王啟祥

（浙江中力機(jī)械股份有限公司，湖州 313300）

粉末靜電噴涂生產(chǎn)線是指通過靜電噴涂方式均勻噴附到鋼類工件表面形成保護(hù)層的專用生產(chǎn)線。這里主要以聚合物樹脂粉末為主，其中粉末是100%固體含量、零揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）的“4E”涂料。這種涂料是公認(rèn)的環(huán)境友好型涂料，對(duì)多個(gè)傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域溶劑型涂料實(shí)現(xiàn)了顛覆式的產(chǎn)業(yè)替換[1]。粉末靜電噴涂生產(chǎn)線是伴隨粉末涂料的發(fā)明和使用而產(chǎn)生的一種全新的涂裝工藝生產(chǎn)線。近年來，隨著粉末涂料在國內(nèi)的推廣，粉末靜電噴涂生產(chǎn)線設(shè)備迅猛發(fā)展。目前，粉末靜電噴涂生產(chǎn)線已經(jīng)在電梯、工程機(jī)械、休閑家具、家用電器以及機(jī)械制造等行業(yè)發(fā)揮著重要作用。

通常情況下，粉末靜電噴涂生產(chǎn)線工序較多，線體較長，占地面積大。由于其非標(biāo)定制的特點(diǎn)，在制造業(yè)生產(chǎn)中扮演著十分重要的角色。尤其是涂裝作為制造業(yè)的重要一環(huán)，是制造業(yè)中的關(guān)鍵工序。涂裝線的好壞往往關(guān)系到整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的順暢性，因此直接與經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)。如何在設(shè)備投入前規(guī)劃好線體，對(duì)制造企業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)來說具有重要意義。文章從實(shí)際使用的角度出發(fā)，分析了粉末靜電噴涂生產(chǎn)線設(shè)備投入中遇到的常見問題，并提出了相關(guān)解決思路。

1 需求問題分析

有些企業(yè)不重視粉末靜電噴涂生產(chǎn)線的前期規(guī)劃，稀里糊涂裝上涂裝線，并不明確自己目前的需求，且對(duì)未來需求規(guī)劃不到位，容易導(dǎo)致諸多問題，如產(chǎn)品的兼容性差和工藝參數(shù)有誤造成產(chǎn)品涂裝質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題。后期若想整改，存在難度大和成本高的問題。

針對(duì)以上問題需要在規(guī)劃涂裝線之前做好以下規(guī)劃。

（1）產(chǎn)品問題分析。規(guī)劃粉末靜電噴涂產(chǎn)線前，需要對(duì)擬噴涂的產(chǎn)品長寬高尺寸、重量和擬組掛重量、表面積及結(jié)構(gòu)等進(jìn)行全面分析。需要注意，在考慮產(chǎn)品尺寸時(shí)，需要關(guān)注工件的組掛方式、吊掛方式和漏水孔位置。爭(zhēng)取做到既要好掛又要好噴，同時(shí)兼顧效率。

（2）前期需要做好工藝分析和工藝試驗(yàn)，確保有效的工藝流程，使得工藝參數(shù)更加準(zhǔn)確。

（3）需要做好產(chǎn)能規(guī)劃。噴塑線產(chǎn)能一旦確定，后期很難提升，且改造的可能性很小。因此，合理的產(chǎn)能規(guī)劃十分關(guān)鍵，能夠?yàn)槲磥懋a(chǎn)能提升奠定基礎(chǔ)，但不能過度投資造成產(chǎn)能浪費(fèi)，需要綜合產(chǎn)能、投資、場(chǎng)地等因素合理規(guī)劃產(chǎn)能和節(jié)拍。

2 工藝問題分析

粉末靜電涂裝生產(chǎn)線屬于非標(biāo)產(chǎn)線，需要根據(jù)不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的工藝流程和工藝參數(shù)。一般在初始規(guī)劃時(shí)需要在類似產(chǎn)線上進(jìn)行工藝試驗(yàn)。下面分析常見工藝及其出現(xiàn)的問題。

2.1 鋼鐵制品粉末靜電噴涂常見工藝流程

鋼鐵制品粉末靜電噴涂常見工藝流程如下：上件→拋丸→熱水洗→預(yù)脫脂→主脫脂→水洗→純水洗1→硅烷化→純水洗2→純水洗3→吹水→刮導(dǎo)電膩?zhàn)印趾娓伞鋮s1→打磨→屏蔽→噴粉→固化→冷卻2→下件。

2.2 鋼鐵制品粉末靜電噴涂常見工藝流程問題分析

鋼鐵制品粉末靜電噴涂的常見問題主要從拋丸、熱水洗、脫脂、水洗和純水洗1、硅烷化、純水洗2和純水洗3、水分烘干、噴粉以及固化9個(gè)流程進(jìn)行分析。

2.2.1 拋丸

拋丸清理工藝是一種表面處理技術(shù)，通過拋丸器葉片的高速運(yùn)動(dòng)，利用離心力將彈丸高速拋落沖擊在工件或物體表面，達(dá)到清理強(qiáng)化的效果[2]。拋丸工藝用在粉末靜電噴涂生產(chǎn)線的前處理工藝中，主要用來去除工件表面的氧化皮。表面質(zhì)量較好的原材料可以取消拋丸工序。另外，對(duì)于薄板件而言，拋丸容易導(dǎo)致其變形，因此3 mm以下的薄板件一般不考慮拋丸工藝。薄板件常用的除氧化皮工藝是酸洗，但是酸洗工藝對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，逐漸被行業(yè)舍棄。因此，薄板件一般用于提高原材料表面質(zhì)量，或者采用打磨工藝。

2.2.2 熱水洗

熱水洗主要采用溫度為50～60 ℃的熱水噴淋清洗工件表面，以達(dá)到處理工件表面油污的效果。同時(shí)，熱水洗可以減少工件帶進(jìn)預(yù)脫脂工序的油污量，節(jié)約脫脂藥劑的使用和排放，以達(dá)到降本和環(huán)保的目的。但是，有些廠家不注重本工序，常常省掉這一步驟或者用冷水取代。本文不建議取消該工序。

2.2.3 脫脂

脫脂包括預(yù)脫脂和主脫脂。脫脂的目的是深度處理金屬工件表面的防銹油、切削油以及灰塵等雜質(zhì)，以保證金屬表面清潔，確保塑粉和工件的有效黏連，從而保障工件表面的外觀質(zhì)量。常用的脫脂方法包括水基堿液噴淋清洗、水基堿液噴淋加浸泡清洗以及浸泡式超聲波清洗等。需要說明：對(duì)腔體型工件內(nèi)表面有表面處理要求的，一般需要選擇噴浸結(jié)合的工藝；對(duì)于普通工件，一般直接噴淋即可達(dá)到效果。具體選擇哪種工藝，需要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分析。

2.2.4 水洗和純水洗1

水洗和純水洗1主要對(duì)工件進(jìn)行再次清洗，防止脫脂劑進(jìn)入硅烷化槽內(nèi)。需要說明，在水質(zhì)達(dá)標(biāo)的情況下，純水洗1可以用自來水代替，具體可以進(jìn)行工藝試驗(yàn)后再確定。

2.2.5 硅烷化

硅烷化的目的是在金屬表面形成一層表面耦合劑，使得塑粉與金屬緊密連接。傳統(tǒng)的涂裝產(chǎn)線中常用磷化技術(shù)。隨著國家環(huán)保法規(guī)對(duì)鋅、鎳、錳、磷、氮等的控制越來越嚴(yán)格，作為代替磷化前處理的硅烷化金屬表面處理技術(shù)，在涂裝前處理行業(yè)中逐漸成為引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展方向的重要工藝之一[3]。綜合考慮能耗和環(huán)保等問題，對(duì)新規(guī)劃的粉末靜電噴涂線，建議采用硅烷化工藝。

2.2.6 純水洗2和純水洗3

純水洗2和純水洗3工藝根據(jù)硅烷化藥劑的需求來定，可以取消或者改成一道純水洗，也可以使用符合水質(zhì)要求的自來水替代純水。

2.2.7 水分烘干

水分烘干是指用高溫?zé)犸L(fēng)將工件表面的水分吹干，確保噴分前工件干燥。該工序工藝參數(shù)可根據(jù)工件的具體尺寸和厚度確定，一般溫度為150～180 ℃、時(shí)間為15～20 min，具體參數(shù)以工藝試驗(yàn)確定。

2.2.8 噴粉

噴粉是指粉末在電場(chǎng)力和壓縮空氣壓力的雙重推動(dòng)下到達(dá)工件表面，依靠靜電吸引在工件表面形成一層均勻的涂層[4]。配備相應(yīng)的附件可以確保以下幾個(gè)方面：保持噴粉環(huán)境的潔凈度，防止雜質(zhì)進(jìn)入；保持塑粉環(huán)境的溫度、濕度和壓縮空氣的濕度，確保粉末的活性和電離特性；做好掛具和線體接地，保持粉末和工件之間的電場(chǎng)。

2.2.9 固化

固化是指塑粉在高溫?zé)犸L(fēng)下熔融流平直至膠化和固化在工件表面的過程。固化過程一般需要保持工件所處的環(huán)境溫度恒定保持在180～220 ℃，時(shí)間為20～35 min，具體參數(shù)需要根據(jù)塑粉的特性來確定。特別注意，需要保持溫度的均勻和恒定，時(shí)間不能太短也不宜過長，具體可以根據(jù)塑粉的工藝說明書來確定[5]。

3 產(chǎn)線配置問題分析

粉末靜電噴涂生產(chǎn)線往往投資額度高，少的上百萬，多的數(shù)百萬甚至上千萬。對(duì)中小企業(yè)來說，設(shè)備的一次性投資成本并不低，這就造成部分制造企業(yè)過分關(guān)注設(shè)備價(jià)格而忽視了設(shè)備配置，容易造成設(shè)備整體配置較差，故障不斷，無法正常使用。針對(duì)以上問題，需要關(guān)注如下內(nèi)容。

3.1 前處理噴淋系統(tǒng)配置

前處理模塊主要由棚體、槽體、水泵和噴淋管路4部分組成。其中：棚體的主要作用是隔絕和收集噴淋的液體，防止噴灑到車間其他區(qū)域；槽體是進(jìn)行收集和存放噴淋液體的容器；水泵和噴淋管路用來產(chǎn)生噴淋壓力，從而輸送液體。

目前，棚體、槽體、噴淋管路3個(gè)模塊主要有兩種材質(zhì)，分別為PP（聚丙烯）材質(zhì)和不銹鋼材質(zhì)。PP材質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是投資成本低、安裝制作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是板件易變形老化、不耐沖擊，一旦工件脫落，很容易砸壞管路或者槽體。PP材質(zhì)適合用于投資預(yù)算低或者工件較輕的輕型涂裝線，整體使用年限一般不超過10年。不銹鋼材質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是美觀、堅(jiān)固、耐用，缺點(diǎn)是一次性投資成本較高。不銹鋼材質(zhì)的前處理模塊，一般整體使用年限可以達(dá)到15年。

水泵一般選用優(yōu)質(zhì)品牌，可以使用不銹鋼泵或者鑄鐵泵。

3.2 烘干和固化系統(tǒng)配置

烘干固化模塊的主要作用是通過熱風(fēng)循環(huán)將工件保持在一定溫度。常見的結(jié)構(gòu)主要采用炭鋼型材框架作為支撐，巖棉板作為密封板，制作成為一個(gè)封閉式通道。這里的常見問題一般是不清楚板材的厚度和材料選型。因此，普通建議采用容重為120 kg·m-3的巖棉板，內(nèi)板厚度不建議低于1 mm，外板不建議低于0.8 mm。根據(jù)實(shí)測(cè)，內(nèi)板為1 mm、外板為0.8 mm、容重為120 kg·m-3的巖棉板做成的固化烘道。冬季烘道內(nèi)外溫差不超過10 ℃。

3.3 靜電噴粉系統(tǒng)配置

靜電噴粉系統(tǒng)主要包含噴粉房、噴粉系統(tǒng)和回收系統(tǒng)3個(gè)模塊。

噴粉房是一種側(cè)板、底板和頂板拼合而成的房體結(jié)構(gòu)，是粉末靜電噴涂的主要場(chǎng)所。噴粉房一般用PP板或不銹鋼材質(zhì)制作。因?yàn)椴讳P鋼粉房容易粘粉，不透光，所以一般選擇PP粉房。

噴粉系統(tǒng)一般是指靜電噴槍和供粉中心。這里需要注意保持粉末保存環(huán)境的溫度和濕度。若溫度和濕度過高，則粉末容易結(jié)塊，不僅需要配備相應(yīng)的制冷和除濕設(shè)備，還需要配置壓縮空氣熱感機(jī)保持空氣干燥。另外，對(duì)表面涂層厚度要求高的產(chǎn)品，選擇噴槍時(shí)建議優(yōu)先選擇國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)或者進(jìn)口品牌。常見的進(jìn)口品牌噴槍特點(diǎn)是噴粉量小、上粉率高，對(duì)表面涂層厚涂控制比較精確，粉末浪費(fèi)少。

塑粉回收系統(tǒng)目前常用大旋風(fēng)回收除塵系統(tǒng)，主要包含大旋風(fēng)系統(tǒng)和后端過濾器。通過大旋風(fēng)系統(tǒng)將大顆粒粉末分離回收進(jìn)入供粉中心，過濾后的超細(xì)粉作為廢料集中收集。需要注意，要根據(jù)粉房尺寸合理計(jì)算風(fēng)量，同時(shí)保持風(fēng)壓以確?；厥招Ч己?。

3.4 輸送系統(tǒng)配置

輸送系統(tǒng)主要包含鏈條、驅(qū)動(dòng)和軌道等模塊。配置輸送系統(tǒng)需要注意：前期計(jì)算好產(chǎn)品，主要包含掛具和組掛件的總重量，確保鏈條和驅(qū)動(dòng)的合理選擇，防止因鏈條拉力不夠或者驅(qū)動(dòng)動(dòng)力不足而影響產(chǎn)線效率；通過產(chǎn)品、掛具以及組掛件的總重量，合理選擇軌道和支撐架的規(guī)格與型號(hào)；多驅(qū)動(dòng)的鏈線需要合理布局驅(qū)動(dòng)位置，同時(shí)設(shè)計(jì)電控時(shí)需要保持兩套驅(qū)動(dòng)同步運(yùn)行；在場(chǎng)地允許的情況下，盡量少設(shè)計(jì)坡道和彎道，尤其是盡量在烘道內(nèi)少設(shè)計(jì)彎軌。因?yàn)閺澻壴诤娴纼?nèi)很容易磨損，且更換不便，所以需要盡可能在前期避免。

4 環(huán)保和安全問題分析

4.1 環(huán)保問題

環(huán)保的設(shè)計(jì)和規(guī)劃既能更好地符合各項(xiàng)環(huán)保法規(guī)，也能達(dá)到綠色生產(chǎn)的目的，以保障工作場(chǎng)所的環(huán)境質(zhì)量，確保員工身心健康。下面分析粉末靜電噴涂生產(chǎn)線中常見的環(huán)保問題。

4.1.1 工藝環(huán)保

由分析工藝問題可知，目前比較環(huán)保的工藝模式是硅烷化工藝。它產(chǎn)生廢水的氨氮、磷、化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）值較低，綜合廢水化學(xué)需氧量一般在800～1 000。與酸洗磷化工藝廢水動(dòng)輒2 000的COD指標(biāo)和超高的磷含量相比，硅烷化工藝可以減少處理難度和產(chǎn)排污量。

4.1.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)保

設(shè)計(jì)前處理部分工藝水回流，通過減少廢水排放達(dá)到節(jié)約和環(huán)保的目的。

4.1.3 配置環(huán)保

前處理熱水優(yōu)先考慮蒸汽加熱，如果沒有蒸汽，一般選擇燃?xì)鉄崴仩t。由于該處的天燃?xì)馕矚馐侵苯优欧诺?，因此建議此處規(guī)劃使用氮排放少于80 mg·Nm-3的低氮型燃燒機(jī)。

粉房回收和拋丸工序需要合理計(jì)算風(fēng)量，同時(shí)配置優(yōu)質(zhì)的旋風(fēng)除塵和過濾除塵裝置，以確保粉房和拋丸區(qū)域空氣質(zhì)量良好，從而保障顆粒物排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 安全問題

粉末靜電噴涂流水線常見的安全問題主要包括使用安全和配置安全。使用安全是指設(shè)置合理的急停裝置和緊急報(bào)警裝置，確保異常狀態(tài)下可以及時(shí)停機(jī)。配置安全是指粉房?jī)?nèi)顆粒物濃度較高，且所有旋風(fēng)系統(tǒng)都包括封閉的管路與容積腔，在一定的空氣/粉末混合比例及火源環(huán)境中隨時(shí)可能爆炸，需要設(shè)置隔爆閥、泄爆口。電器采用防爆電器，以確保粉房安全。需要注意：使用天燃?xì)庾鳛榧訜崮茉?，需要在接口處安裝燃?xì)庑孤秷?bào)警裝置；噴塑線位置需要合理布局；烘道周圍不要布置易燃易爆品堆放區(qū)；粉房區(qū)域不要布置易產(chǎn)生明火的生產(chǎn)工序；懸空通道底部需要安裝防護(hù)網(wǎng)。

5 結(jié)語

文章主要分析在粉末靜電涂裝線設(shè)備的規(guī)劃和選型中常見的各種問題，并提出解決思路。這樣可以在粉末靜電噴涂生產(chǎn)線設(shè)備投入前做好規(guī)劃和選型，避免后期使用過程中因規(guī)劃設(shè)計(jì)不合理而造成的使用生產(chǎn)問題，從而為制造企業(yè)鋼鐵制品粉末靜電噴涂生產(chǎn)線設(shè)備規(guī)劃和選型提供參考。