陳吉祥，孫世強，王春英，閆文艷，苗德元，張瑞

（1.山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272000；2.山東源根石油化工有限公司，山東 濟寧 272000）

工程機械橋傳動箱在裝配到整機后內(nèi)部需要加注機油，工作過程中由于油液循環(huán)、擠壓，溫度會上升到100 °C左右。箱體內(nèi)部若不噴漆，則會發(fā)生銹蝕。但一般的防銹底漆不具備耐油性，長時間浸泡在高溫油液中會脫落，并進入油液循環(huán)系統(tǒng)，導致油泵和油閥堵塞，使設備不能正產(chǎn)工作。因此，箱體內(nèi)部的涂層不僅要求在工序間和設備庫存、停工期間能夠起到防銹效果，還要保證在設備工作時的高溫狀態(tài)下不脫落。外部涂層不僅要具有防銹保護功能，還應有一定的光澤，起到裝飾作用，使設備有良好的外觀。為了實現(xiàn)對傳動箱的防護，涂裝時需要噴涂3種涂料，傳動箱內(nèi)部和液壓油箱都噴涂耐油底漆[1]，傳動箱外部噴涂防銹底漆和面漆。箱體生產(chǎn)企業(yè)需要購買和儲存3種涂料，噴涂施工3次，烘烤3次。這么做不僅占用涂裝生產(chǎn)線時間，使涂裝生產(chǎn)周期延長，噴漆線產(chǎn)能難以提升，而且能源消耗量大。另外，更換涂料時需要對噴槍及供漆管路進行清洗，增加了稀釋劑用量及揮發(fā)性有機物(VOCs)的產(chǎn)生量和排放量，增加了廢氣處理量和處理成本。在手工調(diào)漆噴涂現(xiàn)場，調(diào)配好的漆并不能正好用完，一般會有少量剩余，如此不僅浪費涂料，而且增加了危險廢物的產(chǎn)生量以及處理費用。

1 原涂裝工藝

根據(jù)圖紙要求，為了滿足傳動箱體不同部位涂層的不同功能，需要對不同部位噴涂不同涂料，先在內(nèi)部噴涂耐油底漆，再在外表面噴涂防銹底漆和面漆，如圖1所示。

圖1 傳動箱體結構和涂層體系示意圖Figure 1 Sketch showing the structure of transmission box and coating system

1.1 涂料及其指標

工程機械傳動箱箱體類零件涂層體系由于所處位置和功能不同而有所不同，所用涂料的性能指標也不同。原工藝采用的涂料包括耐油底漆、防銹底漆及面漆，其性能指標列于表1。

表1 不同涂層的主要技術指標Table 1 Main required properties of different coatings

耐油底漆要求在熱油環(huán)境下具有防腐蝕保護能力，主要技術指標包括1#?10#。防銹底漆與主機用底漆一致，主要功能是防止工件銹蝕，主要技術指標包括1#?7#，但對耐蝕性的要求比另外2種高，要求通過500 h的中性鹽霧(NSS)試驗。工程機械整機涂裝面漆，性能指標包括1#?6#、8#、9#、11#和12#。工程機械傳動箱裝配到主機后一般不外露，雖然采用的面漆與主機一致，但對涂層表面光澤的要求低于主機外觀件，耐鹽霧和耐老化性能方面的要求也低于主機上的外露件。

1.2 涂裝工藝

1.2.1 涂裝工藝流程

涂裝耐油底漆、防銹底漆及面漆3種涂層的工藝流程為：除銹→屏蔽加工面非耐油底漆部位→噴涂耐油底漆→烘干→強冷→去除非耐油底漆部位屏蔽→屏蔽耐油底漆部位→噴涂防銹底漆→烘干→強冷→噴涂裝飾面漆→流平→烘干→強冷→去除屏蔽→下線。噴漆生產(chǎn)節(jié)拍按每掛 5 min設計，噴漆所需時間及工位數(shù)量見表2。工件從上線到下線經(jīng)歷3次噴漆、3次流平、3次烘烤和3次強冷，共耗時147 min。

表2 原噴漆工藝流程及各工序所需時間Table 2 Procedure of the current painting process and required time for each step

1.2.2 噴漆生產(chǎn)線

噴漆生產(chǎn)線由噴漆室、流平室、烘干室和強冷室各1間構成，如圖2所示。工件完成涂裝需要在線上循環(huán)3次，占用生產(chǎn)線的時間長，每掛實際的生產(chǎn)節(jié)拍為設計的3倍，達到15 min，使噴漆線產(chǎn)能大大降低。

圖2 現(xiàn)有噴漆線及工藝流程示意圖Figure 2 Sketch showing the current painting line and process flow

1.3 原涂裝工藝存在的問題

(1) 無論是否新增噴漆線，3次噴涂和3次烘烤不僅占用涂裝生產(chǎn)線時間和涂裝生產(chǎn)周期長，而且能耗高。

(2) 現(xiàn)有噴漆線在更換涂料時需要對噴槍及供漆管路進行清洗，增加了稀釋劑用量和VOCs的排放量，增加了廢氣處理量和處理成本。

(3) 在手工調(diào)漆噴涂現(xiàn)場，調(diào)配好的漆并不能正好用完，一般會有少量剩余。原工藝用到了3種涂料，剩余的涂料更多，不僅浪費涂料，還增加了危險廢物的產(chǎn)生量和處理費用。

2 涂裝工藝改進思路

若僅僅為了滿足生產(chǎn)，可以考慮增加涂裝人員和生產(chǎn)班次，也可以增加噴漆線。但要同時考慮節(jié)能、成本、效率等因素，僅靠增加噴漆線、人員或生產(chǎn)班次往往不夠。

2.1 增加生產(chǎn)班次

如果噴漆線只是單班或雙班運行，通過增加一個或兩個班次的人員，使涂裝線雙班或三班運行，在設備、工藝不發(fā)生變化的情況下可以成倍提高涂裝線的生產(chǎn)能力，這是一種較為簡單的方法。

2.2 新建噴漆線

為了提高產(chǎn)能，企業(yè)可考慮新建2條與原產(chǎn)線完全相同的噴漆線，增加兩班人員，3條線同時生產(chǎn)，以滿足產(chǎn)能需求。但是與原工藝一樣，同一間噴漆室噴涂3種涂料，需要不停地更換噴槍或涂料。

企業(yè)也可以新建一條由3間噴漆室、3間流平室、3間烘干室和3間強冷室組成的連續(xù)噴漆線，如圖3所示。若采用該新建長線，耐油底漆、防銹底漆和面漆分別在3間不同的噴漆室進行噴涂，工件在線上通過一次就可完成所有涂裝工作，涂裝線的效率高，產(chǎn)能大，并且每個噴漆室噴涂不同的涂料，不需要換漆和洗槍。但廠房占地面積增大，需要增加固定資產(chǎn)投資，線上還需加配至少3名噴漆作業(yè)人員。

圖3 提升產(chǎn)能的噴漆線示意圖Figure 3 Sketch showing the painting line to improve capacity

2.3 采用新工藝

在不改變噴漆線和增加班次的情況下，提升產(chǎn)能的唯一辦法就是縮短噴漆的生產(chǎn)周期，這就需要探索新的涂料和涂裝工藝。

漆膜的烘干溫度一般為60 ~ 80 ℃，需要烘烤30 min以上，因此能耗是涂裝生產(chǎn)的主要成本構成，降低烘烤能耗是降低涂裝成本的關鍵。主要途徑有兩種：一是降低漆膜烘烤溫度，二是縮短漆膜烘烤時間。但無論是烘烤溫度還是烘烤時間都有一個最低值或臨界值，很難實現(xiàn)烘烤溫度的大幅度降低或烘烤時間的大幅縮短。

2.3.1 箱體外部改用濕碰濕工藝

濕碰濕工藝是噴涂底漆后不烘干，待流平后直接噴涂面漆，底漆與面漆一起烘干。濕碰濕工藝的優(yōu)點是減少一次烘烤，從而節(jié)省了能耗，在工程機械、汽車等行業(yè)已經(jīng)成熟應用[2-3]。箱體內(nèi)部噴涂耐油底漆的工藝不變，外部底漆和面漆的噴涂改用濕碰濕工藝，工藝流程和所需時間見表3。

表3 外部采用濕碰濕工藝的流程及工序時間Table 3 Procedure of wet-on-wet painting process and required time for each step

顯然，采用濕碰濕工藝后工序和能耗都減少。但是濕碰濕工藝需要有底漆噴漆室和面漆噴漆室，且它們之間還應有流平室?，F(xiàn)有的噴漆線不具備這個條件。如果在現(xiàn)有的噴漆線上采用濕碰濕工藝，需要在噴漆室先噴涂底漆，流平后再噴涂面漆。看似能耗減少了，但在噴漆室的停留時間多了，產(chǎn)能不增反降。此外，由于原噴漆線采用普通鏈條輸送，若工件在噴漆室停留，則整個鏈條都要停下來，在烘干室內(nèi)工件的停留時間隨之延長，造成過烘烤和能耗浪費。因此該方案不可行。

2.3.2 箱體外部采用底面合一涂料

底面合一涂料是同時具有底漆防腐蝕功能和面漆裝飾功能的涂料，與底漆加面漆工藝相比，減少了噴涂次數(shù)和烘烤次數(shù)，在工程機械、機車等行業(yè)均有成功應用[4-5]。箱體內(nèi)部噴涂耐油底漆的工藝不變，外部改用底面合一涂料，具體流程和用時見表4。箱體外部改用底面合一涂料后工件在線上的循環(huán)從3次減少到2次，工序減少，生產(chǎn)周期縮短，并且采用原噴漆線即可，因此該方案有一定的可行性。

表4 外部采用底面合一涂料工藝的流程及工序時間Table 4 Procedure of the painting line using a primer-and-topcoat-in-one paint for external surface and required time for each step

2.3.3 采用多功能涂料工藝

在箱體外部采用底面合一涂料的基礎上，可以從涂料、涂層及工藝方面進行綜合設計，以取得更明顯的效果。改進思路是采用一種具有耐油、防銹和裝飾作用的多功能涂料，使工程機械傳動箱的涂裝過程由“三噴三烘”改為“一噴一烘”，即工件噴涂和漆膜烘干次數(shù)均由3次減少到1次，烘干時間縮短2/3，能耗節(jié)省2/3，可有效降低傳動箱涂裝成本。此外，還可避免頻繁洗槍和換漆，減少VOCs的產(chǎn)生，實現(xiàn)VOCs的減排。改進后的涂層體系如圖4所示。

圖4 改進后涂層體系的示意圖Figure 4 Sketch of the improved coating system

3 改進的涂裝工藝

3.1 涂料選擇

涂料不僅應具有高溫耐油性能，還要具有防銹和裝飾功能，以使設備在一定的壽命期限內(nèi)不發(fā)生銹蝕并保持良好的外觀。但因變速箱、驅動橋等一般為非外露件，因此對裝飾性的要求不高，漆膜的光澤(60°)按60來設計。同樣，對耐鹽霧及耐老化的指標要求與底漆加面漆的復合涂層指標相比有所降低，分別要求500 h和600 h。耐機油性等其他指標與原耐油底漆相同。

3.2 涂裝工藝

涂裝工藝包括前處理和涂裝施工，前處理與原工藝相同，采用拋丸處理，具體工藝流程及用時見表5。

表5 改進工藝的流程及工序時間Table 5 Procedure of the improved process and required time for each step

可見新工藝只需要進行一次噴涂和一次烘烤，省去了3種涂料之間的屏蔽，所需工序減少到6個，單件涂裝生產(chǎn)工序時間縮短到61 min。由于外部改為一次涂裝，為了保證漆膜厚度，將涂料施工黏度從20 s左右提高到30 s左右，并將原空氣噴槍更換為高壓無氣噴槍。

4 改進效果

4.1 改進前后對比

從表6可以看出，與原涂裝工藝相比，改進的工藝在涂裝生產(chǎn)周期、材料、輔料、人員、能耗等方面均有所減少，在提高產(chǎn)能的同時，還降低了涂裝的綜合成本。

表6 涂裝工藝改進前后的成本對比Table 6 Cost comparison between the current and improved painting processes

4.2 效益分析

改進的工藝能耗降低了60%以上。以原來每年能耗300萬元的傳動箱涂裝生產(chǎn)線為例，每年可節(jié)約能耗費用約200萬元。在產(chǎn)能相同的情況下，采用新涂裝工藝可減少3個以上操作人員，每年節(jié)省人工費用約30萬元。

此外，采用新工藝后噴槍的清洗、更換和噴漆次數(shù)減少，涂裝過程產(chǎn)生的VOCs減少，進而大幅降低了能源消耗和污染物排放，社會效益明顯。

5 結語

涂裝VOCs減排和節(jié)能不僅符合國家及各省市的減碳政策，帶來良好的社會效益，也為企業(yè)節(jié)省了投資、人力消耗和生產(chǎn)成本。當然，相同的產(chǎn)品可以借鑒同行的先進工藝，特殊的產(chǎn)品就需要具體研討。企業(yè)可以根據(jù)產(chǎn)品和涂裝生產(chǎn)線的實際情況，探索不同的涂料及涂裝工藝，選擇性能匹配、流程簡單、節(jié)能降耗的工藝。