掛鍍鋅自動生產(chǎn)線自動吹干系統(tǒng)的改進

張小勇*，潘雄，韓秀臺，曹聚濤，陳亞輝，劉新偉，李艷娜，張雄，崔仲良

（河南北方星光機電有限責任公司，河南 鄧州 474150）

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掛鍍鋅自動生產(chǎn)線自動吹干系統(tǒng)的改進

張小勇*，潘雄，韓秀臺，曹聚濤，陳亞輝，劉新偉，李艷娜，張雄，崔仲良

（河南北方星光機電有限責任公司，河南 鄧州 474150）

介紹了某電鍍鋅自動線上自動吹干系統(tǒng)的設(shè)計及后續(xù)兩次改進的過程，解決了鍍鋅鈍化后吹干效果不佳所引起的膠點、色差等質(zhì)量問題。

電鍍鋅；鈍化；自動生產(chǎn)線；吹干系統(tǒng)；鍍層缺陷

First-author's address: Henan Beifang Xingguang Electromechanical Co.， Ltd.， Dengzhou 474150， China

影響鍍鋅件外觀質(zhì)量的因素非常多，特別是鍍后處理過程中，鍍件的色差常遭受客戶抱怨，甚至招致退貨，而膠點問題會影響主機廠裝配。在鍍鋅后處理（如鈍化、封閉）過程中，工件在進入烘箱干燥前需要吹掉工件表面多余的水分（即工件表面明顯的水珠），否則烘干后的六價鉻彩色鈍化工件掛水部位與其他部位有明顯色差，掛鉤處易掉膜，封閉后的三價鉻鈍化工件掛水部位則易產(chǎn)生膠點，其他鈍化膜掛水部位會有明顯痕跡，俗稱“水印”。為了防止以上鍍后疵病的發(fā)生，需要在自動線上設(shè)置自動吹干或手動吹干系統(tǒng)，確保工件的吹干效果。

手動吹干系統(tǒng)的吹干效果比自動吹干好，但是要浪費更多的時間，使生產(chǎn)節(jié)拍相應(yīng)地延長。因此為了提高掛鍍鋅自動線的生產(chǎn)效率，常在自動線上設(shè)置自動吹干系統(tǒng)。

筆者所在公司有一條典型的堿性掛鍍鋅自動生產(chǎn)線，建于2002年。由于當時技術(shù)條件的限制，再加上在設(shè)計吹干系統(tǒng)時存在先天缺陷（吹干槽兩側(cè)未預(yù)留任何空間，只能將吹干裝置安裝在吹干槽內(nèi)部），使該線的自動吹干系統(tǒng)自正常投產(chǎn)以來，吹干效果不佳，且故障率高。2013年9月曾對其進行了改造，但投入使用不到半月，吹干效果依舊不佳，故障頻繁。2014年下半年，隨著麥格娜、凱毅德、KCZ、岳陽萬力等許多重要客戶對電鍍質(zhì)量的要求越來越高，均不允許彩鈍膜有大的色差，封閉后的三價鉻彩鈍工件不允許表面有明顯的膠點、膠印等，于是不得已在自動線上增加了手動吹干，每個節(jié)拍延長3 min，導(dǎo)致生產(chǎn)能力不足。因此，自動吹干系統(tǒng)成了制約電鍍生產(chǎn)的瓶頸，急需對該系統(tǒng)進行改造，提高自動吹干效果，提升電鍍生產(chǎn)能力。然而在吹干槽內(nèi)部設(shè)計吹干系統(tǒng)，空間狹小，給改造帶來了困難。為此，對該系統(tǒng)進行了多次改造，才最終達到了預(yù)期的目標?，F(xiàn)將改進方案及效果予以總結(jié)，供同行參考。

1　掛鍍鋅自動線自動吹干系統(tǒng)的最初設(shè)計方案

該掛鍍鋅自動生產(chǎn)線投產(chǎn)于2002年底，由于建線時槽的設(shè)計存在先天缺陷，導(dǎo)致吹干裝置只能設(shè)置在吹干槽內(nèi)部，參觀其他電鍍廠時發(fā)現(xiàn)吹干裝置均設(shè)置在吹干槽外。將吹干裝置設(shè)置在槽外有以下優(yōu)點：避免槽液（清洗水、封閉劑等）落在吹干系統(tǒng)的傳送裝置上，且傳送裝置在槽外便于維修和維護。該自動吹干槽的內(nèi)部尺寸為：長3 000 mm，寬780 mm，高1 500 mm。

氣嘴支架在電機正反轉(zhuǎn)的驅(qū)動下利用鋼絲繩傳動做往復(fù)運動，吹干工件表面殘留的水珠。具體方案見圖1。

圖1 自動吹干系統(tǒng)的最初設(shè)計方案Figure 1 Preliminary design scheme of automatic drying system

1. 1 機械部分的最初方案設(shè)計

整體機械傳動部分采用電機帶動鋼絲繩，鋼絲繩牽引雙側(cè)氣嘴支架南北移動。在槽體南端上方V型座導(dǎo)軌上安裝一驅(qū)動電機（見圖2），電機上有一開了2個槽的輪，在槽體高度1/2處的4個角安裝4個可以隨意轉(zhuǎn)動的滑輪；在槽體南端高度的1/2處，電機的正下方安裝2個滑輪。將直徑3 mm的鋼絲繩繞電機的輪2周后，沿槽體南端的滑輪分別固定在東西2個氣嘴支架的中央，爾后用另一根鋼絲繩沿槽體北端的滑輪分別固定在東西2個氣嘴支架的另一側(cè)。安裝時確保槽體4個角上的4個滑輪在一條水平線上，驅(qū)動電機一側(cè)正下方的2個滑輪用來改變鋼絲繩從垂直到水平的牽引方向，確保氣嘴支架在鋼絲繩的牽引下勻速運動（見圖1）。

圖2 自動吹干系統(tǒng)驅(qū)動電機的安裝方式Figure 2 Installation of the motor of automatic drying system

氣嘴支架的安裝：氣嘴支架放置在直徑20 mm的2根水平的圓柱形導(dǎo)軌上做往復(fù)運動。氣嘴移動支架采用6分鋼管制成，在朝向槽體中央的一側(cè)開有直徑10 mm的孔安裝氣嘴，雙側(cè)氣嘴的數(shù)量共計72個。

進氣管與氣嘴支架的安裝連接方式：進氣管采用外徑40 mm、內(nèi)徑26 mm的橡皮軟管雙側(cè)進氣（見圖3），沿槽東西兩側(cè)底部進入，接在氣嘴支架上。由于進氣橡皮軟管要隨氣嘴支架做往復(fù)運動，為了防止橡皮軟管在氣嘴移動過程中偏向槽體中央而被掛具掛壞，只能將橡皮軟管卡在直徑20 mm的2根水平的圓柱形導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)，并用擋板固定。

1. 2 控制部分

在槽體的南端兩側(cè)距槽沿100 mm處安裝接近信號開關(guān)和限位開關(guān)，兩個開關(guān)的方向與水平方向平行。當東邊的氣嘴支架移動到槽體南側(cè)，感應(yīng)到接近信號開關(guān)時，西邊的支架正好移動到槽體北端，此時電機反轉(zhuǎn)；當西邊的氣嘴支架移動到南端的接近開關(guān)時，東邊的氣嘴支架剛好移動到槽體的北端，此時電機正轉(zhuǎn)。

圖3 自動吹干系統(tǒng)進氣示意圖Figure 3 Schematic diagram showing air inflow of automatic drying system

限位開關(guān)的作用是防止意外情況發(fā)生。若氣嘴支架的定位片偏離接近開關(guān)的檢測距離，則南北氣嘴支架移動到槽體南端接近開關(guān)處，由于接近開關(guān)未接收到信號，將繼續(xù)向南移動，定位片撞到限位開關(guān)后，電機停止工作，待該故障排除后，才能恢復(fù)正常運行。

采用電磁閥控制吹氣時間。當有工件放入吹干槽后，采用 PLC（可編程邏輯控制器）控制電機正反轉(zhuǎn)，同時打開壓縮空氣進氣電磁閥（壓縮空氣壓力范圍0.4 ～ 0.6 MPa），氣嘴有了壓縮空氣；當行車將工件從吹干槽移向下一個工位后，電機停止工作，同時進氣電磁閥關(guān)閉。

1. 3 使用過程中存在的問題

上述最初設(shè)計方案在使用過程中故障頻繁，主要存在以下問題：

（1） 系統(tǒng)運行穩(wěn)定性差，氣嘴支架易沖過信號開關(guān)。長度為3 000 mm的直徑20 mm的2根水平的圓柱形導(dǎo)軌經(jīng)長時間使用，中間部位變形，導(dǎo)致氣嘴支架在移動過程中東西偏移幅度大于接近開關(guān)的檢測距離后，氣嘴容易沖過接近開關(guān)，電機停止運行，導(dǎo)致吹干系統(tǒng)停止工作。

（2） 用于牽引氣嘴支架移動的鋼絲繩易脫落。氣嘴支架的來回移動采用鋼絲繩牽引，在氣嘴移動過程中，鋼絲繩受力松弛后易從滑輪上脫落，導(dǎo)致吹干系統(tǒng)停止工作。

（3） 鋼絲繩在圖2中電機附帶的輪中相互摩擦，易拉斷。

（4） 氣嘴支架易在移動過程中滑出導(dǎo)軌。

（5） 吹干氣嘴偶爾被掛具掛掉。

（6） 整體吹干效果差。

2　掛鍍鋅自動線自動吹干系統(tǒng)的初步改進方案

該線初建時，由于產(chǎn)量較高（自動吹干節(jié)拍時間為7 ～ 8 min/飛巴、7掛/飛巴，手動吹干節(jié)拍時間為10 ～11 min/飛巴、7掛/飛巴），生產(chǎn)能力明顯富足。在自動吹干效果不好的情況下，可以采取增加手動吹干，每天兩班制就能按時完成生產(chǎn)任務(wù)。但自2006年以來，電鍍件逐漸增多，且年產(chǎn)量有遞增趨勢，需三班制不停生產(chǎn)才能滿足市場的需要。隨著客戶對電鍍件外觀的要求越來越高，自動吹干系統(tǒng)已經(jīng)成為了影響電鍍質(zhì)量的關(guān)鍵因素，是制約電鍍產(chǎn)能的瓶頸問題。于是2013年9月對該自動吹干系統(tǒng)進行了改進。由于自動控制部分沒有問題，因此當時只對機械傳動部分和吹氣部分進行了改造。

自動吹干系統(tǒng)初次改進方案示意圖見圖4。

2. 1 初步改進方案

（1） 提高設(shè)備運行穩(wěn)定性：將長度為3 000 mm的直徑20 mm的2根水平的圓柱形導(dǎo)軌改為30 mm × 50 mm × 3 000 mm的矩形導(dǎo)軌；氣嘴支架由1 100 mm × 600 mm（長 × 寬）改為1 100 mm × 330 mm，由6分鋼管改為30 mm × 30 mm方管。

（2） 鋼絲繩易從滑輪上脫落的改進：將位于槽體上方的驅(qū)動電機安裝在槽體南端槽外，水平傳送鋼絲繩（見圖5）。

圖4 自動吹干系統(tǒng)的初次改進方案Figure 4 Scheme of preliminary improvement for the automatic drying system

圖5 用驅(qū)動電機帶動連桿上帶有槽的輪轉(zhuǎn)動Figure 5 Motor-driven rotation of the wheel with groove on connecting rod

（3） 直徑3 mm的鋼絲繩易拉斷的改進：將用于傳動的鋼絲繩的直徑由3 mm改為5 mm。

（4） 加大雙側(cè)噴嘴之間的間距，由410 mm加寬至450 mm（即普通水洗槽的寬度）。

（5） 整體吹干效果改進：將開口直徑為1 mm的氣嘴改為能吹扇形風的氣嘴（內(nèi)徑6 mm），改后的氣嘴寬度小于0.2 mm（見圖6）；將氣嘴數(shù)量從原來的72個增加至84個。

（6） 將原先單側(cè)槽壁一根橡皮管進氣改為槽底3根蛇形管進氣（見圖7）。

2. 2 改進后的自動吹干系統(tǒng)仍存在的問題

經(jīng)改進的自動吹干系統(tǒng)使用半月后因故障依舊頻繁、吹干效果差而停止使用，主要存在以下問題：

（1） 由于氣嘴風量小，吹干效果差。雖然輸送至氣嘴的進氣管口徑小（外徑13 mm），然而每側(cè)槽壁的氣嘴有42個之多。經(jīng)過分析確認，氣嘴風量小的主要原因是：蛇形管盤的圈數(shù)多，使壓縮空氣在蛇形管內(nèi)有阻力而流速不夠，再加上氣嘴開口過小，使最終氣嘴吹氣量小，氣嘴吹出的壓縮空氣不能有效地作用在工件上。

（2） 鋼絲繩易脫落。氣嘴支架的來回移動采用鋼絲繩牽引，在氣嘴移動過程中，鋼絲繩受力易從固定在氣嘴支架的卡子上脫落，導(dǎo)致吹干系統(tǒng)停止工作。

（3） 氣嘴支架易在移動過程中滑出導(dǎo)軌。

（4） 進氣管（外徑13 mm）易脫落。

圖6 將普通氣嘴改為吹扇形風的氣嘴Figure 6 Changing the ordinary nozzle with the one blowing fan-shape stream of air

圖7 將進氣管由1根40 mm橡皮管改為3根直徑13 mm的蛇形管連接Figure 7 Changing the single 40 mm rubber pipe to three connected 13 mm coiled pipes for air inlet

2. 3 小結(jié)

本次改造將鴨舌型氣嘴改為扇形風氣嘴，開口為0.2 mm，吹氣的效果極差，連改造前的吹氣效果都不如。將導(dǎo)軌由3 000 mm長、直徑20 mm的圓柱導(dǎo)軌改為30 mm × 50 mm × 3 000 mm的矩形導(dǎo)軌后，用于氣嘴支架移動的塑料導(dǎo)向輪槽由半圓形改為方形，槽深8 mm，但是仍存在氣嘴支架滑出方形導(dǎo)軌的問題。進氣管由外徑40 mm、內(nèi)徑26 mm的橡皮軟管改為外徑13 mm的蛇形伸縮管后，蛇形伸縮管易脫落。因此本次改造未能達到預(yù)期效果。

3　掛鍍鋅自動線自動吹干系統(tǒng)的二次改進方案

3. 1 二次改進方案

初次改造后的自動吹干系統(tǒng)沒有達到預(yù)期的效果，表面處理產(chǎn)能依舊嚴重不足，為了按時完成交付，不得不將一部分需要電鍍的零件外協(xié)加工。為了解決目前該自動吹干系統(tǒng)存在的缺陷，計劃再對吹干系統(tǒng)進行改進，具體方案（見圖8和圖9）如下：

圖8 自動吹干系統(tǒng)二次改進方案側(cè)視圖Figure 8 Side view showing the secondary improvement scheme of automatic drying system

圖9 自動吹干系統(tǒng)二次改進方案俯視圖Figure 9 Top view showing the secondary improvement scheme of automatic drying system

（1） 改善氣嘴風量，提高吹干效果。計劃將吹干氣嘴的進氣管外徑由13 mm改為40 mm（橡皮軟管）。氣嘴數(shù)量由單側(cè)42個改為22個。氣嘴開口需要增大，有待進一步試驗驗證。另將進氣管由蛇形管改為直管，確保進風量。

（2） 將用于牽引的鋼絲繩改為鏈條（規(guī)格為10A-1）傳送，確保吹干系統(tǒng)運行穩(wěn)定（見圖10和圖11）。

（3） 提高吹干系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。計劃將用于氣嘴支架移動的導(dǎo)向輪槽深由8 mm改為15 mm，確保氣嘴支架在移動過程中不脫離方形導(dǎo)軌（見圖12）。

圖10 自動吹干系統(tǒng)傳動部分二次改進前后圖片F(xiàn)igure 10 Photos showing the transmission part of automatic drying system before and after secondary improvement

圖11 二次改造后的自動吹干系統(tǒng)槽外機械傳動部分Figure 11 Mechanical transmission outside the bath of automatic drying system after secondary improvement

（4） 進氣管平鋪于槽底，為了使其在氣嘴支架移動過程中轉(zhuǎn)動靈活，進氣管與氣嘴支架的連接采用旋轉(zhuǎn)接頭（HD型，規(guī)格DN25，右旋向）連接（見圖13）。槽底西邊的進氣管連接?xùn)|邊的氣嘴支架，東邊的進氣管連接西邊的氣嘴支架。

二次改造后的機械傳動結(jié)構(gòu)如圖14所示。

圖12 用于氣嘴支架移動的塑料輪槽Figure 12 Groove supporting the plastic wheel for the motion of nozzle holder

圖13 連接進氣管與氣嘴支架的旋轉(zhuǎn)接頭Figure 13 Rotary joint connecting the air inlet pipe and nozzle holder

3. 2 二次改進方案的效果

經(jīng)過二次改造后的自動吹干系統(tǒng)，整體吹干效果比前幾次都要好，達到了預(yù)期的效果，其整體效果見圖15。經(jīng)測試，機械部分用鏈條傳動的穩(wěn)定性比改造前好了很多，但吹氣部分將氣嘴開口由0.2 mm改為0.5 mm后，氣嘴的吹氣量依舊很小，吹干效果與原來相比提升不明顯，于是將氣嘴的開口再由0.5 mm擴至1 mm，氣嘴的吹氣量和改造前相比有了明顯提升。通過生產(chǎn)線上對工件自動吹干效果的驗證，確定了一般件自動吹干7掛的時間為3 min（一般件指平板件、單頭折彎的桿件、基板）。至于殼體、容易積水的基板、兩頭折彎的桿件，仍需要手動吹干。

圖14 二次改造后的機械傳動結(jié)構(gòu)Figure 14 Structure of mechanical transmission after secondary improvement

圖15 自動吹干系統(tǒng)二次改造后整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)Figure 15 Whole internal structure of the automatic drying system after secondary improvement

3. 3 PLC程序的改進

由于該線的設(shè)計特點，六價鉻彩色鈍化件、軍綠色鈍化件、黑色鈍化件自動吹干時間為2 min，三價鉻彩色鈍化 + 封閉的工件自動吹干時間為1 min。若三價鉻 + 封閉的工件入烘箱之前下部掛水部位有明顯水珠，烘干后的工件將有明顯膠點，而彩色鈍化、軍綠色鈍化、黑色鈍化將有明顯水印，導(dǎo)致色差。另外，改造后的吹干系統(tǒng)由于銀白鈍化吹干時間不夠，吹干效果依舊滿足不了生產(chǎn)的需求。為了使自動吹干時間達到3 min，確保自動吹干效果，尚需對二班自動線C行車進行程序改進。

3. 3. 1 銀白色鈍化工件自動吹干時間短的原因

彩色鈍化、軍綠色鈍化、黑色鈍化的工藝路徑如下（將吹干槽作為交換槽）：

因此銀白鈍化工件自動吹干時間只有1 min，而其他鈍化工件自動吹干時間有2 min。

3. 3. 2 銀白色鈍化程序的改進

銀白色鈍化程序的改進方案如下：

修改后的銀白鈍化自動吹干時間與其他鈍化一樣，都只有2 min。由于經(jīng)過試驗驗證，要使工件下部的水珠完全吹干需要3 min，于是對PLC的程序作如下改進：行車使烘干后的工件出槽后，在自動吹干工位停留1 min，待自動吹干時間到了3 min后，再將吹干槽中的工件放入烘箱。

4　效果評價

4. 1 二次改造后的效果

經(jīng)二次改造的自動吹干系統(tǒng)的自動吹干效果有了明顯提升，壓縮空氣在0.4 ～ 0.6 MPa壓力下測試的數(shù)據(jù)如下：

（1） 某鎖銷部件三價鉻鈍化 + 封閉后自動吹干2 min，觀察工件表面仍有少許水滴，又吹干了1 min，表面基本吹干了，無明顯水珠，烘干后合格率可達到98%以上。

（2） 某殼體六價鉻彩色鈍化后自動吹干3min，烘干后下部有輕微水印，100%合格。

（3） 某基板部件鍍后三價彩色鈍化 + 封閉，自動吹干3 min，烘干后合格率達到了99%。

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，改造后的自動吹干系統(tǒng)在0.4 ～ 0.6 MPa的壓力下，自動吹干時間3 min，完全可以代替人工手動吹干。

4. 2 表面處理產(chǎn)能提升效果的評價

改造后的自動吹干系統(tǒng)投入使用，可以使自動線的生產(chǎn)節(jié)拍由原來的11 ～ 12 min縮短至8 ～ 9 min，從而提高了生產(chǎn)能力，為順利完成公司的市場交付提供了可靠保障。改造前后的產(chǎn)能對比見表1。

表1 自動吹干系統(tǒng)改造前后的產(chǎn)能對比Table 1 Comparison of productivity of automatic drying system before and after improvement

從表1可以看出，自動吹干系統(tǒng)改造后鎖銷部件每月增產(chǎn)58萬件，年增產(chǎn)696萬件，而卡板每月增產(chǎn)97萬件，年增產(chǎn)1 164萬件。

5　結(jié)語

對于自動吹干效果差導(dǎo)致的電鍍疵病，除了操作者的因素之外，設(shè)備也是關(guān)鍵。從上述效果評價可以看出，改造后的自動吹干系統(tǒng)達到了預(yù)期的目的，取得了良好的效益，提高了一次下線合格率，保證了生產(chǎn)進度，為按時完成交付提供了強有力的保障。

［ 編輯：溫靖邦 ］

Improvement of automatic drying system of an automatic rack zinc electroplating line

ZHANG Xiao-yong*，PAN Xiong， HAN Xiu-tai， CAO Ju-tao， CHEN Ya-hui， LIU Xin-wei， LI Yan-na， ZHANG Xiong， CUI Zhong-liang

The design and subsequent twice improvements of automatic drying system for an automatic zinc electroplating line were introduced. The quality problems of passivated zinc coatings such as glue spot and color difference caused by poor drying effectiveness were solved.

zinc electroplating； passivation； automatic production line； drying system； coating defect

TQ153.15

B

1004 - 227X （2016） 11 - 0582 - 08

2016-01-13

2016-04-27

張小勇（1982-），男，河南南陽人，?？?，工程師，長期從事堿性無氰鋅酸鹽鍍鋅及其后處理方面的工作，積累了豐富的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） 79618194@qq.com。