軸類零部件噴涂工藝

陳建華，顏吉崟，王丹波

（1.上海市機電設計研究院有限公司，上海 200000；2.上海汽車股份有限公司商用車技術中心，上海 200000）

前言

隨著中國改革開放不斷發展至今，人民收入得到顯著提升，其對于汽車的需求量也日益增大。龐大的需求帶動了整個汽車行業及其上下游產業蓬勃發展。近年來實體經濟增速放緩，許多傳統產業增長成停滯狀態，機械制造中，唯有汽車相關產業一枝獨秀，持續保持高增長。零部件作為汽車相關產業收到需求的帶動，擴張十分迅速。由于防腐以及美觀的需求，零部件加工工藝離不開涂裝。而涂裝車間往往設備復雜，投資額大以及運營成本較高，涂裝質量對產品整體質量影響重大，各種涂裝工藝大相徑庭，涂裝工藝的選擇通常決定了整個生產基地的投資額以及今后的生產成本。

文章介紹的Ω式經典噴漆室其具有投資成本低，上漆率高，設備占地面積小，運維便捷，高產量等特點，可極大的降低軸類零部件生產成本以及新生產基地的投資額，成為軸類零部件涂裝工藝的首選。

1 各類常用噴涂工藝比較

1.1 電泳涂裝

電泳涂裝工藝常用于汽車整車以及具有復雜結構的零部件如地盤、車架等制造基地。其具有以下幾個優勢：上漆率接近 100%，極大地降低了化學品用量；成膜質量好，膜厚可較精確的控制；防腐蝕能力好；產生污染較小；全自動連續生產，降低人工成本。但是其也有非常大的局限性，其投資成本極高，能耗較大，并且生產過程中無法換色，對于產量不穩定的生產線也不適用。

對于軸類零部件如果能夠保證穩定的銷量，采用電泳工藝理論上是可行的，但是限制于一次投入成本巨大，同時若工件上存在聯軸器等不需上漆的部件，將會導致內部油漆急劇，影響產品質量。

圖1 陰極電泳涂裝

1.2 傳統噴涂與機器人噴涂

傳統噴涂通常用于對質量要求不高，結構簡單的部件。其設備簡單，運維成本低，同時上漆率較低，對于部分部件可能需要人工對局部進行補漆，可用于各種不同產量的生產需求，換漆成本也較低。其具體種類包括噴粉，噴漆以及靜電噴漆等。但是對于軸類零部件而言，選用此類噴涂，其上漆率極低，生產成本較高，同時針對軸類部件需要布置更多的噴槍以及輸送機構[2]。

圖2 靜電噴涂

機器人噴涂通常用于汽車整車以及部分較為復雜的零部件等，其成膜質量好，可以應對較為復雜的零部件表面，對于各種產量情況均可以適應，但與上述普通噴漆而言存在同樣的問題，以及其建造投資成本也十分高，零部件生產商通常無法承擔如此高的建造成本以及隨之而來的高昂維護費。

圖3 機器人噴涂

1.3 Ω式靜電噴房

所謂Ω式靜電噴房實際為傳統噴房變種，但不同于傳統噴漆室使用的靜電噴槍，取而代之的是噴漆旋碟，其通過高速旋轉可以將漆末均勻地向旋碟四周擴散，同時旋碟還具備升降功能，在生產過程中通過不斷往復升降以及旋轉，均勻地將帶靜電的漆末灑向噴漆設備四周。通過對輸送鏈以及噴漆室的設計，將工件運行方向以Ω型包圍旋碟，同時可在輸送鏈頂部制作自轉排，可以使得工件在噴漆區域的形成轉速均勻的自轉，至于能夠極大的提高油漆上漆率以及噴漆質量。

該設備在軸類設備各種涂裝設備中具有極高的性價比，其能夠保證工件表面油漆膜厚均勻，質量良好，同時油漆耗量較低，設備占地、投資也較低。適用于各種同類產品制造企業，設備結構簡單，維護成本低。對于軸類產品局部復雜結構，需要配合一定程度的補漆工作量，但是綜合成本以及質量都能夠得到非常好的控制。

圖4 Ω型靜電噴涂設備

2 Ω式靜電旋碟設備詳解

Ω式靜電旋碟設備類似于常規靜電噴涂系統，其主要設備包括：輸調漆設備、靜電發生器、往復升降機以及噴漆旋碟和控制系統等[1]。我司在上海某零部件制造基地選用的是雙組分水性噴漆旋碟系統（DISK），其系統示意如下：

圖5 機器人噴涂

2.1 噴漆旋碟

系統選用G 型旋碟（GEAR DISK），旋碟的外延有無數齒口，在旋碟高速旋轉時，其離心力使漆料通過圓盤周邊齒口成均勻霧狀，向四周噴射，在離心力和高壓電荷的作用下，涂料形成微粒化，在噴漆室內分布均勻。由于涂料粒子十分細微，自重輕，同時，顆粒帶有（-）極的高壓電荷，極易被吸引到帶有（+）極電荷（有時工件為0電位）的工件上去，涂料的涂著效率大大提高（在正常的生產條件下，涂著效率為80%以上）并使工件的涂膜均勻。噴涂效率已超過機器人旋杯系統。

2.2 高壓發生器

我公司已完成的項目，其高壓發生器采用進口蘭氏傳統外置式高壓發生器，最大輸出電壓可達100KV，最大輸出電流可達2500μA，靜電效果更優異，涂著效率更高。采用“油浸式”高壓發生器，設備故障率極低，更容易維護保養。高壓通過控制柜上的高壓控制器來顯示和調整大小，操作簡單方便。

2.3 保護系統

與高壓發生器配套使用的防火花裝置。安全保護裝置是一個噴涂環境內高壓電流的監視裝置。當設備初始噴涂實驗時，按規定程序可在安全保護裝置上設定一個安全電流值。當工件在高壓環境內接受噴涂時，保護裝置將頻繁測量噴涂過程中的高壓電流，并頻繁地與設定的安全電流值進行比較，一旦噴涂過程中的高壓電流超過設定的安全電流值，保護裝置將將立即發出信號給主控制系統（響應時間8ms），切斷整機的電流，而只有在查找出高壓電流偏高的原因并采取措施后，才能恢復設備運轉，確保不發生電流過大引起的安全事故。

2.4 升降往復機

升降電機電機帶有減速機構及檢測行程編碼器，實時將噴槍位置脈沖反饋至控制系統進行噴涂行程控制，噴槍滑塊和配重滑塊分別裝有兩條導軌，共四條導軌支撐整個運動機構。同時使用變頻控制系統，升降機往復速度可在控制范圍內任意調整，升降機行程分八段控制，每一段的速度可以單獨調整控制，對工件表面的噴涂更容易控制，節省油漆、提高產品質量。配置配重機構可保證在設備故障時旋碟不會瞬間失重，有效的保證噴槍平穩下滑，同時保證在噴頭上升或下降運行時，電機的工作電流變化平穩，增加電機壽命，其中配重可以根據旋碟的負荷適當調整，以保證設備的運行平穩。

2.5 輸調漆系統

輸調漆系統采用高壓齒輪泵將油漆輸送至旋碟，齒輪泵內部包含兩個完全相同的齒輪在一個密閉腔體內相互嚙合旋轉，齒輪的外牙與腔體緊密連接，而處在兩個齒輪之間的油漆受到擠壓，輸送至噴漆旋碟。

通過變頻改變驅動馬達的轉速，帶動齒輪泵的旋轉速度變化，從而改變了齒輪泵的吐出量。可根據膜厚要求調整所需的吐出量。

3 相關配套設備

3.1 循環風系統

在Ω噴漆系統中，循環風要求在室體內部均勻的沉降向下，風場均勻，目的是為了防止旋碟噴出未附在工件上的部分可以被室體底部的過濾器捕捉，以保護噴漆室內部環境。其基本形式如下：

圖6 機器人噴涂

上圖為我司于上海某零部件項目設計的噴漆室排風系統，如圖所示，送風和排風按照仿形布置，最大程度的形成噴漆室局部均勻沉降風場，可保證漆霧在噴漆室內分布均勻，使得工件上漆上漆膜更均勻，同時可減少漆膜飛揚至噴漆室外部，影響周邊環境。

此外，循環風系統內需要安裝溫度、濕度控制設備，確保噴漆室內空氣濕度一直處于適中水平。經過空氣處理設備的風一同送入噴漆室內，起到調節噴漆室內部溫度以及濕度的功能。

此外，為配合循環風以及上漆質量，噴漆區壁板設計需要與各方向的軌道距離一致，以保證循環風沉降更均勻。

3.2 輸送鏈系統

如圖6所示，輸送鏈布置圍繞噴漆旋碟中心進行布置，輸送鏈可選擇傳統的懸掛鏈即可，同時在噴漆段輸送鏈可安裝自轉輥子排，使得工件圍繞噴漆旋碟公轉的同時，還能夠保持不停地自轉，項目中工件在噴漆段自轉圈數為10.5圈，確保工件各個表面膜厚均勻。

4 Ω噴涂系統的應用案例

本節主要介紹我們運用上述系統為上海某知名軸類汽車零部件制造商所設計制造的噴涂系統的實際案例。

噴涂系統采用的是進口蘭氏噴涂系統，該項目甲方工件尺寸為500mmx2500mm(直徑X長度)，工件質量為30kg/掛，最大噴涂面積為0.5㎡/根，輸送鏈工藝速度為1.2m/min，調節范圍是0.8-2m/min，吊掛間隔距離為306.4mm。涂料供應商為MANKIEWICZ公司。

我們采用的旋碟配有超低音降噪軸承，在高速旋轉下可以保證平穩無噪音，旋碟直徑為10寸，吐出量為800ml/min，采用的是空氣渦輪高速馬達，空載轉速達到40000rpm，空氣消耗量為0.8Nm3/min。

為保證噴涂所用壓縮空氣潔凈，我們為噴漆室的壓縮空氣氣源配備了高精度的過濾器以及壓縮空氣冷干機，確保壓縮空氣達到一級標準。

系統Ω噴房凈尺寸為3300mmx2520mmx4590mm(寬x長x高)，我們為噴漆室配備了Ω型輸送鏈，以及送排風系統。

噴漆室我們配置了一臺送風風機，一臺排風風機。同時為保證陰雨天氣，噴漆室內部濕度得到有效控制，我們配置了一臺濕度控制器。穩定室內相對濕度低于80%。送風風機風量為 7490m3/h，排風風機風量為 5200m3/h，采用上送下吸均勻布置的方式。噴漆區域沉降風速為0.25m/s，同時室內保證微負壓狀態，防止噴漆區域內的漆霧飄至外部。

我們為Ω段的輸送鏈配置了工件自轉棍子排，確保工件在噴漆區域自轉12圈以上，確保工件各表面漆膜厚度均勻。從后期實際生產情況而言，使用效果良好，達到了各項設計初衷，實測工件表面漆膜厚度基本一致，未出現過流掛或者縮孔等瑕疵。同時系統穩定，故障率極低，實際設備開動率>97%。

5 結語

綜上所述，對于類或外形類似的工件，采用Ω式靜電噴涂系統可以最大限度的降低設備投資成本以及降低化學品用量，降低生產成本。同時，該噴器設備以及配套設備結構簡單，維護方便，較于同類噴器設備其無論在噴涂質量、上漆率、生產成本、維護成本、投資成本以及配件更換頻率和價格都具有較大優勢，是同類零部件涂裝工藝的首選。

[1] 顧振湘.Ω形靜電噴涂技術.新技術新工藝,1985(3):32-34.

[2] 李紅生,王文麗.靜電噴涂技術的應用.涂料涂裝與電鍍,2004(4):33-35.