴涂所要求的轉(zhuǎn)速，如圖4所示。然后手持噴槍從工件的外表進(jìn)行噴涂，如圖5所示。

圖4 托輪回轉(zhuǎn)支撐裝置

圖5 回轉(zhuǎn)中噴涂

2）噴槍運(yùn)動(dòng)方式。當(dāng)噴涂工件外表時(shí)，工人站在工件外側(cè)，保持噴嘴與工件之間一定的距離，固定在一個(gè)高度，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)管件圓周表面進(jìn)行噴涂，當(dāng)需要噴涂管件內(nèi)壁時(shí)，噴槍伸入工件內(nèi)壁進(jìn)行噴涂即可。噴涂過(guò)程中需要保持工件勻速回轉(zhuǎn)，且噴涂結(jié)束后需要繼續(xù)保持工件勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，直到涂層表干后，停機(jī)卸下工件[4]。

對(duì)于長(zhǎng)徑比為1左右的工件可以手持噴槍從工件內(nèi)孔一端伸進(jìn)去噴涂完全程，對(duì)于內(nèi)壁長(zhǎng)度大于1 m以上的工件則只能從兩頭分別噴涂。如果需要控制噴涂時(shí)間，可以采用2把槍，同時(shí)從工件兩頭進(jìn)行噴涂，縮短時(shí)間，如圖6所示。

圖6 兩頭對(duì)噴

3.2 短管、彎管類

盤承、盤插管件較短，在托輪上支撐不穩(wěn)，回轉(zhuǎn)過(guò)程中容易掉落，可采取一頭裝卡固定的方式，如圖7所示，如此夾緊后，通過(guò)設(shè)備帶動(dòng)工件勻速旋轉(zhuǎn)即可噴涂，噴涂方法同上述直管類。

圖7 盤插類短管件懸臂式裝卡噴涂

對(duì)11.25°、22.5°的彎頭管件，采用裝卡一頭、另一頭懸伸的安裝方式，但因彎管結(jié)構(gòu)特殊不能直接安裝，需在彎管的一端加裝工裝張緊后安裝到設(shè)備上，采用內(nèi)撐式工裝才能將工件裝卡牢固，保持其在回轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)固，不致于晃動(dòng)影響噴涂，并可避免在回轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)影響涂層均勻性，如圖8所示，噴涂時(shí)管件的外壁、內(nèi)壁均可從一頭進(jìn)行噴涂。

圖8 彎頭類管件懸臂式裝卡噴涂

3.3 細(xì)長(zhǎng)管件

除以上兩種外，還有一種常見(jiàn)的細(xì)長(zhǎng)工件，且規(guī)格較小，小于DN500以下的規(guī)格通常手工普通噴槍無(wú)法伸進(jìn)管件內(nèi)孔進(jìn)行噴涂，如果長(zhǎng)徑比大于2，達(dá)到3甚至4的工件，其噴涂難度就更大。如圖9所示，對(duì)上述這類DN200～DN500規(guī)格、長(zhǎng)徑比大于2以上的工件，采用以下方法實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)噴涂：

圖9 細(xì)長(zhǎng)管件

1）回轉(zhuǎn)方式。仍然采用本文第一種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2）噴涂。噴涂需采用一種新式噴槍，叫旋轉(zhuǎn)式噴頭，從圓周上噴出料來(lái)，且不停回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)壁均勻噴涂。如圖11所示，通過(guò)一根細(xì)長(zhǎng)桿支撐，讓旋轉(zhuǎn)式噴頭伸進(jìn)細(xì)長(zhǎng)工件內(nèi)壁進(jìn)行噴涂，噴涂過(guò)程需調(diào)整好噴頭進(jìn)給機(jī)構(gòu)移動(dòng)速度，通過(guò)工件勻速回轉(zhuǎn)，噴槍均勻移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件內(nèi)璧噴涂[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合分析管件的特點(diǎn)，找出其內(nèi)在的規(guī)律，按長(zhǎng)徑比、大小規(guī)格分類，分別設(shè)計(jì)不同的噴涂工裝，可確保實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)式噴涂PU涂層，通過(guò)裝備改進(jìn)確保噴涂工藝要求得到落實(shí)，且通過(guò)采用專用裝備來(lái)實(shí)現(xiàn)效率提升、質(zhì)量穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)管件產(chǎn)品批量化噴涂。噴涂后，對(duì)接口部位刷上紅色環(huán)氧漆，成品如圖11如示。

圖11 管件成品

專用裝備的設(shè)計(jì)可通過(guò)管件工廠自行設(shè)計(jì)、制造或者與專業(yè)廠家合作完成，但是噴涂工藝需要管件工廠自行設(shè)計(jì)提出，才有可能找到專業(yè)設(shè)備廠家合作開發(fā)適用的專機(jī)，以此提升管件加工裝備的自動(dòng)化水平，促進(jìn)管件行業(yè)的發(fā)展。

圖10 旋轉(zhuǎn)噴杯