汽車零部件電泳涂裝工藝改造

魏恒遠(yuǎn)

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210048）

汽車零部件電泳涂裝工藝改造

魏恒遠(yuǎn)

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210048）

汽車零部件電泳涂漆質(zhì)量除了與電泳工藝及管理有關(guān)外，還與脫脂、磷化等前處理及電泳后烘干處理有很大的關(guān)系。根據(jù)某汽車零部件電泳涂裝線工藝改造的實(shí)踐，論述了脫脂、磷化等前處理工藝及抽送風(fēng)系統(tǒng)、烘烤工藝及烘干室內(nèi)溫度場(chǎng)對(duì)電泳漆膜質(zhì)量的影響，介紹了前處理工藝、磷化除渣系統(tǒng)、燃油加熱爐和烘干室技術(shù)改造方案。經(jīng)過(guò)3個(gè)月的試生產(chǎn)證明，經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后，電泳漆膜質(zhì)量大幅度提高，產(chǎn)品合格率達(dá)98%以上。

汽車零部件；電泳涂裝；前處理；烘干；工藝改造

Author’s address:Nanjing College of Chemical Technology, Nanjing 210048, China

1 前言

汽車零部件電泳涂裝的表面質(zhì)量除了與電泳漆品種、電泳設(shè)備的性能、工藝參數(shù)及控制管理有關(guān)外，還與脫脂、磷化等前處理以及電泳后的烘干處理有很大關(guān)系。大多數(shù)廠家對(duì)電泳裝置的工藝與控制比較重視，但對(duì)電泳工序的前后處理有所忽略，有些廠家甚至照搬普通噴漆線和噴粉線的前處理和烘烤工藝。筆者在為江蘇某廠汽車零部件電泳涂裝線進(jìn)行工藝和設(shè)備改造中對(duì)此深有感觸，故撰此文，以供同行借鑒和參考。

2 原設(shè)備及工藝存在的問(wèn)題

2. 1 零件表面漆膜質(zhì)量問(wèn)題

該廠的主要生產(chǎn)設(shè)備為國(guó)內(nèi)先進(jìn)的陰極電泳涂裝生產(chǎn)線，主要為幾家著名品牌小轎車的前后保險(xiǎn)杠、轉(zhuǎn)向臂、積油盒等10多個(gè)零部件進(jìn)行表面電泳涂漆，設(shè)計(jì)加工能力為年產(chǎn)100萬(wàn)件。但電泳涂漆質(zhì)量一直不穩(wěn)定，漆膜表面常出現(xiàn)縮孔、針孔、斑紋、異常附著等現(xiàn)象。

2. 2 漆膜烘干室問(wèn)題

烘干室內(nèi)的熱值不夠，部分體積大的工件漆膜常常烘不干而需要二次烘烤；燃油加熱爐的燃燒筒底部幾次燒穿，漏熱嚴(yán)重，而且管程部分燒穿后與殼程短路，使熱媒與冷媒介質(zhì)混淆。

由于上述問(wèn)題，工件經(jīng)常出現(xiàn)不合格，導(dǎo)致產(chǎn)品退貨，給廠家造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

3 前處理技術(shù)分析與改造方案

在對(duì)電泳槽工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)試分析后發(fā)現(xiàn)，槽液pH偏高，槽液中有堿性物質(zhì)混入，有微小油污漂浮在液面或乳化在槽液中，而且有機(jī)溶劑含量過(guò)高，槽液的顏基比失調(diào)，顏料含量低，槽液被雜質(zhì)離子污染，電導(dǎo)率過(guò)大，泳涂電壓和槽液溫度過(guò)高(上述參數(shù)均超出了電泳漆供應(yīng)商所提供的工藝參數(shù)范圍)。經(jīng)過(guò)調(diào)整，使電導(dǎo)率、pH、固體分、顏基比、溫度、電壓等工藝參數(shù)符合電泳漆供應(yīng)廠家的要求，但經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)的生產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)這些數(shù)值又開(kāi)始發(fā)生偏離。雖經(jīng)多次調(diào)整，仍然出現(xiàn)這種情況。經(jīng)分析，排除了電泳工藝和設(shè)備問(wèn)題，初步確定為前處理存在問(wèn)題。

3. 1 前處理工藝問(wèn)題分析

廠方原前處理工藝見(jiàn)表1。

表1 改造前的前處理工藝Table 1 Pretreatment process before improvement

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)分析后發(fā)現(xiàn)，由于預(yù)脫脂工序時(shí)間短，除油主要集中在第二道脫脂工序，使得脫脂槽的堿性增大，槽液油污增多，部分工件脫脂效果不好，而且脫脂后只有一道常溫水洗，沒(méi)有熱水洗，工件清洗不干凈，表面還有油漬。同時(shí)，表面殘留的脫脂液被帶到表調(diào)和磷化槽中，導(dǎo)致磷化液污染，使得工件表面產(chǎn)生縮孔現(xiàn)象。另外，在前處理進(jìn)口處的一套抽風(fēng)裝置的抽風(fēng)量較小，不僅未能把預(yù)脫脂、脫脂槽工位產(chǎn)生的堿霧抽出，反而是磷化槽前的一套正壓送風(fēng)系統(tǒng)將堿霧壓向磷化槽。由于該送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)量過(guò)大，部分脫脂和磷化的混合氣霧還被送到電泳槽，造成電泳槽液不穩(wěn)定，顏基比失調(diào)，因而漆膜表面產(chǎn)生縮孔、陷穴等弊病。

在磷化工序中，由于壓濾機(jī)經(jīng)常發(fā)生故障，不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，主要靠高位斜板沉淀槽除渣，效果不好，磷化液無(wú)法有效沉淀過(guò)濾，磷化槽液中含渣顆粒比較多，使得少數(shù)工件表面帶有微小的磷化渣顆粒。磷化槽被脫脂液污染，磷化后兩段水洗時(shí)間較短，分別只有 30 s，再加上磷化槽的管理原因，導(dǎo)致磷化膜孔隙率高，結(jié)晶不致密。因此，經(jīng)過(guò)電泳涂漆后，表面就產(chǎn)生針孔、斑紋或異常附著等現(xiàn)象。

3. 2 前處理技術(shù)改造方案

3. 2. 1 前處理工藝與設(shè)備改造

根據(jù)廠方現(xiàn)有設(shè)備和車間場(chǎng)地的實(shí)際情況，既要滿足零件表面漆膜的質(zhì)量要求，又不宜對(duì)生產(chǎn)線做很大的改動(dòng)，還要考慮資金費(fèi)用問(wèn)題，就只能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上做局部改造。

經(jīng)過(guò)研究和論證后確定如下改造方案：

(1) 在前處理的進(jìn)口處和原先的預(yù)脫脂工序之間，增加一套預(yù)脫脂裝置，脫脂時(shí)間為3.5 min，浸噴結(jié)合，以擔(dān)負(fù)主要的脫脂功能；

(2) 將原先的預(yù)脫脂工序改為脫脂，時(shí)間1 min，噴淋式，對(duì)表面油污再次進(jìn)行噴淋式清洗；

(3) 增加一道熱水洗工序，時(shí)間為3.5 min，60 °C，浸噴結(jié)合，以將表面殘留的油污清洗掉；

(4) 原冷水洗保持不變，再次對(duì)殘留的油漬進(jìn)行清洗；

(5) 將表調(diào)時(shí)間增加到1 min，以增加磷化膜的結(jié)合力；

(6) 將磷化后兩道水洗時(shí)間分別增加至1 min(室溫)，以便將工件表面殘留的磷化液及殘?jiān)逑吹簟?/p>

改造后的前處理工藝見(jiàn)表2。

表2 改造后的前處理工藝Table 2 Pretreatment process after improvement

3. 2. 2 磷化除渣系統(tǒng)改造

對(duì)一級(jí)沉淀過(guò)濾的高位斜板沉淀槽進(jìn)行改進(jìn)，在原有基礎(chǔ)上增加多塊不銹鋼斜板，以延長(zhǎng)磷化液在沉淀槽中的停留時(shí)間，改善磷化渣的沉淀效果，確保工件表面磷化膜質(zhì)量和電泳漆膜質(zhì)量。同時(shí)增加一套壓力式連續(xù)除渣機(jī)作為二級(jí)過(guò)濾。其工作原理是：工作時(shí)，水泵將磷化液從斜板沉淀槽抽出，輸送到除渣機(jī)的上部，由水泵產(chǎn)生的壓力和壓縮空氣將磷化液壓向?yàn)V布，過(guò)濾后的磷化液由除渣機(jī)的下部返回到磷化槽，濾下的磷化渣殘留在過(guò)濾布上；一段時(shí)間后，濾布上濾滿了磷化渣，此時(shí)，自動(dòng)卷布機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，將沾滿磷化渣的濾布卷走，新的過(guò)濾布拉出，新的加壓過(guò)濾過(guò)程開(kāi)始。

3. 2. 3 抽風(fēng)系統(tǒng)改造方案

新增一套抽風(fēng)系統(tǒng)，安裝在脫脂和熱水洗工位之間；將磷化槽工位的正壓送風(fēng)系統(tǒng)改為抽風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)將前處理進(jìn)口、出口兩處的兩套抽風(fēng)裝置進(jìn)行改造，增大抽風(fēng)量，將廢氣直接排出廠房外，以防止脫脂工位的堿霧蔓延到磷化段，同時(shí)防止磷化段的廢氣蔓延到電泳槽，從而避免對(duì)磷化膜質(zhì)量和電泳漆膜的質(zhì)量產(chǎn)生影響，也防止廢氣逸于車間內(nèi)而影響工作環(huán)境。

4 烘干室技術(shù)分析與改造方案

4. 1 烘干室問(wèn)題分析

4. 1. 1 烘烤工藝分析

對(duì)漆膜烘烤工藝、烘干室技術(shù)參數(shù)、設(shè)備結(jié)構(gòu)及材料等進(jìn)行了分析研究，通過(guò)采用自動(dòng)跟蹤測(cè)溫儀對(duì)烘干室內(nèi)溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量并建立爐內(nèi)溫度曲線，對(duì)燃油加熱爐的爐膛材料進(jìn)行理化分析，對(duì)烘干室與燃油加熱爐進(jìn)行熱平衡驗(yàn)算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，烘干室內(nèi)所需的熱值和循環(huán)送風(fēng)量不足，且溫度不均勻，各溫度段烘烤時(shí)間明顯不符合工藝要求。這些因素是導(dǎo)致工件表面漆膜烘不干、并需二次烘烤的主要原因。

通常電泳漆的烘烤時(shí)間為30 ～ 40 min，其中溫度在175 °C以上時(shí)的烘烤時(shí)間為10 min，160 °C以上時(shí)的烘烤時(shí)間為20 min。改造前烘干室內(nèi)溫度和工件表面溫度的變化曲線見(jiàn)圖1?？梢钥闯觯瑺t內(nèi)空氣溫度在175 °C以上的時(shí)間僅為5 min，在160 °C以上的時(shí)間為14 ～ 15 min；而工件在175 °C以上的烘烤時(shí)間為0；至于表面溫度在160 °C以上的烘烤時(shí)間，工件上部約為9 min，工件下部?jī)H為7.3 min左右。由于溫度不夠，漆膜表面烘不干，產(chǎn)生流掛、橘皮、針孔等問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

圖1 改造前烘干室內(nèi)溫度和工件表面溫度隨烘干時(shí)間的變化Figure 1 Variation of temperatures in drying chamber and on workpiece surface with drying time before improvement

4. 1. 2 設(shè)備技術(shù)分析

烘干室所需的熱值不夠，燃燒機(jī)產(chǎn)生的最大熱值只有280 000 kcal/h(約為1 172 MJ/h)，室內(nèi)熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)量為2.8萬(wàn)m3/h，烘干室內(nèi)循環(huán)次數(shù)只有3.5次/min，達(dá)不到電泳漆膜干燥所需要的熱值和漆膜表面的干燥速度，所以經(jīng)常需要二次烘烤。另一方面，由于風(fēng)機(jī)風(fēng)量偏小，加熱爐爐膛內(nèi)的高溫空氣無(wú)法和由烘干室內(nèi)循環(huán)過(guò)來(lái)的低溫空氣進(jìn)行有效的熱交換，爐膛內(nèi)溫度降不下來(lái)，使得燃燒筒底部幾次燒穿，管程里的熱媒和殼程里的冷媒短路，爐膛內(nèi)含煙空氣直接與烘道內(nèi)循環(huán)空氣混合，導(dǎo)致漆膜表面有雜質(zhì)，影響質(zhì)量。

4. 2 烘干室技術(shù)改造方案

4. 2. 1 燃油加熱爐技術(shù)改造

燃油加熱爐的技術(shù)改造主要有以下幾個(gè)方面：

(1) 選擇大風(fēng)量和風(fēng)壓的離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號(hào)為4-72No12.5C，風(fēng)量為4.8萬(wàn)m3/h，風(fēng)壓為1 000 Pa，以增強(qiáng)系統(tǒng)的循環(huán)抽風(fēng)和送風(fēng)能力。將烘干室內(nèi)的熱風(fēng)循環(huán)量增加到4.8萬(wàn)m3/h，循環(huán)次數(shù)增至6次/min，比原來(lái)增加一倍，以增強(qiáng)漆膜表面的干燥速度和室內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性。

(2) 將燃燒機(jī)的熱值增加到400 000 kcal/h(約為1 674 MJ/h)，并采用進(jìn)口的雙段火燃燒機(jī)，以充分滿足漆膜干燥的需要。在烘干室升溫時(shí)開(kāi)大火，加快升溫速度，當(dāng)達(dá)到工藝溫度時(shí)，逐漸調(diào)小火勢(shì)，保持恒溫，以達(dá)到節(jié)能效果。

(3) 將換熱器內(nèi)的燃燒筒加長(zhǎng)，使筒底與火焰距離增加到250 ～ 300 mm，同時(shí)將原來(lái)使用的304不銹鋼改為耐熱溫度更高的316L不銹鋼材質(zhì)，而換熱器的管束采用 304不銹鋼材質(zhì)，使換熱器和燃燒筒的壽命大大提高，也避免了燃燒筒經(jīng)常被燒穿的事故發(fā)生。

(4) 原燃油加熱爐安放位置不合理，送風(fēng)口安置在U形烘干室長(zhǎng)度方向的最里端，使得烘干室進(jìn)出口溫度較低，也導(dǎo)致160 °C以上的溫度時(shí)間較短，影響溫度的均勻性和升溫速度。新設(shè)計(jì)制造的燃油加熱爐將送風(fēng)口、回風(fēng)口安置在烘干室長(zhǎng)度方向的中段，使烘干室內(nèi)送回風(fēng)比較均勻，160 °C以上的溫度時(shí)間也大大延長(zhǎng)，改善了烘干室內(nèi)的溫度場(chǎng)均勻性，有利于烘干室內(nèi)溫度的均勻提高。

此外，在燃油加熱爐內(nèi)還增加了一道耐高溫空氣過(guò)濾器，以提高爐內(nèi)空氣潔凈度，防止雜質(zhì)落在漆膜表面。

4. 2. 2 烘干室技術(shù)改造

烘干室技術(shù)改造主要是在烘干室的進(jìn)出口處增加一道隔熱門，在室內(nèi)的送回風(fēng)管道的風(fēng)口處加裝空氣過(guò)濾器；在烘干室的進(jìn)出口處增加若干個(gè)送風(fēng)口。根據(jù)烘干室內(nèi)溫度場(chǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)送風(fēng)和回風(fēng)閥門反復(fù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到取得最佳的溫度場(chǎng)曲線為止。

5 電泳涂裝線工藝設(shè)備改造后的效果

電泳涂裝線工藝和設(shè)備改造完畢，經(jīng)過(guò)近 3個(gè)月的試生產(chǎn)，效果良好，電泳漆膜質(zhì)量大幅度提高并保持穩(wěn)定，縮孔、針孔、斑紋、異常附著等問(wèn)題基本不再發(fā)生，產(chǎn)品合格率達(dá)到 98%以上，經(jīng)濟(jì)損失大大減少，給廠家產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益。改造后，前處理不再發(fā)生竄液現(xiàn)象，工件殘留的脫脂液及油漬被熱水洗、冷水洗兩道工序清洗干凈。同時(shí)，磷化渣處理效果良好，槽液中含渣顆粒大幅度減少，工件表面殘留的磷化液也被后續(xù)兩道水洗工序清洗干凈；脫脂和磷化的堿霧和酸霧分別被單獨(dú)抽出，不再竄到電泳工段，電泳槽液pH穩(wěn)定在5.7 ～ 6.2之間。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，烘干室內(nèi)溫度大幅提高，且溫度場(chǎng)均勻。改造后烘干室內(nèi)溫度和工件表面溫度變化曲線見(jiàn)圖2?？梢?jiàn)，爐內(nèi)空氣溫度在175 °C以上的時(shí)間達(dá)到18 min，160 °C以上的時(shí)間達(dá)到25.5 min。工件表面溫度在175 °C以上的烘烤時(shí)間為10 ～ 11 min，工件上下部表面溫度在160 °C以上的烘烤時(shí)間均達(dá)到 20 ～ 22 min，滿足了電泳漆烘干的工藝要求。即使是體積大、質(zhì)量重的工件也能一次烘干完成，無(wú)需二次烘烤，流掛、橘皮等問(wèn)題不再發(fā)生。

圖2 改造后烘干室內(nèi)溫度和工件表面溫度隨烘干時(shí)間的變化Figure 2 Variation of temperatures in drying chamber and on workpiece surface after improvement

6 結(jié)語(yǔ)

電泳涂裝工藝是一個(gè)系統(tǒng)工程，除了與電泳涂裝、前處理工藝及電泳后烘干處理有關(guān)外，其工件的形狀、材料、表面狀況不同，電泳工藝也會(huì)有所不同。一條成功的電泳生產(chǎn)線，應(yīng)針對(duì)零件的具體形狀、材料和表面的物理與化學(xué)狀況，反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，找出最合適的工藝方案和參數(shù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出滿足零件質(zhì)量要求的最佳電泳工藝方案，切忌生搬硬套其他廠家的涂裝工藝模式。

Improvements on electrophoretic coating process for automobile spare and accessory parts //

WEI Heng-yuan

The electrophoretic coating quality of automobile spare and accessory parts is greatly related to pretreatment, such as degreasing and phosphating, and drying after electrophoresis, besides electrophoresis technology and management. The influence of pretreatment including degreasing and phosphating, air exhaust and supply systems, drying process, and temperature field in drying chamber on the quality of electrophoretic coating was discussed based on the practice of technical improvement on an electrophoretic coating line for manufacturing of automobile spare and accessory parts. The scheme of technical improvement for pretreatment process, phosphating residue removal system, fuel heating furnace, and drying chamber was introduced. After trial production for three months, it is proved that the quality of electrophoretic coatings is greatly improved and the product pass rate is up to more than 98% after technical innovation.

automobile spare and accessory part; electrophoretic coating; pretreatment; drying; process improvement

TQ639.8

A

1004 – 227X (2012) 11 – 0066 – 04

2012–08–05

2012–08–21

魏恒遠(yuǎn)（1958–），男，江蘇南京人，副教授，高級(jí)工程師，從事涂裝工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)20多年，現(xiàn)主要承擔(dān)涂裝工藝與設(shè)備設(shè)計(jì)、質(zhì)量管理、機(jī)械制造等專業(yè)的教學(xué)與科研工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) weihengyuan@126.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]