水性漆在發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中的應(yīng)用

摘 要：涂料作為保護(hù)基材的重要材料，在發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)制造中起到了重要作用，隨著國家對(duì)環(huán)保以及消費(fèi)者對(duì)健康重視程度的不斷提升，水性漆已成為發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)噴涂過程中的主要用料。鑒于此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的涂裝要求、發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中的噴涂工藝以及主要工藝參數(shù)進(jìn)行了研究，以確定最佳工藝參數(shù)范圍，確保發(fā)動(dòng)機(jī)漆面噴涂的穩(wěn)定性和一致性。

關(guān)鍵詞：水性漆；發(fā)動(dòng)機(jī)；漆面質(zhì)量；工藝參數(shù)

中圖分類號(hào)：TK426" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2023）18-0050-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.18.013

0" " 引言

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，中國的汽車行業(yè)有了質(zhì)的飛躍，海量訂單也隨之而來。涂料作為一種保護(hù)基材的材料，在發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)過程中有著廣泛的應(yīng)用，通常在發(fā)動(dòng)機(jī)出廠前，都會(huì)使用涂料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的表面進(jìn)行噴涂，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行防腐，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。但隨著國家節(jié)能環(huán)保要求的不斷提升，油性涂料因其高污染性和對(duì)人體的高危害性，已經(jīng)逐漸退出了噴涂的舞臺(tái)。近年來，發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中的涂料已逐漸替換為水性涂料，水性涂料以水作為分散介質(zhì)，相對(duì)于油性涂料危害較低，但因?yàn)槿鄙儆袡C(jī)化合物的添加，水性涂料的漆膜性能與油性涂料存在一定的差距。本文主要以水性涂料的使用為背景，重點(diǎn)探究水性漆在發(fā)動(dòng)機(jī)噴涂過程中的使用[1-2]。

1" " 商用發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝

涂料在不同行業(yè)中的使用環(huán)境存在差異，對(duì)涂料的要求也不盡相同，涂料的性能要根據(jù)不同的使用行業(yè)，采用不同的成分配比，來滿足不同工況下的性能要求和質(zhì)量要求[3]。

1.1" " 商用發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝質(zhì)量要求

商用發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于客車行業(yè)、卡車行業(yè)、工程機(jī)械行業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)、船用行業(yè)及工業(yè)動(dòng)力行業(yè)等，種類繁多，且作業(yè)環(huán)境極其復(fù)雜，因此對(duì)涂料的要求比較高，要求涂料具有良好的沖擊性、硬度、耐熱性、耐酸性、耐堿性、耐機(jī)油性、耐柴油性、耐水性等，并且同時(shí)要求噴涂后的發(fā)動(dòng)機(jī)漆面光滑、平整，不能出現(xiàn)以下漆面質(zhì)量缺陷[4-5]：

（1）流漆（圖1），也叫流掛，主要是由于局部涂層變厚，在重力的作用下涂料出現(xiàn)下墜情況，一般常見于表面垂直的零件或者圓管類零件的下方。流漆形成的原因主要有三個(gè)：一是噴槍使用不當(dāng)，噴涂速度過慢或者噴涂距離過近導(dǎo)致表面的涂層過厚，受重力影響涂層下流；二是水性漆粘度過小，涂料中水含量過高，導(dǎo)致水性漆的掛壁性較差；三是水性漆噴涂后烘干溫度較低，噴涂結(jié)束后長時(shí)間不能干燥達(dá)到干膜狀態(tài)。

（2）漏噴（圖2），主要是指工件噴涂后，表面或者夾縫區(qū)域未形成連續(xù)的漆膜，存在基材暴露的情況。漏噴形成的原因主要有兩個(gè)：一是操作不當(dāng)，噴槍噴涂時(shí)噴涂速度過快或者噴涂距離過遠(yuǎn)，導(dǎo)致漆膜厚度過低；二是由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原因，部分區(qū)域在噴涂時(shí)存在遮擋情況，導(dǎo)致漆霧無法覆蓋于發(fā)動(dòng)機(jī)表面，形成漏噴現(xiàn)象。

（3）附著力差（圖3），主要是指水性漆成膜后，無法附著于發(fā)動(dòng)機(jī)表面或者附著力較差，自然狀態(tài)或者外界干預(yù)時(shí)出現(xiàn)漆膜脫落的情況。此問題的主要原因有兩個(gè)：一是發(fā)動(dòng)機(jī)表面清潔度不夠，阻礙了漆膜與發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)合；二是噴涂零件的表面過于光滑，漆膜難以附著。

（4）縮孔（圖4），主要是指漆膜形成后，在表面出現(xiàn)針孔狀的缺陷?？s孔形成的原因主要有兩個(gè)：一是發(fā)動(dòng)機(jī)表面有油脂、水分等；二是發(fā)動(dòng)機(jī)零件的表面張力過高，也容易出現(xiàn)縮孔的情況。

1.2" " 商用發(fā)動(dòng)機(jī)噴涂特點(diǎn)

（1）商用發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸大小不一，排量從一升至幾十升不等，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸越小，死角及夾縫區(qū)域的尺寸越小，普通的噴槍漆霧呈放射狀，狹小區(qū)域難以噴涂，噴涂過程的穩(wěn)定性較差，漆面一致性也較差。

（2）為滿足零部件防銹、密封等性能，在零部件運(yùn)輸、裝配等過程中可能會(huì)用到大量防銹油、密封膠等，且為驗(yàn)證所裝配發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)，商用發(fā)動(dòng)機(jī)通常需進(jìn)行一定時(shí)長的試車（熱試/冷試），種種原因?qū)е掳l(fā)動(dòng)機(jī)表面存在大量油污，對(duì)涂層附著力產(chǎn)生不良影響。

（3）商用發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線多為混線生產(chǎn)，噴涂方式以機(jī)器人噴涂+人工噴涂為主，輸送設(shè)備以大型積放鏈、自行葫蘆及自行小車為主。

2" " 涂料及噴涂工藝簡介

2.1" " 涂料

早期商用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用油性漆作為涂裝材料，油漆中含有有機(jī)化合物（VOC）、苯、甲苯、二甲苯等有害物質(zhì)，通常這些有害物質(zhì)都具有強(qiáng)揮發(fā)性，易在空氣中擴(kuò)散。人體長期攝入這些物質(zhì)會(huì)對(duì)造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)造成損害，同時(shí)也會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。隨著國家環(huán)保要求和消費(fèi)者對(duì)身體健康重視程度的提升，油性漆已無法滿足日益嚴(yán)苛的使用需求，水性漆逐漸登上了舞臺(tái)。水性漆主要以水作為介質(zhì)，使用過程中無有害有機(jī)物的揮發(fā)，無苯、二甲苯等有害物質(zhì)的存在，并且對(duì)大氣環(huán)境的破壞甚微，基本可以忽略。水性漆因其無害性和環(huán)保性深受消費(fèi)者的青睞，它的使用可以大大降低對(duì)消費(fèi)者和環(huán)境的危害，推廣使用水性涂料是時(shí)代進(jìn)步文明的表現(xiàn)，也是當(dāng)前環(huán)保要求下的必然趨勢(shì)。

由于水性漆相比于油性漆成分發(fā)生了巨大的變化，因此兩種涂料的性能表現(xiàn)和使用表現(xiàn)也存在著巨大的差異，表1從環(huán)保、安全、性能、成本等方面進(jìn)行了比較。

2.2" " 噴涂工藝

當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的噴涂工藝多以線上生產(chǎn)為主，過程工藝搭建的合理性和全面性決定了噴涂后發(fā)動(dòng)機(jī)的漆膜質(zhì)量。目前典型的發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝工藝流程為：上件—清洗前防護(hù)—清洗—漂洗—吹水—拆除部分防護(hù)—水分烘干—漆前屏蔽—機(jī)器人預(yù)噴漆—流平—人工噴漆—流平—水性漆烘干—強(qiáng)冷—拆防護(hù)—人工補(bǔ)漆—下件。

噴涂工藝過程中較為重要的幾個(gè)工藝過程分別為清洗和漂洗、水分烘干、噴漆、流平與水性漆烘干，各過程的主要作用如下：

（1）清洗和漂洗決定了發(fā)動(dòng)機(jī)表面的清潔程度，是影響漆膜附著力的關(guān)鍵過程；

（2）水分烘干過程作用是盡快蒸發(fā)掉清洗后殘留在發(fā)動(dòng)機(jī)上的清洗液和漂洗液，在提高產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍的同時(shí)，也避免了水分長期殘留導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)表面銹蝕情況的出現(xiàn)；

（3）噴漆過程是影響漆面質(zhì)量的關(guān)鍵性過程，噴漆過程中的各類參數(shù)如涂料粘度、噴槍移動(dòng)速度、噴槍與發(fā)動(dòng)機(jī)間距離等直接決定了噴漆后發(fā)動(dòng)機(jī)表面的噴漆質(zhì)量，也是整個(gè)噴漆工藝過程中最難控制的過程；

（4）流平的作用是使噴涂后的涂料形成一個(gè)平整、光滑、均勻的涂膜；

（5）水性漆烘干的作用是把漆膜內(nèi)外部的水分一并烘干，同時(shí)加速漆膜的干膜速度，提高產(chǎn)線節(jié)拍。

3" " 水性漆噴涂過程中的主要工藝參數(shù)分析

發(fā)動(dòng)機(jī)的外觀質(zhì)量已成為影響品牌價(jià)值的一項(xiàng)重要因素，發(fā)動(dòng)機(jī)的漆面質(zhì)量是整機(jī)外觀質(zhì)量中最關(guān)鍵的因素，因此提高發(fā)動(dòng)機(jī)的漆面噴涂質(zhì)量已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的課題。實(shí)際生產(chǎn)噴涂過程中，影響噴漆質(zhì)量的因素有很多，本文主要以人工噴漆為例進(jìn)行分析，具體參數(shù)包括涂料粘度、烘干溫度、烘干時(shí)間、噴涂距離、噴涂速度、流平時(shí)間、清洗溫度、人工技能等。其中人工技能、噴涂速度、噴涂距離屬于人工參數(shù)，主要取決于工人的水平技能，其他參數(shù)如涂料粘度、烘干溫度、烘干時(shí)間等屬于過程工藝參數(shù)，為過程可控參數(shù)，并且對(duì)漆面質(zhì)量的影響極為顯著。本文主要對(duì)涂料粘度、烘干溫度、烘干時(shí)間三個(gè)過程工藝參數(shù)進(jìn)行探究，研究出各參數(shù)對(duì)漆面質(zhì)量的影響關(guān)系，漆面質(zhì)量由附著力、漆膜厚度、流漆、干膜程度四個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1" " 涂料粘度對(duì)漆面質(zhì)量的影響

本節(jié)主要探究涂料粘度對(duì)漆面質(zhì)量的影響，試驗(yàn)時(shí)間選擇12：00—14：00，基礎(chǔ)溫度15 ℃，濕度60%，溫差控制在±1 ℃之內(nèi)，烘干時(shí)間25 min，烘干溫度65 ℃，人員、其余噴涂參數(shù)均設(shè)置為定值，在廠家推薦的20S～50S涂料粘度范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，每5S設(shè)置一組試驗(yàn)，共計(jì)6組（25S、30S、35S、40S、45S、50S），分別記為A、B、C、D、E、F，每組選擇噴涂5臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，A組編號(hào)為A-1、A-2、A-3、A-4、A-5，其余5組編號(hào)規(guī)則同上。為減少測量系統(tǒng)誤差，選擇兩名檢驗(yàn)員依次對(duì)噴涂的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)，漆面質(zhì)量采用百分評(píng)分制，評(píng)分規(guī)則如下：

（1）附著力和漆膜厚度檢測位置各5處，分別為機(jī)體兩側(cè)鑄造面、機(jī)體加工面、飛輪殼鑄造面、氣缸蓋加工面及油底殼，為保證結(jié)果準(zhǔn)確性，發(fā)動(dòng)機(jī)采用相同位置檢測，出現(xiàn)一處不合格扣2分；

（2）整機(jī)檢查流漆情況，出現(xiàn)一處流漆位置扣2分；

（3）檢查漆面干膜程度，采用相同的力度對(duì)漆面進(jìn)行按壓，漆面發(fā)軟、出現(xiàn)明顯壓痕的扣10分，所有檢測發(fā)動(dòng)機(jī)均對(duì)氣缸蓋罩漆面進(jìn)行按壓檢測；

（4）檢測過程出現(xiàn)的其他異常情況，對(duì)漆面質(zhì)量造成影響的單獨(dú)統(tǒng)計(jì)。

按照上述試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行噴涂，由兩名指定的檢驗(yàn)員依次對(duì)試驗(yàn)的6組共計(jì)30臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行評(píng)審打分，為便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，將各組發(fā)動(dòng)機(jī)的5個(gè)數(shù)據(jù)取平均值，對(duì)6組發(fā)動(dòng)機(jī)得分進(jìn)行比較，得出相關(guān)結(jié)論。根據(jù)統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，按照不同涂料粘度進(jìn)行噴涂的發(fā)動(dòng)機(jī)得分情況如圖5所示。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，涂料粘度對(duì)于漆面質(zhì)量的影響很大，當(dāng)涂料粘度達(dá)到50S時(shí)，漆面出現(xiàn)了橘皮現(xiàn)象，且噴涂過程中出現(xiàn)了噴槍堵塞的情況。在20S～50S的范圍內(nèi)，漆面質(zhì)量與涂料粘度成正相關(guān)，即涂料粘度越大，漆面質(zhì)量越好，在秋冬季節(jié)溫度下，涂料粘度45S時(shí)漆面質(zhì)量最好。

3.2" " 烘干溫度對(duì)漆面質(zhì)量的影響

本節(jié)主要探究烘干溫度對(duì)于漆面質(zhì)量的影響，試驗(yàn)基礎(chǔ)環(huán)境溫濕度與上述涂料粘度試驗(yàn)時(shí)保持一致，涂料粘度保持40S，人員、其余噴涂參數(shù)保持一致，以水性漆常見的烘干溫度范圍50～90 ℃進(jìn)行探究，每5 ℃設(shè)置一組試驗(yàn)，共計(jì)9組（50、55、60、65、70、75、80、85、90 ℃），分別記為A、B、C、D、E、F、G、H、I，每組選擇噴涂5臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，命名規(guī)則和檢驗(yàn)規(guī)則同3.1節(jié)，最終得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖6所示。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，烘干溫度對(duì)于漆面質(zhì)量影響較大，因水性漆中含有一定比例的樹脂，烘干溫度過高時(shí)樹脂發(fā)軟，對(duì)漆面質(zhì)量存在一定的影響。在秋冬季節(jié)溫度下，烘干溫度設(shè)置為70 ℃時(shí)，漆面質(zhì)量最好。

3.3" " 烘干時(shí)間對(duì)漆面質(zhì)量的影響

本節(jié)主要探究烘干時(shí)間對(duì)于漆面質(zhì)量的影響，試驗(yàn)基礎(chǔ)環(huán)境溫濕度與上述涂料粘度試驗(yàn)時(shí)保持一致，涂料粘度保持40S，烘干溫度保持70 ℃，人員、其余噴涂參數(shù)保持一致，以水性漆常見的烘干時(shí)間范圍16～30 min進(jìn)行探究，每2 min設(shè)置一組試驗(yàn)，共計(jì)7組（18、20、22、24、26、28、30 min），分別記為A、B、C、D、E、F、G，每組選擇噴涂5臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，命名規(guī)則和檢驗(yàn)規(guī)則同上，最終得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，烘干時(shí)間對(duì)于漆面質(zhì)量有重要影響，在烘干溫度設(shè)置為70 ℃的情況下，前期漆面質(zhì)量隨著烘干時(shí)間的增長不斷提升，烘干時(shí)間超過26 min時(shí)，增加烘干時(shí)間對(duì)漆面基本無影響。

4" " 結(jié)論

綜上所述，在秋冬季節(jié)環(huán)境下，涂料粘度、烘干溫度、烘干時(shí)間三個(gè)工藝參數(shù)對(duì)漆面質(zhì)量的影響十分顯著：在設(shè)備滿足正常使用的前提下，粘度與噴漆質(zhì)量成正相關(guān)，粘度越大，漆面穩(wěn)定性和一致性越好，漆面質(zhì)量越好，但涂料粘度過大會(huì)出現(xiàn)噴涂設(shè)備無法正常使用的情況。針對(duì)涂料中含有樹脂的高光水性漆，因其材料特性，漆面質(zhì)量在烘干溫度提升的前半段與烘干溫度成正相關(guān)關(guān)系，在烘干溫度提升的后半段成負(fù)相關(guān)關(guān)系。烘干時(shí)間與漆面質(zhì)量成正相關(guān)關(guān)系，但存在上限值，烘干時(shí)間超過一定數(shù)值后，將不會(huì)對(duì)漆面質(zhì)量產(chǎn)生影響，即油漆干膜后，性能及表現(xiàn)趨于穩(wěn)定。

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收稿日期：2023-01-10

作者簡介：王曉晨（1995—），男，山東聊城人，助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造。