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工程机械涂装线设计方案浅析

hc360慧聪网涂装与表面处理行业频道 2004-07-08 14:31:52

1  前言
    涂装质量是影响产品竞争力的重要一环，在生产制造过程中起着举足轻重的地位。利用该“双高一优”项目向开发区搬迁的契机，计划上一条现代化的涂装流水线。在调研了部分工程机械厂家涂装线后，本着保证质量、满足能力需求、追求先进性和实用性相统一的原则，规划设计了该厂的大件涂装流水线方案。
2  方案设计原则
    （1）生产纲领：年产装载机5000台；
    （2）每台整机折合成4.5件结构大件计算；
    （3）结构件产品特点：外形尺寸大、质量重、结构复杂；
    （4）双班制，全年工作日251天；
3  设计中具体问题的考虑
3.1  关于输送方式
    大件涂装线一般有三种输送方式:普通悬挂链、自行自动葫芦链和平台小车。遵循能吊着不平放着的原则，此前常用的台车输送有以下两点不便：
    支撑点需补喷
    台车较矮，工件底面不易喷
    普通悬挂链输送的动力消耗小、维修方便，适用于大批量流水线作业，但其吊架链节是固定的，自由度小，不能针对单个工件进行升降运动。采用自行电动葫芦输送方式，即无支撑点，且能升能降，方便喷涂，对年产5000台大型结构件涂装线，综合性能价格比最佳。
3.2  前处理方法
    前处理方法主要有化学前处理法和喷抛丸法。目前工程机械行业一般采用化学前处理法（如酸洗磷化）对小件进行前处理，而用喷抛丸法对大件进行前处理。
    该厂主要是针对大件进行前处理，且处理量较大（按日产20台装载机，需处理的结构件有90件），采用喷丸处理存在工序能力不足的问题，因此选用通过式自动抛丸进行处理，由于工件较长，如采用工件静止在抛丸室中抛丸的方式，抛丸器个数会很多，采用电动葫芦吊着工件以慢速连续运行通过抛丸室的方式，在抛丸室工位电动葫芦自动变频，速度变为1.5-2m/min，从而保证工件的抛丸处理质量。
3.3  涂料的选择
    当前工程机械涂料一般有两种类型，一类是使用耐候性很好的聚氨酯作为面漆，配以环氧富锌底漆，其整体防锈性能好，装饰性好，耐光、耐候、抗石击。但这种涂料为双组分，施工要求高，特别是价格较高，不能适应工程机械涂装现状。另一类是以通常的热塑性丙烯酸树脂为基料的底、面漆，该系列涂料成本相对比较低，施工方便，漆膜光亮、色浅，耐热、耐化学药品优良，目前工程机械用涂料一般都属于这一类。
    随着人们环境意识的不断提高，溶剂型涂料因含大量挥发性有机化合物而面临严重挑战，低挥发分涂料也即高固体分涂料必将受到重视、推进和发展。高固体分涂料品种就是一般涂料的品种，但它可减少有机物挥发的排放量，同时还相应提高了涂料成膜率和涂覆时膜厚的积累程度。基于此，我们选择低溶剂型的热塑性丙烯酸树脂涂料作为今后的涂料改进方向。
3.4  喷涂方式
    喷涂是涂漆方式的一种，还有刷漆、滚漆、电泳等涂漆方式。在目前的工程机械领域都是采用喷涂方式。无论是人工喷涂还是自动喷涂都可以采用以下四种基本喷涂方式：
    普通空气喷涂
    高压无气喷涂
    高压无气空气喷涂
    HVLP喷涂
表1 几种喷涂方式的优缺点比较
项目
空气喷涂
高压无气喷涂
高压无气空气辅助喷涂
喷涂质量
最好
一般
较好
涂着效率
35%
60%
75%
工作效率
低-中
较高-高
较高
喷房维护
频繁、费用高
较容易
容易
喷形调节
可以
不可以
可以
系统寿命
长
短
长
涂料浪费
多
较少
少
    工程机械产品结构复杂，静电喷涂的环抱效应对提高复杂工件着漆率效果明显，但静电喷涂存在高压火花放电引起火灾的危险，从该厂的实际情况考虑上静电喷涂还具有一定难度的；采用加热方法降低粘度即热喷涂的方法非常适用于我们选择的高固体分涂料，且它对漆膜要求较厚的工程机械产品底漆喷涂十分有意义。因此，在部件上采用高压无气（底漆）和高压无气空气辅助式（面漆）热喷涂，在整机上采用普通空气喷涂，这样做也符合“越喷越薄、越喷越亮”的多道喷涂方法设计原则。
3.5  喷漆室形式选择
    喷漆室的主要功能是捕捉过喷漆雾，通常所说的干式、湿式喷漆室是指捕捉过喷漆雾的方式。
    不存在干式、湿式喷漆室哪个绝对好的问题，各有优缺点。由于该厂的部件结构复杂，在喷涂过程中喷漆量大、喷涂面积大、一次成膜厚，而且新厂有专用的污水集中处理站，针对实际情况进行比较，选择采用湿式水旋喷漆室。
3.6  工艺流程方式
    由于工程机械的工作环境恶劣，对于底漆的防锈要求特别严格，所以采用传统的“两底一面”喷涂方式，就是喷涂两遍底漆来增加防锈效果。但这样造成了生产能力比较吃紧，由于我们的产量较大，生产节拍为：
    2×8×60×251×90%/5000×4.5≈10min/件
    因此，我们考虑为底、面漆各建一间喷漆室，而不采用工件转两圈的循环方式。同时，在面漆室中采用“湿碰湿”工艺实现底漆或中涂与面漆的一起喷涂。
3.7  是否设流平室的问题
    流平室的作用是使喷漆后喷在材料表面上的漆滴摊平，并使溶剂挥发一些，以防止烘烤过快而在漆膜上出现针孔。是否设流平室取决于喷漆时间长短，由于流平主要是在喷漆后6-10min内进行的，对于喷漆工时定额超过15min就可不设流平室。根据我们的生产节拍，还是应该设流平室。
3.8  烘房形式选择
    （1）加热能源
    可能用到的热源形式有：电、蒸汽、燃油（柴油、煤油）及可燃气体（煤气、天然气）等。从设备一次性投资、日常运转费用、温度控制精度及操作方便、环境污染四个方面比较见表2。
表2  烘房加热能源的比较
项目
电能
蒸汽
燃油、燃气
一次性投资
如电容量充足不必新增容，则造价低
如现有锅炉，则投资略高于电加热
设备造价高
运转费用
较费
略低于电而高于燃料
略低于电及蒸汽
温度控制及操作方便
最方便，最精确
最困难，精度低
优于蒸汽而次于电
环境污染
清洁能源，无污染
无污染（燃煤锅炉有污染）
有烟气污染，天然气略好
    根据开发区的政策，选择燃气烘房。虽然从设备一次性投资（燃烧器、不锈钢换热器等）来看，造价较高，但后期使用成本相对较低。
    （2）传热方式
    烘房传热方式主要分为直接辐射式和热风对流式，直接辐射式只适用于结构简单工件加热，对结构复杂的工件一般采用热风对流式。我们选用燃烧充分的意大利Baltur进口燃烧器（价格昂贵），采用直燃式，即不用换热器（如用换热器，即使是多行程不锈钢换热器，最大换热效率也为70-75%，至少有25-30%的热能损失），将燃烧物直接吹到烘房中。采用直燃式从理论上讲热效率可达100%，全年节省能源费用十分可观。
    （3）烘房结构形式
    从烘房保温性节约能源角度考虑，桥式烘房利用热气流比重轻向上浮的原理，保温好，但设备造价和动力消耗远高于地面直通式，因此我们采用地面直通式（配套电动开关门装置）的烘房，同时考虑到生产节拍匹配问题，将烘干室设计为2-3个工位的长度，既保证了烘干时间，也减少了烘干室电动门的开关次数，降低了热损耗。
    3.9  其它
    （1）关于刮腻打磨
    在工程机械行业，由于板材质量的问题，刮腻打磨工序还是必不可少的。我们通过试验减少了整机调试过程中的碰撞、擦伤，这样就避免了在整机上大量的刮腻打磨工序，在部件喷涂底漆后下线对工件焊缝及凹凸不平处采用刮腻、打磨获得平滑的被涂表面。刮腻打磨均在固定区域的工位台架上进行，并使用移动式除尘器除尘。
    （2）设计中考虑到生产不均衡和车间采用轮番作业形式，在生产线一侧和首、尾段留备足够的堆放场地及转运通道。
4  工艺流程安排及平面布面
    综上所述，我们制定的工艺流程如下：
    自制结构件（焊接、机加工车间送来）→除油、清理、屏蔽→抛丸→清理→喷涂底漆→烘干→冷却→刮腻打磨→喷涂底漆（中涂）和面漆→烘干→冷却→转序送装配分厂