浸入角度對異型工件表面浸涂質(zhì)量的影響

馬仲奎

（貴州省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院，貴州 貴陽550003）

不同形狀尺寸、材質(zhì)的工件產(chǎn)品大到車輛覆蓋件，小到日常生活用品，為了達(dá)到產(chǎn)品的使用性能和外觀環(huán)保要求，必將對制品采取各種不同的表面工藝處理。這些工藝包含：靜電噴涂、電泳涂漆、粉末噴涂及浸涂、噴塑乃至人工刷涂等技術(shù)，統(tǒng)稱為涂裝。各種表面涂裝工藝的目的都是使加工的成制品表面覆蓋保護(hù)層或裝飾層。為了保證產(chǎn)品品質(zhì)，在此工藝中，人們十分重視工件前處理工序（如：打磨→流平→干燥或固化；鍍、涂、浸、刷涂液的原材料成份配方比例；濃度、溫度、生產(chǎn)線速度），并作大量試驗(yàn)研究[1]，然而對工件運(yùn)動軌跡對品質(zhì)的影響少有報(bào)導(dǎo)。本文根據(jù)筆者的生產(chǎn)實(shí)踐以不同形狀尺寸的異型表面工件為例，分析機(jī)械浸涂運(yùn)動軌跡對工件質(zhì)量的影響。

1 產(chǎn)品種類特征及工藝特點(diǎn)

圖1是部份代表產(chǎn)品外形圖。圖中（a）為圓盤形件，其特征是產(chǎn)品直徑與高度比值大于10以上（d/h≥10）；（b）為碗形件，即直徑與高度比值在1~2范圍；（c）是盒形、方形或多邊形，特征與（b）類似，不同之處是外形不是圓形而是異形。β為盤壁與盤底的夾角。

圖1 部份代表產(chǎn)品外形圖

以上產(chǎn)品材質(zhì)為可完全降解純天然稻殼，稻殼可降解材料是一種理想的新型包裝材料，無毒無害，防水防油，可用于微波爐。使用性能要求無變形、無起皮起皺、無滲漏，耐熱90~110℃，高度變化≦1.5mm.

產(chǎn)品還具有質(zhì)輕，易加工成形，價(jià)格低廉；物理性能好，強(qiáng)度高，阻隔性強(qiáng)；化學(xué)穩(wěn)定性好，防銹蝕；自然條件下微生物降解速度快；易于配合各種新的加工技術(shù)對表面裝飾的處理；其獨(dú)特的冷成型加工工藝簡單、加工成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以加工成盤、碗、盒、杯等各種包裝物品以及能根據(jù)被包裝物形狀加工成仿形包裝件，適用于特殊軍工零件的內(nèi)層包裝。

工藝特點(diǎn)是冷成型加工工藝，該工藝過程簡單，耗能低，加工成本低，加工過程中不產(chǎn)生污染。其生產(chǎn)工藝過程為：原料→粉碎→配方→混料→軋片→成型→減濕→浸涂→烘干→消毒→包裝。

2 異型表面浸涂運(yùn)動軌跡對工件質(zhì)量的影響

2.1 浸涂工藝與浸液

浸涂是一種用浸漬達(dá)到涂裝目的的施工方法。其操作是將被涂物全部浸沒在浸液中，待各部位都沾上液體后將被涂物提起離開浸液，自然或強(qiáng)制地使多余的液體滴回到浸液槽內(nèi)，經(jīng)干燥后在被涂物表面形成涂膜。浸涂分手工浸涂和機(jī)械浸涂，手工浸涂用于間歇式小批量生產(chǎn)；機(jī)械浸涂用于連續(xù)式批量生產(chǎn)的流水線上。在常規(guī)浸涂工藝中，無論手工浸涂或機(jī)械化浸涂其浸涂工件運(yùn)動軌跡都是將工件懸吊，垂直浸入液池中，手工浸涂隔一定時(shí)間后取出工件；機(jī)械浸涂是將工件夾持在批量生產(chǎn)的流水線工裝上，流水線按設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)運(yùn)行，自動提升后進(jìn)入干燥。

過去，稻殼制品常用骨膠和聚乙烯淋膜作表面防油防水劑，使制品只能耐低溫，在120℃以上的油溫，幾分鐘之內(nèi)餐具就會發(fā)生滲漏；同時(shí)聚乙烯淋膜不能降解，影響了稻殼制品的降解性能。現(xiàn)在，稻殼餐具選用防油防水劑需滿足無毒、可降解、耐高溫3個(gè)條件。實(shí)踐表明，一種稱為VAE的共聚乳液經(jīng)稀釋改性后能較好滿足上述3個(gè)條件，除無毒和耐高溫、防油水滲透外，VAE的最大好處是在吸水后，體積脹大，使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而可自行降解。而制作稻殼餐具時(shí)，只需在成形后，在內(nèi)外表面上浸涂一層很薄的（約0.05~0.1 mm厚）改性VAE層，即可起到防潮和防水防油滲透的作用[2]。

2.2 不同表面浸涂運(yùn)動軌跡分析

浸涂工件運(yùn)動軌跡不僅在自動化浸涂流水線需要認(rèn)真分析，手工浸涂也不可忽視。工件的運(yùn)動軌跡包含工件入液傾角、運(yùn)行軌道、工件出液傾角和在浸涂運(yùn)動中工件的偏轉(zhuǎn)角各參數(shù)。圖2所示為圓盤形零件浸涂裝置工件運(yùn)動軌跡示意圖。

圖2 浸涂裝置及工件運(yùn)動軌跡示意圖

如圖2所示，工件由預(yù)干爐9進(jìn)入接件板8與導(dǎo)向槽7之間的空間沿接件板進(jìn)浸涂（漆）槽4液池中，在設(shè)置一定濃度、溫度、生產(chǎn)線速度下運(yùn)行提升、滴漆，再進(jìn)入干燥爐1.此件系典型的盤形件（見圖1a），特征是產(chǎn)品直徑與高度比d/h≥ 10；機(jī)身6上安裝了變頻調(diào)速減速機(jī)2和輸送鏈5將工件傳輸進(jìn)入干燥爐1.

（1）盤形件的浸入角度α（見圖2），即浸涂槽接件板與水平面的夾角，該夾角取決于盤壁與盤底的夾角 β（見圖 1）.浸入角度 α 按 α =180°-β 計(jì)算。工件正置，在滿足該式時(shí)浸涂槽的漆液可以均勻地從工件開始點(diǎn)向最終點(diǎn)漸漸浸勻而無氣泡，否則會在盤壁與盤底處產(chǎn)生氣泡。工件是大批量傳送，日產(chǎn)12萬件，導(dǎo)向槽與工件間輸送無障礙。在工件提升、滴漆段是通過盤壁外流，故工件出液傾角應(yīng)大于浸入角度 3~5°.

（2）碗形件的直徑與高度比值在1~2范圍，直徑與高度接近，工件倒置，浸入角度α=180-β≥ 45°.此時(shí)工件浸漆時(shí)液面均勻沿碗形壁漸漸浸勻而無氣泡，直至浸滿整個(gè)碗型體內(nèi)外表面。由于工件倒置出液傾角不限，易于滴干殘留漆液而無積漆。

（3）方形、矩形或多邊盒形，特征與碗形件類似，不同之處是外形不是圓形而是異形。參數(shù)設(shè)計(jì)與碗形件相同。不同之處是盒形工件的直壁可以為90°，浸入角度取45°.

（4）大型特殊件，所謂大型特殊件是指出于特種包裝需要，根據(jù)被包裝物形狀加工成仿形包裝件，適用于特殊軍工零件的內(nèi)層包裝。工藝特點(diǎn)是冷成型加工工藝，工藝過程簡單。此類零件在使用模具成型的工件預(yù)干后浸入漆池中要將工件除水平移動外還要將工件沿豎直方向左右旋轉(zhuǎn)。一般來說該類產(chǎn)品都不是大批量生產(chǎn)，手工操作可控制質(zhì)量。

2.3 結(jié)果與討論

產(chǎn)品是由稻殼原料經(jīng)粉碎磨成超細(xì)粉后，與植物型、水溶性粘合劑混合制成基材，經(jīng)冷壓成型，再通過浸涂工藝使其表面均勻覆蓋具有防水放油的保護(hù)層而制成的包裝材料。由于稻殼具有大量的孔洞結(jié)構(gòu)，且稻殼中的二氧化硅與木質(zhì)素、纖維素間存在著較強(qiáng)的共價(jià)鍵作用，表面羥基多，增強(qiáng)了與離子或有機(jī)物的相互作用，從而使稻殼具有了良好的潤濕性[3]，通過浸涂工藝使其表面能夠快速形成一定厚度的涂層。因此，本文采用的浸涂工藝主要解決涂層的厚薄均勻度和涂層厚度。而影響產(chǎn)品涂層厚薄均勻度和涂層厚度的主要因素有：浸入和出液傾角以及機(jī)械運(yùn)行速度。浸入和出液傾角主要解決產(chǎn)品涂層的厚薄均勻度，不留死角，使涂層均勻覆蓋；機(jī)械運(yùn)行速度主要控制產(chǎn)品在浸液中的滯留時(shí)間，從而控制涂層厚度，使其防水放油性能滿足使用要求。

按照提出的浸入和出液傾角，設(shè)計(jì)制作的浸涂工藝裝置，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)際，較好地解決了產(chǎn)品涂層的厚薄均勻度，同時(shí)通過變頻調(diào)速控制機(jī)械運(yùn)行速度，使產(chǎn)品涂層質(zhì)量達(dá)到了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。不足之處在于：

（1）在現(xiàn)場工藝實(shí)踐中，浸入和出液傾角設(shè)計(jì)大多依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，較少采用先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，進(jìn)行運(yùn)行軌跡的動態(tài)模擬，選擇最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)。

（2）為滿足不同規(guī)格型號產(chǎn)品的浸入和出液傾角而設(shè)計(jì)的傳送裝置不能柔性化，每一種產(chǎn)品必須單獨(dú)制作相應(yīng)的傳送裝置，給生產(chǎn)管理帶來不便，因此，此浸涂工藝裝置適合于規(guī)格固定、大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。

3 結(jié)束語

針對浸涂運(yùn)動軌跡分析，從實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品入手，提出了確保浸涂工藝質(zhì)量的方法，對于復(fù)雜零件工件確定入、出液傾角有參考價(jià)值。對于浸涂工藝，也存在著如該法只能用于顏色一致的涂裝，不能套色，且被涂物上下部的涂膜厚薄不均勻，溶劑揮發(fā)量大，易污染環(huán)境，涂料的損耗率較大等不足，但從工藝簡單的角度，加之科學(xué)技術(shù)向前發(fā)展，技術(shù)水平也不斷提高，浸涂工藝仍然是一種有應(yīng)用前景的表面技術(shù)。

[1]尹太宏.波導(dǎo)外表面浸涂DJB-823后的涂裝工藝研究[J].表面技術(shù)，1998，（2）：20-23.

[2]戴宏民，戴佩華.發(fā)泡植物纖維制品關(guān)鍵工藝技術(shù)研討[J].包裝工程，2014，（2）：31-34.

[3]李小兵，劉 瑩.材料表面潤濕性的控制與制備技術(shù)[J].材料工程，2008，（4）:74-80.