0. 粉末涂裝特點(diǎn)
粉末涂裝工藝的成功實(shí)施是工程機(jī)械行業(yè)涂裝工藝的一次重大突破，由傳統(tǒng)的溶劑型涂料轉(zhuǎn)變?yōu)榉勰┩苛?，無論在生產(chǎn)成本、施工工藝、環(huán)境保護(hù)、自動(dòng)化作業(yè)等方面均有大幅度的提升。粉末涂裝工藝具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：①粉末涂料不含有機(jī)溶劑，在生產(chǎn)中不排放有害氣體，能防止大氣污染，并改善了工人的勞動(dòng)條件，屬于環(huán)保涂料，而傳統(tǒng)油漆溶劑含量達(dá)40%以上，并含有大量的甲苯和二甲苯等有毒物質(zhì)；②粉末涂料可以回收，利用率達(dá)95%以上，甚至可達(dá)99%[1]，而油漆利用率一般在35~50％左右；③涂裝一次容易得到較厚涂層（約50-300μm），因此可以減少施工工序，節(jié)約能源，提升效率；④由于沒有溶劑的揮發(fā)，因此減少了火災(zāi)的危險(xiǎn)[2]；⑤粉末涂層具有優(yōu)良的機(jī)械、化學(xué)性能；⑥粉末噴涂的成品率高于噴漆，一般來說：噴漆件廢品，次品率為10%左右，而粉末噴涂件為1%左右，返修率低，有利降低成本；⑦施工簡單，不需要很熟練的操作技術(shù)，容易掌握，涂膜厚涂時(shí)不會(huì)出現(xiàn)流掛問題，容易實(shí)施自動(dòng)化流水線涂裝[3]；⑧由于粉末涂料是固體狀，因此在貯存上便于管理。
1. 駕駛室粉末涂裝工藝
1.1工藝流程
上件—預(yù)脫脂—脫脂—水洗—水洗—表調(diào)—磷化—水洗—水洗—純水洗—陰極電泳—超濾一—超濾二—純水洗—瀝水—烘干—強(qiáng)冷—（打磨）—打膠—噴粉—烘干—強(qiáng)冷—屏蔽—套色噴漆—去屏蔽—流平—烘干—冷卻—下件。
1.2工藝參數(shù)
駕駛室涂裝工藝時(shí)間及相關(guān)參數(shù)如表1所示。
表1 駕駛室涂裝工藝參數(shù)
序號(hào) | 工序名稱 | 工藝時(shí)間 | 工藝溫度(°C) | 備注 |
1 | 上 件 | RT | ||
2 | 預(yù)脫脂 | 120 s | 45-55 | 噴淋 |
3 | 脫 脂 | 120 s | 45-55 | 浸漬 |
4 | 水洗一 | 50 s | RT | 浸漬 |
5 | 水洗二 | 50 s | RT | 浸漬 |
6 | 表調(diào) | 50 s | RT | 浸漬 |
7 | 磷化一 | 180 s | 40-45 | 浸漬 |
8 | 磷化二 | 180 s | 40-45 | 浸漬 |
9 | 水洗三 | 50 s | RT | 浸漬 |
10 | 水洗四 | 50 s | RT | 浸漬 |
11 | 純水洗一 | 50 s | RT | 浸漬+出槽噴淋 |
12 | 電泳一 | 180-220 s | 28-30 | 浸漬+出槽噴淋 |
13 | 電泳二 | 180-220 s | 28-30 | 浸漬+出槽噴淋 |
14 | 超濾一 | 60 s | RT | 浸漬 |
15 | 超濾二 | 60 s | RT | 浸漬+出槽噴淋 |
16 | 純水洗二 | 60 s | RT | 浸漬+出槽噴淋 |
17 | 瀝水 | 120 s | RT | |
18 | 電泳固化 | 30 min | 160-180 | 天燃?xì)庵苯蛹訜?/span> |
19 | 電泳強(qiáng)冷 | 20 min | RT | 自然風(fēng)強(qiáng)冷 |
20 | 檢查&打磨 | RT | 手動(dòng) | |
21 | 打膠&貼膠帶 | RT | 手動(dòng) | |
22 | 噴粉 | RT | 自動(dòng)+手動(dòng) | |
23 | 粉末固化 | 40 min | 180-200 | 天燃?xì)庵苯蛹訜?/span> |
24 | 粉末強(qiáng)冷 | 20 min | RT | 自然風(fēng)強(qiáng)冷 |
25 | 劃線&遮蔽 | RT | 手動(dòng) | |
26 | 套色噴漆 | RT,冬天：18℃以上 | 手動(dòng) | |
27 | 去遮蔽 | RT,冬天：18℃以上 | 手動(dòng) | |
28 | 流平 | RT,冬天：18℃以上 | ||
29 | 油漆固化 | 27 min | 80-100 | 天燃?xì)庵苯蛹訜?/span> |
30 | 冷卻 | |||
31 | 檢驗(yàn)下件 | RT |
2. 粉末涂裝對(duì)駕駛室白件的要求
工程機(jī)械產(chǎn)品受到鋼材、焊接工藝及模具的限制，導(dǎo)致成品白件表面的缺陷較多，如焊點(diǎn)缺陷、成模缺陷、打磨缺陷等，因此絕大多數(shù)公司的產(chǎn)品均在電泳底漆后，需要大面積刮膩?zhàn)印⒑娓?、打磨，再噴涂面漆，方可保證實(shí)現(xiàn)最佳的外觀效果。但粉末涂層在成膜過程中需要長時(shí)間處于高溫180-200℃的烘烤環(huán)境，因此要求底涂層具有耐高溫烘烤性能。此外，由于粉末在涂裝過程中采用靜電吸附原理，這就要求底涂層具有導(dǎo)電性。因此，彌補(bǔ)成品白件缺陷所使用的原子灰膩?zhàn)蛹懊芊饽z均要求具有導(dǎo)電性及耐高溫性能。
為了解決白件缺陷問題，在不改變前道工藝的前提下，進(jìn)行了大量的工藝試驗(yàn)，選用國內(nèi)、國際各種不同品牌的原子灰及密封膠進(jìn)行測試，得出的試驗(yàn)結(jié)果是：①原子灰膩?zhàn)硬贿m于大范圍及厚刮涂，涂層易出現(xiàn)鼓包、針孔、橘皮等缺陷，如圖1、2所示；②原子灰的配比操作要求較高，否則粉末涂層易出現(xiàn)針孔；③密封膠作為焊縫缺陷的彌補(bǔ)工藝可以采用，但需要使用白色的本體，否則粉末涂層易有色差；④密封膠不能作為板材缺陷的彌補(bǔ)材料進(jìn)行刮涂，如圖3、4、5所示。
（1）大面積刮膩?zhàn)拥挠绊?/span>
圖1 原子灰膩?zhàn)?/span>180℃烘烤后打磨 圖2噴粉后產(chǎn)生橘皮
（2）大面積刮密封膠的影響
基于以上試驗(yàn)結(jié)果，在推行粉末噴涂時(shí)，首先要解決白件表面的缺陷問題，從成型及焊接工序著手，杜絕表面存在缺陷。此外，焊縫斷焊處的密封膠，應(yīng)使用耐高溫材料，并可以保證與粉末同時(shí)固化，而不產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。
3. 噴粉工序的設(shè)計(jì)
3.1粉末靜電噴槍的布局
工程機(jī)械產(chǎn)品多數(shù)為平面或管件，因此適用于高壓靜電噴涂法。粉末靜電噴涂技術(shù)的特點(diǎn)是工件可以在室溫條件下涂裝，粉末的利用率高，可達(dá)95%以上；涂膜薄而均勻、平滑，無流掛現(xiàn)象，即使在工件尖銳的邊角和粗糙的表面也能形成連續(xù)、平整、光滑的涂膜，基于以上特性，粉末涂裝極易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、連續(xù)噴涂作業(yè)。因此可以根據(jù)產(chǎn)能設(shè)計(jì)，盡量減小工作節(jié)拍，采用往復(fù)機(jī)及固定式噴槍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化噴涂作業(yè)，如圖6、7所示。
圖6 機(jī)罩噴粉的粉槍布局 圖7 駕駛室噴粉的粉槍布局
存在的內(nèi)腔或一些死角，可以在后面的人工找補(bǔ)工位進(jìn)行，找補(bǔ)工位同時(shí)檢查自動(dòng)噴粉的質(zhì)量，對(duì)于存在的吐粉、上粉不均勻處可以及時(shí)處理，保證優(yōu)良的涂層外觀。
3.2 粉房的設(shè)計(jì)
粉房的設(shè)計(jì)主要關(guān)注兩個(gè)方面：其一，室體開口的大小，主要有工件進(jìn)出口、往復(fù)機(jī)伸縮口、鏈條通過口，開口追求盡量小，可以減小回收系統(tǒng)的功率，降低采購成本和使用成本；其二，壁板材料的選擇，不同材料的壁板對(duì)于粉末的吸附性能有差異，為了每班結(jié)束后便于操作者清理粉房，應(yīng)選擇對(duì)粉末吸附性差的材料，當(dāng)然，要同時(shí)考慮使用條件，一般建議底部采用不銹鋼，四周及頂棚采用PP板或PVC板，不同材料對(duì)粉末的吸附性見表2（僅供參考）。
表2 不同材料對(duì)粉末的吸附性
序號(hào) | 材料 | 對(duì)粉末的吸附性 | ||
1 | PP板 | 14.6% | ||
2 | 不銹鋼板 | 78.5% | ||
3 | 聚碳酸酯板 | 13.3% | ||
4 | 透明共聚化合物 | 8.5% | ||
5 | PVC板 | 16% | ||
一般來說，工程機(jī)械產(chǎn)品由兩種顏色組成，且產(chǎn)量均衡，同時(shí)又不能輪換進(jìn)行批量生產(chǎn)，因此可以設(shè)計(jì)兩個(gè)噴粉房同時(shí)生產(chǎn)，從而避免進(jìn)行換色操作。
3.3 回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
粉末涂裝設(shè)備回收系統(tǒng)一般分為兩種，分別為單級(jí)濾芯式回收裝置和大旋風(fēng)濾芯式二級(jí)回收裝置。工程機(jī)械產(chǎn)品的外觀涂裝顏色一般比較單一，多數(shù)均為兩種顏色。因此，選用單級(jí)濾芯式回收裝置有利于投資的減少及使用成本的降低，并減少每班結(jié)束后的粉房清理量。單級(jí)濾芯式回收裝置由以下部件組成：添粉裝置、旋轉(zhuǎn)篩（或震動(dòng)篩）、供粉桶、濾芯、風(fēng)機(jī)、終極濾芯等，如圖8所示（僅供參考）。
圖8 單級(jí)濾芯式粉房系統(tǒng)示意圖
由于穩(wěn)定的氣流從粉房四周的各個(gè)開口平穩(wěn)的吹入粉房內(nèi)部，最終將過噴的粉末一并帶入到回收組件，即阻止了粉末的外溢，也提高了粉末的回收效率；此外，粉房內(nèi)的粉末濃度必須低于粉末的爆炸極限。因此，粉房實(shí)際風(fēng)量大小的設(shè)計(jì)如下[4]：
（1）粉房排風(fēng)量計(jì)算式為：
Q1 ＝ 3600K·S·V
式中：Q1為粉房排風(fēng)量，m3/h；S為粉房所以開口處總面積，m2；K為粉房效率系數(shù)，取1.8-3.6；V為粉房靠扣除空氣流速，m/s，開口處吸入空氣的速度為0.4-0.7m/s。
（2）回收裝置的排風(fēng)量計(jì)算式為：
Q2 ＝ D/n·p
式中：Q2為回收裝置的排風(fēng)量，m3/h；D為粉末總噴出量，g/min；n為粉末涂覆效率；p為粉末爆炸的下限濃度，30g/m3。
所以，粉房的實(shí)際風(fēng)量Q≥Q1、Q2。自動(dòng)噴粉室開口處的風(fēng)速比手工噴粉室的高，以適應(yīng)多槍及供粉量大的噴涂，保證粉末不外溢及粉末濃度低于爆炸濃度約50％，在噴涂工件附近，其速度不大于0.3m/s，以減少氣流對(duì)噴霧形狀的破壞，保證有較高的沉積率[4]。
4. 粉末烘干爐的設(shè)計(jì)
一般粉末的成膜條件是工件溫度持續(xù)180-200℃的溫度下，才能固化成膜達(dá)到其性能指標(biāo)，否則將極大地降低粉末涂層的耐候性及其它性能。因此，粉末烘干的能耗較高，那么如何保證能源較高的利用率，以及保溫措施，將作為粉末烘干爐的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。
烘干爐一般分為三種形式，即箱式爐、隧道爐和橋式爐。橋式烘房進(jìn)、出口段熱空氣的密度較低，熱空氣上浮，冷空氣下沉從而能夠形成氣封，有效地阻止熱量的溢出和外界灰塵的進(jìn)[5]。烘干爐室體面板一般采用單元化的迷宮式公母槽插板結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場拼裝，為防止傳導(dǎo)造成的熱量損失，內(nèi)表面采用硅青銅氬氣保護(hù)焊，內(nèi)、外壁間填充纖維巖棉絕熱層（也有在保溫層之間填有一層10mm的硅酸鋁板進(jìn)行隔熱設(shè)計(jì)）；內(nèi)、外壁板側(cè)面拼接縫處、底、頂板拼接縫處均滿焊；溫控采用多點(diǎn)測溫、多點(diǎn)控溫方式，采用恒溫控制方式控溫。烘干爐有效溫區(qū)范圍內(nèi)工件表面溫度達(dá)到設(shè)定的工作溫度后，工件高度范圍內(nèi)上中下三點(diǎn)溫度偏差≤ ±5℃；烘道內(nèi)要保持微負(fù)壓，保證通道進(jìn)出口的熱量不外溢。
5. 粉末涂層表面的噴漆套色
工程機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品套色工藝已經(jīng)逐漸被不干膠標(biāo)識(shí)粘貼所替代，原因是套色成本高，工序復(fù)雜，又容易造成二次涂裝缺陷，但是，為了提升整機(jī)外觀的美觀性，個(gè)別產(chǎn)品仍保留噴漆套色工藝。粉末涂層在噴漆套色時(shí)，有如下兩種處理方法：
a、噴漆套色表面應(yīng)使用240#砂紙進(jìn)行全面打磨，保證涂層具有粗糙表面，清灰后噴漆，然后可自然晾干或烘干；
b、噴漆套色表面如不打磨，可以直接噴漆，但是油漆必須在70-90℃的烘干環(huán)境中；如果不進(jìn)行以上的工藝操作，而是在粉末涂層表面正常噴漆后自然干燥，涂層之間附著力會(huì)非常差。
6. 總結(jié)語
對(duì)于工程機(jī)械行業(yè)，粉末涂裝技術(shù)作為一種新型的環(huán)保技術(shù)，是綠色制作技術(shù)重要表現(xiàn)形式之一，有極高的推廣價(jià)值。國內(nèi)部分大型工程機(jī)械制造商不僅在主機(jī)廠大范圍的采用粉末噴涂技術(shù)，而且已要求多數(shù)外協(xié)合作商推廣使用粉末噴涂工藝，其良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到大家的認(rèn)可。目前，粉末涂裝工藝在工程機(jī)械的應(yīng)用范圍，主要集中在薄板件及管件。如何將粉末噴涂技術(shù)推廣至中厚板件上，是未來需要深入研究的課題，其中卡特彼勒、徐工集團(tuán)等企業(yè)均開始了粉末涂裝在中厚板上的應(yīng)用，并積攢了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)，也必將為粉末噴涂技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的快速發(fā)展提供助力。
本刊是國內(nèi)涂裝行業(yè)惟一的國家級(jí)期刊，是國內(nèi)涂裝報(bào)道量最大的科技期刊，已是各行業(yè)涂裝工程師交流首選技術(shù)平臺(tái)。
本刊注重涂料涂裝一體化報(bào)道，讓涂料涂裝工程師相互了解，涂料涂裝上下游共同配合，實(shí)現(xiàn)完美涂層！
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