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)品最大的特點是多品種、多規(guī)格搭配使用，為滿足需求生產(chǎn)過程中通常采用多規(guī)格共線生產(chǎn)的模式。給各工序生產(chǎn)帶來不小的困擾，輕則降低效率，重則帶來質(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，對各規(guī)格管件的PU涂層噴涂生產(chǎn)問題進行了梳理，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題

通常承接小批量PU涂層的訂單時，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，每個管件既需要噴涂內(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噴涂過程中，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)，且在噴涂過程中工件固定在一個工位，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

通過在實踐中探索，為方便組織批量噴涂生產(chǎn)，將噴涂工藝過程、每個環(huán)節(jié)的工藝要求細化，對每道工序的工藝參數(shù)進行固化，分工序控制過程產(chǎn)品質(zhì)量，確保順利生產(chǎn)。工藝流程為：毛坯表面打磨→精細拋丸→預(yù)熱（40～80 ℃）→噴涂。

以上工序需逐一檢驗，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)格把好進貨檢驗關(guān)，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋給上道工序，處理后再流轉(zhuǎn)。否則一個工序的不合格導(dǎo)致后續(xù)工作全無效。

毛坯表面處理必須確保表面輪廓清晰、完整，為精細拋丸打下基礎(chǔ)，是精細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 工序檢驗合格的毛坯

經(jīng)精細拋丸表面粗糙度達到要求后可進入預(yù)熱工序，預(yù)熱須保證烘烤房的溫度、烘烤時間，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)熱達到表面溫度后還要保證達到烘烤時間，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)，同時讓噴涂操作有足夠的時間進行。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題。為確保檢驗狀態(tài)明確，在上述工序中工件建立流轉(zhuǎn)質(zhì)量驗收單，每道工序驗收后簽字方可流轉(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，噴涂要重點保證噴涂的效率和噴涂均勻性。噴涂是跟時間賽跑，必須在工件烘烤達到工藝溫度后，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、外表面各個部位均勻噴涂，是比較難的。尤其要實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，多規(guī)格快速切換，就必須考慮噴涂裝備，采用機械化是必要條件。

通過噴涂裝備機械化，使工件在回轉(zhuǎn)狀態(tài)下實施噴涂，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。機械化噴涂效率更高、涂層厚度更穩(wěn)定，且因噴涂過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，要實現(xiàn)機械化回轉(zhuǎn)噴涂，須將工件分類，分別設(shè)計相應(yīng)的回轉(zhuǎn)式裝備，通過將工件在回轉(zhuǎn)過程中噴涂，實現(xiàn)噴涂均勻、連續(xù)、高效。

3 噴涂工裝選型設(shè)計

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、細長類三大類分別進行噴涂方案設(shè)計。

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，長徑比大于1以上，內(nèi)壁和外壁皆需要噴涂，長徑比大于1時更需要噴槍從兩頭分別伸進內(nèi)腔進行噴涂。

該類管件噴涂時需要工件在回轉(zhuǎn)的同時要留出噴槍的活動空間，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，托輪裝置帶無級變速驅(qū)動機構(gòu)，實現(xiàn)工件均勻回轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)控制機構(gòu)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速達到噴涂所要求的轉(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）噴槍運動方式。當(dāng)噴涂工件外表時，工人站在工件外側(cè)，保持噴嘴與工件之間一定的距離，固定在一個高度，即可實現(xiàn)對管件圓周表面進行噴涂，當(dāng)需要噴涂管件內(nèi)壁時，噴槍伸入工件內(nèi)壁進行噴涂即可。噴涂過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，直到涂層表干后，停機卸下工件[4]。

對于長徑比為1左右的工件可以手持噴槍從工件內(nèi)孔一端伸進去噴涂完全程，對于內(nèi)壁長度大于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間，可以采用2把槍，同時從工件兩頭進行噴涂，縮短時間，如圖6所示。

圖6 兩頭對噴

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，通過設(shè)備帶動工件勻速旋轉(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)時穩(wěn)固，不致于晃動影響噴涂，并可避免在回轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動影響涂層均勻性，如圖8所示，噴涂時管件的外壁、內(nèi)壁均可從一頭進行噴涂。

圖8 彎頭類管件懸臂式裝卡噴涂

3.3 細長管件

除以上兩種外，還有一種常見的細長工件，且規(guī)格較小，小于DN500以下的規(guī)格通常手工普通噴槍無法伸進管件內(nèi)孔進行噴涂，如果長徑比大于2，達到3甚至4的工件，其噴涂難度就更大。如圖9所示，對上述這類DN200～DN500規(guī)格、長徑比大于2以上的工件，采用以下方法實現(xiàn)回轉(zhuǎn)噴涂：

圖9 細長管件

1）回轉(zhuǎn)方式。仍然采用本文第一種方案來實現(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，且不停回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對內(nèi)壁均勻噴涂。如圖11所示，通過一根細長桿支撐，讓旋轉(zhuǎn)式噴頭伸進細長工件內(nèi)壁進行噴涂，噴涂過程需調(diào)整好噴頭進給機構(gòu)移動速度，通過工件勻速回轉(zhuǎn)，噴槍均勻移動，實現(xiàn)工件內(nèi)璧噴涂[5]。

4 結(jié)語

綜合分析管件的特點，找出其內(nèi)在的規(guī)律，按長徑比、大小規(guī)格分類，分別設(shè)計不同的噴涂工裝，可確保實現(xiàn)回轉(zhuǎn)式噴涂PU涂層，通過裝備改進確保噴涂工藝要求得到落實，且通過采用專用裝備來實現(xiàn)效率提升、質(zhì)量穩(wěn)定，實現(xiàn)管件產(chǎn)品批量化噴涂。噴涂后，對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)計可通過管件工廠自行設(shè)計、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，以此提升管件加工裝備的自動化水平，促進管件行業(yè)的發(fā)展。

圖10 旋轉(zhuǎn)噴杯