提高装载机零部件涂装质量的工艺改进

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  摘要: 装载机零部件种类繁多,外形结构尺寸差异大,要提高装载机零部件涂装质量,须对不同的零部件选择合适的涂料和涂装工艺。要使底漆涂层具有优异的附着力和平整光滑的外观,须合理选择前处理工艺。选择适合的施工设备,改善施工环境是获得高品质涂装质量的保证。
  关键词: 装载机;涂装质量;电泳;粉末涂装;面漆化
  我国工程机械涂装质量近年来有了一定的提高,但还没有形成完善的涂装体系,大多采用整机涂装方式。难以保证机械设备在用户使用过程中两年内“不变色、不脱漆、不生锈”。为此,我们借鉴汽车涂装生产工艺,实行零部件涂装面漆化后再进行组装后,不再进行整机涂装。本文以提升装载机零部件涂装的工艺改进进行探讨。
  一、国内装载机涂装质量的主要问题
  目前,我国装载机涂装质量整体水平不高,主要存在以下几个方面的问题:
  (1)重表轻里。即重视外表装饰,而轻视漆膜本身的内在质量。当前国内制造商普遍重视面漆的修饰,采用了优质的合成树脂面漆,涂装设备也进行了一定的投入,使得漆膜较均匀、平滑,光泽度、外观装饰性和漆膜耐候性有了一定的提升。但是,涂装前处理和涂底漆工艺无实质的改进,难以保证装载机产品在用户使用过程中两年内“不变色、不脱漆、不生锈”。
  (2)外表平整度差。国内制造商生产的品种多,模具化投入不足,焊接质量差,致使零部件表面质量差。于是,通过刮腻子提高平整度,成本高,并且只能手工操作,不仅劳动强度大,生产效率低,易造成涂层早期开裂、脱落和起泡。从历年展会看,国外产品靠先进的冲压、焊装工艺,大量减少刮腻子,部分国外产品实行零部件面漆化后再进行组装。
  (3)局部细节较差。现有国内制造商制造水平仍有待提高,部分厂商仍未能达到边直、面平、角圆。
  二、涂装工艺设计
  工程机械传统的涂装工艺基本由涂装前处理、涂底漆、刮腻子、涂中涂漆、组装后涂面漆和美化(喷彩条、标志、图案)等几部分组成。
  (一)涂装工艺流程
  装载机零部种类繁多,结构复杂,为了实现装载机零部件涂装面漆化,需要对这些零部件进行分类涂装。按板厚可分为:结构件和薄板件。根据工艺优化需要将零部件分为:大结构件、大薄板件、小结构件和小薄板件。主要对以下零部件的涂装进行了工艺改进:
  (1)小结构件涂装工艺流程:滚抛丸——喷粉——烘干。与传统涂装工艺相比减少了清渣、打磨、底漆、底漆烘干工序,并由喷涂底漆+喷涂面漆改进为粉末面漆。
  (2)大薄板件涂装工艺流程:清渣——打磨——预除油——除油——除锈——表调——磷化——钝化——电泳——烘干——喷粉或喷漆——烘干。底漆由传统液漆喷涂改进为电泳底漆,部分工件面漆改进为粉末涂装。
  (3)小薄板件涂装工艺流程:清渣——打磨——预除油——除油——除锈——表调——磷化——钝化——喷粉——烘干。与传统涂装工艺相比减少了涂底漆工序,面漆由液漆喷涂改进为粉末涂装。
  上述工艺改进的涂装漆膜耐盐雾试验时间由400 h提高到600h以上,大提升了漆膜的防护能力。
  (二)前处理
  涂装质量与漆前处理关系非常密切,是涂装施工中的重要环节。影响涂层附着的主要因素有:涂料本身的附着力、工件表面洁净度和粗糙度。工件表面洁净度和粗糙度的处理都是涂装施工的重要环节,漆前表面处理主要赋予涂层三大方面作用。
  (1)提高涂层对材料表面的附着力。材料表面有油酯、水份、污垢、氧化皮、灰尘,直接涂装会造成漆膜对基材的附着力很弱,漆膜易整片剥落或产生各种外观缺陷。
  (2)提高涂层对金属基体的防腐蚀保护能力。钢铁生锈以后,锈蚀产物中含有很不稳定的铁酸(α-FeOOH),它在涂层下仍会锈蚀扩展和蔓延,使涂层迅速破坏而丧失保护功能。
  (3)提高基体表面平整度。焊接的焊渣、板材锈蚀、板边的利边等均会严重影响涂层外观,板边的利边难以上漆,容易生锈,必须抛丸、喷砂、打磨除去。对于粗糙表面,涂装后淋膜暗淡无光,一般要求工件表面粗糙度达到4~6级。但大于6级,表面过于光滑,对附着力不利,反而又要处理进行粗化。
  如前面所述,装载机零部种类繁多,结构复杂。因此,要根据零部件的特点设计前处理的工艺方案。
  (1)大件结构件。主要有前车架、后车架、动臂、摇臂等。工件生产过程有下料、拼搭焊接、机加等工序。经过这些工序工件表面会存在飞边毛刺 、板边利边、焊渣、油酯及板材本身的氧化皮。前处理就须有针对性。清渣, 人工去除工件表面的飞边毛刺、焊渣及附着物; 打磨,主要对板边利边磨圆 和焊缝表面磨圆;脱酯,去除工件表面的油污;抛丸,机械除锈,使工件表面露出金属本色。这里非常强调丸粒的规格及抛丸结果,采用0.8~1.0mm规格的丸粒,得到非常理想粗糙度。抛丸除锈的质量分为Sa1、Sa2、Sa2.5和Sa3四个等级,要想获得良好的涂层附着力,必须达到Sa2.5以上。
  (2)小结构件。主要有小支架类,这类工件结构比较简单,生产过程有下料、部分工件有少量焊接,钻孔机加等工序。经过这些工序工件表面会存在飞边毛刺、板边利边、焊渣及板材本身的氧化皮。这类工件体积比较小,针对性的前处理采用滚抛丸即达到理想效果。滚抛丸是通过工件间的碰撞及丸粒的摩擦除去工件的飞边毛刺 、焊渣、氧化皮,对板边利边磨圆也有一定的作用。当然,板边利边磨圆没有人工打磨效果好,但这类工件后面涂装是采用粉末涂装。粉末涂装选择静电喷涂,板边更利于上粉。
  (3)薄板件。包括大件、小件,工件生产过程有下料、冲压、拼搭焊接。经过这些工序工件表面会存在飞边毛刺、板边利边、焊渣、油酯及材料本身的氧化皮。前处理首先人工清渣打磨去除工件表面的飞边毛刺、焊渣及附着物,磨圆板边利边。然后,上线进行脱酯、除锈、磷化,进行流水线作业。   (三)涂底漆
  底漆是直接涂布在经过前处理的工件表面的基础涂料。由于漆膜的附着力和防护性能主要依靠底漆层。因此,工程机械用底漆必须具备以下列特性:有良好的附着力,所形成的漆膜具有良好的机械强度;具有良好的耐水性和耐腐蚀性,有良好的配套性和施工性。
  装载机大结构件因板厚及外形尺寸大等特点,选择聚氨酯炳烯酸双组份溶剂底漆喷涂,在前处理符合涂装要求的基础上,重点解决漆膜对这类部件防护的薄弱位置质量反馈,多年内外质量反馈数据分析结果是板边及焊缝首先生锈。在制定涂装工艺时规定操作者先对 板边及焊缝先喷一道漆,然后对整个部件全面喷涂,流转到下工位已表干再喷涂第二道底漆,要求底漆干膜≥50μm ,经试验能通过400h盐雾试验。
  装载机大薄板件一般由骨架和钣金构成,在生产中焊接采用跳焊,工件中存在许多夹缝,这些夹缝是采用一般喷涂方式无法解决的涂装盲点,适合采用前处理和阴极电泳涂装工艺组成的涂装线。从质量、成本、环保、材料和效率等方面来看,阴极电泳涂装目前仍是最好、最先进的涂底漆方法,阴极电泳的泳透力高,所得涂膜的耐腐蚀性好。
  电泳涂装具有以下优点:①有利于实现自动化流水线生产,生产效率大幅提高;②漆膜厚度均匀,很容易通过电压调整,在10~35μm范围内控制膜厚在某一个值;③较好的边缘、内腔及焊缝的涂膜覆盖性;④优越的环保、安全作业性;⑤涂料利用率高达95%;⑥漆膜外观好、无流痕、平整、光滑。
  阴极电泳工艺虽然比较成熟,但必须控制工艺参数:①槽液固体分;②pH值; ③电导;④槽液温度;⑤电压;⑥电泳时间;⑦极距和极比。
  (四)关于中涂漆
  中涂漆是装配后整机涂面漆的涂装工艺设计,即部件涂中涂漆,要求涂与面漆同色中涂漆,整机装配之后再涂面漆。这种传统的涂装工艺设计存在以下不足:①一些零部件全部或局部无法喷涂面漆。如部分小支架类整件无法喷涂面漆,摇臂、前车架内腔、后车架内侧局部无法喷涂面漆。影响外观质量,引起用户对产品质量产生质疑,如怀疑整机是二手翻新机;②橡胶件、油缸活塞杆、装配加工面等不需涂装的部位屏蔽困难,阻碍生产效率的提高;③很难实现理想的套色方案,影响整体美感。因此,我们借鉴了汽车生产的涂装工艺,实行零部件面漆化,实现整机不再涂装。
  (五)面漆和套色方案
  涂装质量给予人们直观的外观质量感受,是产品以商品形式进入市场的“第一质量”要素,它同产品的内在质量一起,决定了一个产品的生命,甚至决定了一家公司的生存和发展。面漆涂装同样是根据零部件的结构特点进行面漆涂装。
  (1)双组分溶剂漆喷涂。这种工艺主要针对大结构件、特大薄板件施工。装载机特大薄板件指的是整体发动机罩和驾驶室。 在工程机械涂装质量控制中,过去主要针对流挂、橘皮、颗粒、露底、咬边、渗色、光泽低、剥落等外观质量进行控制。近年来,随着市场竞争的日益加剧,用户对设备增值保值的观念在不断增强,对涂装漆膜内在质量提出更高要求。施工中应特别注意以下问题:①调漆必须按规定的组分比例调配并规定的时间内使用;②调漆必须充分搅拌,配用风动搅拌机,减轻操作者的劳动强度;③调漆粘度必须符合工艺要求,推荐粘度值18~27s;④工件烘干后才能下线,推荐烘干温度60~80oC、烘干时间25~30分钟。
  (2)粉末静电喷涂。粉末涂料是一种含有100%固体份、以粉末形态涂装的涂料,与一般溶剂型涂料和水性涂料不同,不使用溶剂作为分散介质,而是借助空气作为分散介质。其应用原理是利用静电喷枪内的高压静电发生器,使粉末粒子带上负电,在净化的压缩空气作用下,飞向接地的带上正电的工件表面。将带粉的工件输送至180—200℃烘道或烘箱中,进行烘干熔融即可。粉末涂料从固化成膜过程,可将其分为热固性粉末涂料和热塑性粉末涂料,当前使用较多的是热固性粉末涂料。相对于溶剂型涂料而言,粉末静电喷涂有质量控制简单;对涂装工操作技能要求不高;涂料利用率高;无环境污染等优点。近年来,柳工应用粉末静电喷涂工艺得到快速发展,装载机前后挡泥板、发动机罩组合件等薄板件和摇臂、轮辋等结构件都成功应用粉末静电喷涂工艺。特别是小薄板件和小结构件采用粉末静电喷涂更有优越性,这些零件结构简单,无夹缝等喷涂盲点,经前处理后不需电泳直接粉末静电喷涂,也得到良好的涂装质量,漆膜膜厚≥90μm时可以通过600h盐雾试验和1000h加速老化试验。
  (3)套色方案。 现在的工程机械除了产品性能以外,还要注重产品的外观,所以一般面漆涂都采用套色方案,套色方案有部件与部件间涂不同颜色和同一部件涂不同颜色两种套色方案,在套色方案中可以分为基础主色和彩条色两种。一般工艺为先喷彩条面漆,烘干屏蔽后再基础主色面漆。因涂装工艺设计为部件面漆化、整机不涂装,部件与部件间涂不同颜色的套色方案不需屏蔽等复杂操作。所以,部件面漆化、整机不涂装可获得比较丰富的套色方案,增加整机美感。
  三、涂装环境控制
  涂装环境直接影响到涂装外观质量,有时还会影响到漆膜附着力。就影响涂装质量而言,涂装环境主要考虑温度、湿度和空气清洁度。
  (一)温度和湿度
  涂装车间的温度和湿度对涂料的施工性能和干燥性影响很大。气温在5℃以下,涂料干燥极慢,但温度超过80℃时,溶剂挥发过快,漆膜失光,附着力也有一定下降;湿度在85%以上时易产生涂层发白现象,使涂膜性能下降。湿度过高时可能会在工件表面凝聚水分,导致漆膜在外观上出现气孔,在机械性能上附着力差,甚至起皮脱落,失去对工件基体的防护作用。这种现象在我国南方城市每年2~5月份较严重,应对措施是:当湿度≥80%时,喷涂前让工件在50~70℃温度下烘干工件表面水分。降温后,工件表面温度高于环境温度3~5℃时喷涂,这样可消除过高的湿度对涂装质量的影响。特殊工件的涂装线建造时,工艺设计就专门设置涂前烘干工件表面水分的工序,用来应对每年2~5月份湿度≥80%时涂装需要。
  (二)空气清洁度
  空气中的尘埃直接影响到涂层的外观质量。特别是烧烤涂料施工环境,影响很大。如果环境中存在尘埃,漆膜粗糙、光泽度下降。为了得到优良的漆膜,必须采取适当的防尘措施。
  四、结束语
  装载机借鉴了汽车生产工艺,实行零部件面漆化涂装后再进行组装,组装后不再进行整机涂装 。工程机械企业对涂装的投入无法与汽车企业相比,无论人力、物力、财力都相去甚远。但并不意味着工程机械企业就不能生产出高品质涂层,只要坚持“持续改善”的理念,在满足基本设备的条件下,采取科学的管理制度,开拓思维,充分发挥每一位员工的聪明才智,工程机械企业也能得到高品质的涂装质量。
  参考文献:
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