李 娜，劉慶義，臧加倫

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊 261061）

靜電噴粉在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件中的應(yīng)用

李 娜，劉慶義，臧加倫

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東濰坊 261061）

主要介紹了靜電噴粉工藝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的應(yīng)用情況，并對(duì)粉末涂料的選擇以及工藝應(yīng)用中出現(xiàn)的典型缺陷及解決措施進(jìn)行了探討。

靜電噴粉；噴涂工藝；性能

0　引言

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)外觀質(zhì)量要求的不斷提高，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件毛坯防銹涂層的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。目前，國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件廣泛應(yīng)用的是底漆防銹工藝，容易出現(xiàn)漆泡、流漆、積漆等現(xiàn)象，防銹能力欠佳，還存在噴涂環(huán)境惡劣、職工勞動(dòng)強(qiáng)度高等問(wèn)題。靜電噴粉作為一種新的涂裝技術(shù)，具有節(jié)省能源和資源、減少環(huán)境污染、工藝簡(jiǎn)便、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、涂層堅(jiān)固耐用、粉末可回收再用等優(yōu)點(diǎn)[1]，正逐步取代傳統(tǒng)的涂裝工藝。而現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)大型復(fù)雜鑄件的靜電噴粉工藝應(yīng)用較少，本文主要介紹了靜電噴粉工藝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的應(yīng)用，并對(duì)粉末涂料的選擇以及工藝應(yīng)用中出現(xiàn)的典型缺陷及解決措施進(jìn)行了探討。

1　缸體鑄件靜電噴粉工藝介紹

1.1靜電噴粉工藝及特點(diǎn)

靜電噴粉技術(shù)是利用高壓靜電發(fā)生器產(chǎn)生高壓靜電，當(dāng)粉末涂料從帶有高壓靜電發(fā)生器的噴槍槍口噴出時(shí)，粉末成為帶負(fù)電荷的粉末顆粒，粉末在空氣推力和電場(chǎng)力共同作用下奔向帶正電的接地工件并吸附在其表面，形成粉末涂層，粉末涂層經(jīng)高溫固化后形成防護(hù)涂層[2]。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)期靜電噴粉工藝的應(yīng)用，總結(jié)出靜電噴粉工藝有以下顯著特點(diǎn)：

(1)操作環(huán)境改善。靜電噴粉工藝避免了傳統(tǒng)噴漆工藝的漆霧飛散，工作環(huán)境大大改善，同時(shí)減少了液體涂料溶劑對(duì)自然環(huán)境的污染。

(2)自動(dòng)化程度高。靜電噴粉工藝易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)涂裝，生產(chǎn)效率高，適合于自動(dòng)化大批量生產(chǎn)。

(3)材料利用率高。靜電噴粉的過(guò)噴粉末經(jīng)回收系統(tǒng)收集、過(guò)篩，再送入供粉系統(tǒng)重新使用，篩余的粉末由供方回收重新利用，材料利用率接近100%。

(4)涂層性能優(yōu)越。靜電噴粉涂層與一般液體涂料涂層相比涂層外觀質(zhì)量更好，涂層性能優(yōu)越，部分對(duì)比數(shù)據(jù)參照表1。

表1　靜電噴粉與水性底漆涂層性能對(duì)比

1.2工藝流程及參數(shù)

以下以本公司重型發(fā)動(dòng)機(jī)缸體全自動(dòng)靜電噴粉線為例，介紹靜電噴粉工藝流程及主要工藝參數(shù)。其主要工藝流程為：前處理→吹灰→預(yù)熱→靜電噴粉→固化→強(qiáng)冷下件。具體為鑄件經(jīng)清理檢驗(yàn)后用懸掛起重機(jī)吊放在過(guò)渡輥道上，鑄件缸體與缸蓋結(jié)合面向下，經(jīng)過(guò)吹灰、預(yù)熱后進(jìn)入粉房自動(dòng)噴粉（含手工補(bǔ)噴），再經(jīng)輥道運(yùn)至固化爐固化，最后鑄件經(jīng)強(qiáng)制冷卻后即可下線。

（1）前處理 。鑄件前處理的目的為去掉鑄件表面的氧化皮等，使工件表面形成一定的粗糙度，提高涂層與鑄件的結(jié)合力，重型發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件一般經(jīng)拋丸方能滿足要求。

（2）吹灰 。采用壓縮空氣人工清吹的方式，吹落鑄件殘留廢砂、鋼丸和灰塵，如圖1所示。

圖1　吹灰室吹灰操作

（3）預(yù)熱 。主要分兩種，一種是烘干至100 ℃以下，除去鑄件表面的潮氣，增加粉末與鑄件之間的吸附力；此外，如涂層要求較厚，可將鑄件溫度預(yù)熱至100～160 ℃，以增加粉末沉積厚度。一般情況下，鑄件有拋丸余熱時(shí)不需要進(jìn)行預(yù)烘干。

圖2　鑄件在預(yù)熱爐內(nèi)預(yù)熱

（4）靜電噴粉 。缸體靜電噴粉在密閉噴粉房?jī)?nèi)進(jìn)行，采用進(jìn)口全自動(dòng)靜電噴粉設(shè)備。主要由靜電發(fā)生器、粉末噴槍、供粉裝置、供氣系統(tǒng)及回收裝置等五大部分組成。

設(shè)置6把自動(dòng)噴槍（缸體左右側(cè)面各3把），根據(jù)鑄件形狀、大小、復(fù)雜程度，分別調(diào)節(jié)自動(dòng)噴槍的位置、噴粉量、電壓、電流等參數(shù)，盡量使各部位涂層均勻，固化后涂層厚度可控制在60 ～100 μm，靜電噴粉主要參數(shù)見(jiàn)表2。另外還設(shè)置2把手動(dòng)噴槍用于缸體前后端面及側(cè)面局部部位的補(bǔ)噴。缸體靜電噴涂時(shí)的狀態(tài)如圖3所示，圖4為缸體靜電噴粉后出噴粉房時(shí)的狀態(tài)。

表2　靜電噴粉主要參數(shù)設(shè)置

圖3　缸體靜電噴涂狀態(tài)

圖4　缸體靜電噴粉后出噴粉房

（5）固化。固化是靜電噴粉工藝中的一個(gè)關(guān)鍵工序，對(duì)涂層的物理、化學(xué)性能影響極大，固化工藝必須嚴(yán)格執(zhí)行。一般來(lái)講，固化工藝中的加熱溫度和保溫時(shí)間由粉末的固化特性決定，我們所使用的粉末為低溫?zé)峁绦原h(huán)氧粉末涂料，以鑄件本體表面溫度在140 ℃以上保溫15～20 min為原則，固化爐加熱段長(zhǎng)度和加熱溫度都是根據(jù)爐溫跟蹤儀測(cè)定的鑄件本體溫度曲線而設(shè)計(jì)的。固化爐采用天然氣燃燒加熱的臥式直通式結(jié)構(gòu)，在多個(gè)區(qū)域安裝熱電偶以便精確控制爐溫。

此外，缸體在固化爐內(nèi)采用雙件排列方式，在滿足保溫時(shí)間和生產(chǎn)節(jié)拍條件下，縮短了固化區(qū)爐窯長(zhǎng)度，降低了設(shè)備制作成本，節(jié)省了設(shè)備場(chǎng)地。

（6）強(qiáng)冷。固化后缸體表面溫度高，需進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以使鑄件出爐時(shí)的表面溫度接近室溫。目前一般采用排氣冷卻工藝，強(qiáng)冷室配置離心式冷卻風(fēng)機(jī)，配備可靠的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)及其管路，噴涂缸體經(jīng)過(guò)強(qiáng)冷后，最終下線。

2　缸體鑄件粉末涂料的選擇

2.1粉末涂料類型的選擇

粉末涂料是由樹(shù)脂、固化劑、顏料、填料和添加劑等以一定的比例混合，再通過(guò)攪拌、熱擠壓、冷卻、粉碎和過(guò)篩等工藝配制而成的粉末狀物質(zhì)。粉末涂料分為熱塑性粉末和熱固性粉末，樹(shù)脂種類基本有環(huán)氧、聚酯、聚氨酯、丙烯酸酯等。粉末涂料的選擇與質(zhì)量控制對(duì)噴涂工藝性及涂層性能至關(guān)重要，作為發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件防銹材料而言，易選用熱固性環(huán)氧粉末涂料。相同體系的粉末涂料由于樹(shù)脂、固化劑選用的不同，其對(duì)固化溫度及時(shí)間的要求也有差異，普通的國(guó)產(chǎn)粉末涂料固化溫度一般要達(dá)到180 ℃，國(guó)內(nèi)有外資公司研制出固化溫度150 ℃甚至更低的低溫固化環(huán)氧粉末涂料，選擇這種低溫固化粉末用于厚大發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件，即可節(jié)約能源又可以更好地保證涂層固化質(zhì)量。

2.2粉末涂料的性能指標(biāo)控制

粉末涂料的特性指標(biāo)一般包括粒徑分布、膠化時(shí)間、流動(dòng)性和比重等，這些特性指標(biāo)都要滿足涂料的應(yīng)用性如流化性、上粉率等要求。粒徑的控制尤其值得關(guān)注，一般來(lái)講，涂料粒徑越小越有利于其固化時(shí)的流平性，涂層的外觀越平整光滑，但小于10 μm的超細(xì)粉基本不帶電，會(huì)導(dǎo)致噴涂效率下降，涂料的上粉率和回收率降低；顆粒較粗，特別是大于60 μm的，重力慣性力大于庫(kù)侖力，也不易上工件，影響上粉率。因此粉末涂料的平均粒徑通常要控制在30～40 μm，并要嚴(yán)格控制超細(xì)粉以及粗粉含量。

鑄件防銹用粉末涂層的性能指標(biāo)通常包括附著力、光澤、硬度、柔韌性、沖擊強(qiáng)度、耐化學(xué)品能力等。若使涂層的綜合性能得到最佳，上述指標(biāo)間一定要良好匹配，尤其是沖擊強(qiáng)度和柔韌性的匹配，沖擊強(qiáng)度要求越高則涂層的韌性也就要越強(qiáng)，但是容易引起涂層在后續(xù)切削加工過(guò)程中出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象，因此對(duì)粉末涂料沖擊強(qiáng)度的要求不宜太高。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件用粉末涂料及涂層的部分性能指標(biāo)要求如表3。

2.3粉末涂料性能檢測(cè)

粉末涂料部分性能的檢測(cè)需要通過(guò)樣板來(lái)進(jìn)行，樣板的制作及固化要嚴(yán)格按涂料要求的工藝執(zhí)行，要使用小型電熱鼓風(fēng)干燥箱在規(guī)定的溫度和時(shí)間下使樣板固化，切不能隨鑄件在固化爐中固化。樣板隨鑄件在固化爐內(nèi)固化時(shí)，樣板實(shí)際溫度高于要求溫度，固化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使樣板粉末脆化，性能惡化；反之，固化溫度低、時(shí)間短導(dǎo)致粉末涂料固化不完全，粉末涂料的性能也不能良好的發(fā)揮出來(lái)。另外，檢測(cè)樣板的膜厚要控制在合適的范圍內(nèi)，否則會(huì)直接影響沖擊強(qiáng)度以及柔韌性測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，一般厚度控制在60～80 μm比較合適。粉末涂料各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢測(cè)方法列于表3中。

表3　發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件用粉末涂料部分技術(shù)要求

3　4靜電噴粉工藝典型缺陷及解決措施

3.1涂層加工拉絲

加工拉絲是靜電噴粉工藝在我公司應(yīng)用初期出現(xiàn)的最典型缺陷，如圖5中圈示區(qū)域，在鑄件機(jī)加工過(guò)程中，粉末涂層不能被平整切削掉，在鑄件邊緣殘留毛邊。

通過(guò)對(duì)該缺陷問(wèn)題的分析、改進(jìn)及生產(chǎn)驗(yàn)證表明，產(chǎn)生靜電噴粉涂層加工拉絲缺陷的主要因素及解決措施包括以下幾方面：①合理控制粉末涂料柔韌性：粉末涂層柔韌性越好，涂層越不易被切削掉，因此作為鑄件毛坯防銹工藝材料來(lái)講，不能一味追求高柔韌性，將涂料沖擊強(qiáng)度從50 kg·cm降低到30 kg·cm后，拉絲現(xiàn)象得到了明顯改善；②確保粉末涂層固化完全：產(chǎn)生拉絲現(xiàn)象的鑄件中，其厚大部位的拉絲現(xiàn)象較薄壁處嚴(yán)重，推斷有可能厚大部位粉末涂層固化不充分，因?yàn)楹翊蟛课昏T件升溫慢，該部位粉末的固化溫度和時(shí)間可能達(dá)不到工藝要求，后經(jīng)爐溫跟蹤儀測(cè)定鑄件本體溫度曲線證實(shí)了這一點(diǎn)，隨后根據(jù)鑄件厚大部位粉末固化要求優(yōu)化了爐溫設(shè)定參數(shù)；③適當(dāng)降低噴粉涂層厚度：涂層厚度太厚，不但造成材料浪費(fèi)，還惡化涂層性能，涂層厚度通過(guò)噴槍位置、噴粉量、靜電電壓等參數(shù)進(jìn)行控制，一般控制在60 ～100 μm為宜。通過(guò)以上措施的實(shí)施，靜電噴粉涂層加工拉絲現(xiàn)象得到了徹底解決。

圖7　加工拉絲缺陷

3.2供粉和上粉缺陷

靜電噴涂工藝中最容易出現(xiàn)供粉和上粉類的缺陷，主要有供粉不足、上粉率差、堵槍等。這類缺陷主要與粉末涂料的特性以及噴涂工藝的控制有關(guān)。

在粉末涂料特性方面，除了確保涂料配方合理、各組分良好匹配外，粒徑控制和粉末吸潮問(wèn)題也不容忽視。超細(xì)粉含量高或粒度太粗都會(huì)影響粉末流動(dòng)性，降低上粉率抑或發(fā)生堵槍。粉末吸潮將影響其帶電性能， 降低上粉率，影響流動(dòng)性、成膜性能等，會(huì)產(chǎn)生涂膜氣泡和針孔及堵槍等弊病，吸潮嚴(yán)重結(jié)團(tuán)則無(wú)法進(jìn)行靜電噴涂。另外，當(dāng)使用回收粉時(shí)要特別注意回收粉中雜質(zhì)的去除，不然容易出現(xiàn)堵槍并惡化涂層質(zhì)量，并要合理控制新粉與回收粉的用量比。

在噴涂工藝方面，粉末的附著力隨靜電壓的增加迅速升高，當(dāng)達(dá)到90 kV后附著力變化不明顯，因此生產(chǎn)中噴粉電壓控制在 60～90 kV較適宜。在靜電壓確定的情況下，電場(chǎng)強(qiáng)度與極間距離成反比，但噴槍與工件間距離過(guò)短時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花放電；距離太遠(yuǎn)則上粉率降低，一般靜電噴涂距離在 150～250 mm較適宜。壓縮空氣不凈，氣壓不足，容易產(chǎn)生粉末流平性差、吐粉等缺陷，氣壓控制在9.8～20.6 kPa為佳。噴槍對(duì)工件局部停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生靜電擊穿，是涂層產(chǎn)生針孔、氣泡的原因之一。另外，在噴涂過(guò)程中一定要保證工件接地良好，工件接地不良，會(huì)影響上粉率，甚至導(dǎo)致涂層厚度不均、橘皮、針孔、起皺、流掛、附著力差等缺陷。同時(shí)要避免粉末長(zhǎng)時(shí)間存放在供粉桶內(nèi)，并且流化床的裝粉量不宜超過(guò)流化床體積的2/3，否則也會(huì)影響粉末流化。

掌握了以上各因素與缺陷之間的關(guān)系，在遇到問(wèn)題的時(shí)候就可以有針對(duì)性地系統(tǒng)分析，是需要在粉末涂料特性上調(diào)整，還是需要在噴涂工藝上改進(jìn)。

4　結(jié)束語(yǔ)

靜電噴粉作為一種新工藝越來(lái)越多地應(yīng)用于鑄件防銹，但是其應(yīng)用技術(shù)仍然需要進(jìn)一步規(guī)范，在使用和推廣靜電噴粉工藝過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)工藝控制，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)踐，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)，獲得最佳的噴涂效果，更好地發(fā)揮這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)。

［1］ 梁繼勇.大型工件的靜電噴粉［J］.涂料工業(yè),2007,37（6）:67.

［2］ 閆萬(wàn)舉.高壓靜電發(fā)生器的原理、結(jié)構(gòu)和選用［J］.涂裝與電鍍,2010,（6）:24～25.

［3］ 吳殿杰，丁威. 國(guó)內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄鐵件生產(chǎn)現(xiàn)狀［J］. 中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),2008（2）.

Electrostatic Powder Spraying on Engine Block Castings

Li Na, Liu QingYi, Zang JiaLun
(Weichai Power Co.,Ltd.，Weifang 261061，Shandong，China )

This paper described the electrostatic spraying process on engine block, the selection of powder coatings and the typical defects and the solution were also discussed.

Electrostatic Spraying；Powder Coating Process；Performance

TG174.442；

A；

1006-9658（2015）06-0017-04

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.06.005

2015-07-03

稿件編號(hào):1507-986

李娜（1982—），女，工程師，主要從事鑄造造型材料研究及工藝開(kāi)發(fā)工作.