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            《新》铝型材立式静电喷漆新工艺

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            作者:admin | 时间:2016-1-27 16:41:37 | 阅读:2926 次

            原文:叶均明 

            联德(广州)机械有限公司

            摘要:本论文涉及一种喷涂工艺,特别涉及一种矩阵静电喷枪组立式喷涂工艺。是一种通过喷枪或碟式雾化器,借助于压力或离心力,分散成均匀而微细的雾滴,施涂于被涂物表面的涂装方法。

            现在的铝型材氟碳喷涂方法主要有卧式喷涂方法与Ω立式喷涂(或者称为Ω立式圆盘喷涂)方法,卧式喷涂方法虽然工件喷涂表面质量高,但生产效率低、需要补喷,喷涂中容易造成“W”现象即喷漆不均匀、上漆率较低等缺点;相对于卧式喷涂,Ω立式喷涂虽然生产效率较高,但其喷涂后容易造成金属发黑的现象,影响工件的整体外观,工件吊挂行程高,工件凹位补喷难及在工件的凸出部分会产生漆的流挂现象,影响工件外观等缺点。

            本论文主要讲述的是针对卧式和Ω立式圆盘喷涂方法质量与效率的特点及结合其优缺点,开发出一种全新的涂装喷漆工艺,使其达到生产效率高而且喷涂表面质量同时可以提高的方法,本文讲述的立式静电喷漆新工艺是在其目的上经过多次试验及生产已得到验证。

            本文简单阐述了该立式喷涂新工艺以外,还对其涂装机自动系统的配置作了部分说明,及从经济角度对该新工艺在生产过程中的经济效益进行了举例说明。

            关键词:静电喷枪组  立式涂装工艺  涂装质量 无需人工补喷 铝型材 氟碳涂料等

                第一章     绪论

            1.1  铝型材氟碳静电喷涂在国内外的发展状况   

                (1)  国外发展状况

            铝型材氟碳喷涂技术主要是应用于建筑业,最早由美国ELfAfochem公司1964年首创的,该氟碳漆就是指聚偏二氟乙烯树脂占树脂成分70%以上的油漆,简称KYNAR500。自1965年开始制造KYNAR500树脂以来,世界上很多宏伟建筑物的铝型材/铝板皆采用该树脂进行表面处理,包括一些著名的建筑物,如在美国亚特兰大市的TajMahal,费城Mell银行中心,香港上海汇丰银行等,该涂料树脂已被证实能够抵抗酸雨、空气污染物、紫外线及极冷极热的气温,同时它还是具有优良的防污垢积聚的能力,所以备受青睐。

            氟碳涂料自用于建筑业以来,就建立了相应的建材涂料授权制度,使用单位购买氟碳涂料,必须通过供应商严格的检测标准,包括工艺及设备;其喷涂的氟碳铝材产品质量要达到美国铝业协会AAMA605.2氟碳喷涂成品涂层性能标准。

            在国外,上世纪40年代静电喷涂工艺首次应用于工业,到1950年出现了第一支旋盆式静电喷枪,它首次使涂装效率可能提高到95%,是世界涂装史上的一次重大突破,其涂装方式最早为手动静电喷涂方法,其后由于市场需求增大,后出现了卧式喷涂方式(包含静电喷枪和静电旋杯的发展)和立式Ω喷涂方式。

            (2)  国内发展现状

            90年代中后期, 氟碳涂装铝单板及氟碳建筑铝型材开始在中国起步,92-96年为起步期,97-2003年为高速发展期,一直延续至今。其喷涂方法主要为卧式自动喷涂工艺,自该氟碳涂装工艺开始在中国应用成熟后,鉴于国外VOC减排压力及生产成本竞争力下降因数,国外氟碳生产慢慢转移至中国生产及采购,从而加速了中国的铝型材产能有了量的飞跃,产能的增加同时也带动了部分企业开始想法设法提高生产效率。这时立式Ω喷涂方式开始从美国引入中国,但因为中国的氟碳喷涂大多为银色铝粉漆,而Ω喷涂主要靠涂料通过碟式雾化器离心雾化后再通过静电场的作用将涂料吸附到工件表面,喷涂的工件表面氟碳涂层金属质感及光亮度比不上卧式静电喷枪,而且人工补喷难度大。所以该涂装方式得不到大力的推广应用。

            直到目前的铝型材氟碳立式静电喷涂新工艺的出现,国内自动涂装系统的研制已取得突破性进展,填补了国内外空白。2009年,由联德(广州)机械有限公司研究开发的立式排枪组式自动喷涂系统生产线的投产应用,结束了以上两种模式的喷涂缺陷,改变了其生产工艺,提高了生产效率及涂装质量,上漆率提高还无需人工补喷,意义重大。

            1.2  论文来源

            2009年9月,联德(广州)机械有限公司承担了佛山坚美型材有限公司型材立式喷涂生产自动涂装线的建设工作,该项目是立式静电排枪自动涂装系统在型材涂装行业中的第一次应用。该项目经过PPG、VALSPAR在联德兰氏实验室前后三次的喷涂对比测试,都体现了很好的生产线投入使用价值。

            本项目旨在完成对本项目中铝型材立式静电喷枪自动涂装设备应用在立式铝型材氟碳喷涂上的新工艺研究与开发。

            第二章  立式排枪式自动涂装系统介绍

            2.1.  喷涂工艺流程简介

            卧式铝型材静电喷枪氟碳喷涂生产线工艺流程:工件上线→前处理→自动静电喷底漆(静电喷枪或旋杯)→ 底漆流平→ 自动静电喷面漆(静电喷枪)→ 面漆流平 →  自动静电喷罩光漆(静电喷枪)  → 罩光漆流平→ 固化→ 自然冷却 → 工件下线(如图一)

            图一

            立式铝型材Ω旋碟氟碳喷涂生产线工艺流程:工件上线→前处理→自动静电喷底漆(Ω旋碟)→ 底漆流平→ 自动静电喷面漆(Ω旋碟)→ 面漆流平 →  自动静电喷罩光漆(Ω旋碟) → 罩光漆流平→ 烘干→ 自然冷却 → 工件下线(如图二)。

            图二

            矩阵立式静电喷枪组式铝型材氟碳喷涂生产线工艺流程:工件上线→前处理→自动静电喷底漆(Ω旋碟)→ 底漆流平→ 自动静电喷面漆(静电喷枪)→ 面漆流平 →  自动静电喷罩光漆(静电喷枪) → 罩光漆流平→ 烘干→ 自然冷却 → 工件下线(如图三)。

            图三

            2.2 系统配置介绍

            铝型材静电喷涂本身存在周边强电场及死角静电屏蔽的影响,由于静电喷碟受高电压磁场的引力作用,如此薄的底漆涂层,要求较高面漆膜层,如何保证其油漆的高雾化性能,并使覆盖的涂层漆膜均一性,尤其是7.0米长工件,上下漆膜厚度的一致性。喷碟旋转速度、喷枪的雾化效果、升降机速度、高行程上下油漆均量吐出,都非常重要,我们必须保证所选择的喷具能有效地提高其产品质量,油漆的利用率及生产效率。

              铝型材氟碳喷涂工艺中,一般喷涂要求底漆膜厚d=6-8μ,底涂较薄,而目的主要是提高涂层的附着力,底涂膜层的均匀性也直接影响到整个涂层的质量和附着力。

            所以,从产量、质量及投入成本的角度考虑,在底涂位置选用全自动Ω静电喷碟,喷碟只能靠旋碟离心雾化后再靠静电效果将油漆吸附到工件表面,雾化效果好,一次性投入成本偏低,虽然喷涂表面质量没有喷枪光亮,但对于底涂只追求附着效率而言比较适合。

            面涂和罩光漆涂层是表现其氟碳喷涂产品的装饰性,膜层的均匀性会直接影响到整个涂层的质量,对颜色及色差要求严格、光泽要求较高。面漆和罩光漆工位采用矩阵立式静电喷枪组方式配置乃本论文的新工艺,也是本文重点讲述的内容。

            面漆和罩光喷漆工序配备各两台有效行程为8米高的往复升降机,设备系统充分考虑技术的先进性,满足铝型材氟碳喷涂的高效率和表面涂装高质量的需要,确保涂装工艺及各项技术参数的完成。实现标准铝型材及一般异型铝材的氟碳喷涂,必须立足于全部的喷涂靠全自动静电喷涂来完成,无需人工补喷。同时,生产线还要达到降低生产成本,提高油漆利用率,实现高质量、高效率、低成本运作。涂装新工艺生产线的投产,能带给企业更强的市场竞争力。

            确认面漆和罩光漆采用喷枪喷涂方式后,我们首先要解决的问题有如下几点;

            1、在如此高行程的工件吊挂中,喷枪数量如此之多(面漆12把/组)的情况下,喷枪的雾化空气压力是否会影响工件摆动,造成挂料之间碰撞;

            2、异型材形状繁多,且工件较高,要求不能有补喷现象,在该情况下喷枪是否能达到“零”补喷效果;

            3、在如此高的行程喷涂过程中,能否保证工件上下漆膜的均匀度、保证凸出部分不会产生流挂。

            针对第一个问题,首先要解决的是工件表面受力点是否影响到工件的摆动,静电喷枪立式喷涂新工艺,其喷涂装置采用了矩阵式排列的静电喷枪组,工件是纵向立式悬挂在输送链上的,矩阵式排列的静电喷枪组有上下两排喷枪,同一排喷枪间距为400-550mm,上下两排间距为400-500mm,上下两排喷枪交错排布,上面一排的喷枪位于下一排相邻两把喷枪中间的正上方,矩阵式排列的静电喷枪组的喷枪和工件的表面是垂直的,每把喷枪正对工件,喷嘴和工件表面之间的距离为250-300mm,工件在喷涂过程中工件受力点始终在1把喷枪的喷幅1/N压力范围内。

            所以,如果能采用低压高雾化性能的静电喷枪,低压力高雾化喷枪喷幅1/N的压力足以抵消工件本身自重,同时喷房送排风风速均匀在0.3-0.5M/S,那摆动问题将得到很好解决,从试验及生产的过程中,低压力高雾化的兰氏静电喷枪,每把喷枪的吐出量在60CC-130CC/MIN,雾化/扇形空气压力一般可以调整在0.07~0.012Mpa;

            对于是否能实现零补喷问题,通过批量生产证明,只要能将挂具与喷枪喷涂面配合调整好,一般的工件异型喷涂面是可以达到无需补喷;

            解决漆膜均匀度及流挂问题的关键,是工件在喷涂受漆时间范围内,符合喷涂膜厚要求。首先必须要保证对工件有足够的重复喷涂次数,及每把已独立控制的上下排喷枪油漆的吐出量,在全喷涂行程中准确精密按设定的工艺参数稳定供漆,喷枪开关枪实时对应工件喷涂面喷涂,上述问题的解决,就不会出现多喷或少喷问题,流挂问题更不会出现。

            通过以上分析、实验及生产线投产结果,证实生产过程中只要控制调整好以上要点,完全达到了新工艺的所希望达到工件涂装质量要求。

            该新工艺生产效率高,漆膜平整,喷漆均匀,金属质感亮丽,不会出现喷漆不匀的“W”现象,一般的异型工件的凹处不需要人工补漆,工件的凸出部分不会产生流挂现象,生产效率高,从而提高了生产线的管理水平及节约了人力成本。

            喷枪布置示意(图四):


            图 四

            2.3 油漆供给系统介绍

            供漆系统采用通过中央调漆房集中管路供漆方式,通过管路将油漆供应到每一个喷涂工作站,每个喷房的工作站按氟碳喷涂颜色的要求配置多种颜色的自动换色系统,中央供漆提升了涂料供给的技术及管理水平。中央供漆采用独立式柱塞泵供漆方式配置,同时为防止油漆在管路上油漆产生沉淀,管路中的油漆已设定好保持一定的流速。油漆泵站6组:采用三线循环方式。其中:1套独立供应底漆喷房; 1套底漆、面漆共用;2套独立供应面漆喷房;1套面漆、罩光漆共用;1套独立供应罩光喷房。溶剂泵站1套:采用盲端输送方式。小型机动供漆泵组2套,应对较小批量的生产订单。

            8米高行程的喷涂过程中,喷枪吐出油漆流量的精确和稳定性对漆膜的均匀度极为关键,该油漆供给系统配置了流量侍服控制系统,对升降机升降过程高度改变所形成的涂料压力变化的分析,需对涂料流量压力进行调整补偿,增加流量侍服控制系统功能配置,使油漆供给压力能配合往复机高度改变达到实时的控制效果,实时对油漆流量进行精确补偿而达到对喷枪油漆得稳定供给。

            该油漆供给系统对配置的每一把喷枪都具有单独调整和开启油漆吐出量功能。包括换色系统CCV工作站、输漆距离、涂料粘度、喷涂压力及流量等各方面参数,根据喷房内的油漆出口位置及管径、管长进行设定,保证整个系统满足压力和流量要求,同时确保整个系统管路中油漆的合理流动速度要求,不会因流速过快而造成涂料降解以及能源浪费。

               

            第三章        经济效益分析

            通过实验及生产结果证实该喷涂新工艺的开发应用对提高企业的市场竞争力和社会经济效益的发展带来良好的效益,给氟碳喷涂行业带来全新的生产模式,具体表现有:

            1.  无论是PPG涂料或者VALSPAR涂料,自动静电喷枪喷涂效果、上漆率、膜厚以及在相同膜厚的条件下,每公升油漆喷涂平方数均大于DISK喷涂机(图表五).

            批次

            喷涂前后工件重量差

            喷涂所消耗的生涂料量

            附着在工件表面的生涂料

            平均平方数/平均膜厚

            上漆率

            备注

            1

            0.291kg

            6.940kg

            5.405kg

            5.62/32μm

            77.87%

            (PPG)

            自动静电喷枪

            2

            0.170kg

            4.124kg

            5.157kg

            6.12/28μm

            76.55%

            (PPG)

            DISK喷涂机

            3

            0.240kg

            6.376kg

            5.059kg

            6.86/25μm

            79.55%

            (VALSPAR )

            自动静电喷枪

            4

            0.141kg

            3.867kg

            2.972kg

            7.31/22μm

            76.86%

            (VALSPAR)

            DISK喷涂机

            图五

            2.  在相同膜厚的情况下,自动静电喷枪喷涂的涂层质量较DISK喷涂机的涂层质量饱满,光亮度高

            3.  使用自动静电喷枪喷涂异型材,整体遮盖均匀、穿透力好,无色差,金属光泽高等诸多优点。

            4.  自动静电喷枪立式喷涂,整体膜厚均匀,颜色一致,正反面无阴阳色现象(图六)。


            图六

            5.  立式新工艺生产线喷涂的工件及一般异型材工件不需要补喷,与原卧式喷涂一条生产线补喷工位比较可减小喷漆工6-12人(单班6人,两班12人)。

            6.  喷涂生产线速度同为2米/分时,立式新工艺生产线的产能是卧式生产线的3倍,还可减小了生产线上企业人员配置,达到全自动化生产,生产效率提高的同时产品质量更加稳定。

            7.  上漆率的提高,在降低了铝型材工件的喷涂油漆成本的同时还减小了VOC排量,对环境污染相对较少,达到节能减排目的。

            說明:

            1.平均平方数是指每升涂料所涂的面积,上漆率是指附着在工件表面的生涂料量÷喷涂所消耗的生涂料量所得的结果。从表五中可以看出,无论是喷涂PPG涂料还是VALSPAR涂料或KGE涂料,使用静电喷枪组立式喷涂工艺,上漆率均高于77%,铝型材氟碳喷涂生产线,卧式喷涂或完全使用DISK喷涂一般无法达到如此高的上漆率。从图五和图六中可看出,被涂工件的漆膜涂层均匀饱满;面涂的平均膜厚25-32μm,喷涂平方数均高于5.6m2/L。

            备注:该静电喷枪组立式喷涂新工艺发明专利,已申请并已被国家知识产权局受理。

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