陳吉祥，孫世強(qiáng)，王春英，閆文艷，苗德元，張瑞

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

工程機(jī)械橋傳動(dòng)箱在裝配到整機(jī)后內(nèi)部需要加注機(jī)油，工作過(guò)程中由于油液循環(huán)、擠壓，溫度會(huì)上升到100 °C左右。箱體內(nèi)部若不噴漆，則會(huì)發(fā)生銹蝕。但一般的防銹底漆不具備耐油性，長(zhǎng)時(shí)間浸泡在高溫油液中會(huì)脫落，并進(jìn)入油液循環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)致油泵和油閥堵塞，使設(shè)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(shè)備庫(kù)存、停工期間能夠起到防銹效果，還要保證在設(shè)備工作時(shí)的高溫狀態(tài)下不脫落。外部涂層不僅要具有防銹保護(hù)功能，還應(yīng)有一定的光澤，起到裝飾作用，使設(shè)備有良好的外觀。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)箱的防護(hù)，涂裝時(shí)需要噴涂3種涂料，傳動(dòng)箱內(nèi)部和液壓油箱都噴涂耐油底漆[1]，傳動(dòng)箱外部噴涂防銹底漆和面漆。箱體生產(chǎn)企業(yè)需要購(gòu)買和儲(chǔ)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(shí)間，使涂裝生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，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(shí)需要對(duì)噴槍及供漆管路進(jìn)行清洗，增加了稀釋劑用量及揮發(fā)性有機(jī)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(chǎng)，調(diào)配好的漆并不能正好用完，一般會(huì)有少量剩余，如此不僅浪費(fèi)涂料，而且增加了危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生量以及處理費(fèi)用。

1 原涂裝工藝

根據(jù)圖紙要求，為了滿足傳動(dòng)箱體不同部位涂層的不同功能，需要對(duì)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(dòng)箱體結(jié)構(gòu)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(biāo)

工程機(jī)械傳動(dòng)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(biāo)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(biāo)列于表1。

表1 不同涂層的主要技術(shù)指標(biāo)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(hù)能力，主要技術(shù)指標(biāo)包括1#?10#。防銹底漆與主機(jī)用底漆一致，主要功能是防止工件銹蝕，主要技術(shù)指標(biāo)包括1#?7#，但對(duì)耐蝕性的要求比另外2種高，要求通過(guò)500 h的中性鹽霧(NSS)試驗(yàn)。工程機(jī)械整機(jī)涂裝面漆，性能指標(biāo)包括1#?6#、8#、9#、11#和12#。工程機(jī)械傳動(dòng)箱裝配到主機(jī)后一般不外露，雖然采用的面漆與主機(jī)一致，但對(duì)涂層表面光澤的要求低于主機(jī)外觀件，耐鹽霧和耐老化性能方面的要求也低于主機(jī)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(qiáng)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(qiáng)冷→噴涂裝飾面漆→流平→烘干→強(qiáng)冷→去除屏蔽→下線。噴漆生產(chǎn)節(jié)拍按每掛 5 min設(shè)計(jì)，噴漆所需時(shí)間及工位數(shù)量見(jiàn)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(qiáng)冷，共耗時(shí)147 min。

表2 原噴漆工藝流程及各工序所需時(shí)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(qiáng)冷室各1間構(gòu)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(shí)間長(zhǎng)，每掛實(shí)際的生產(chǎn)節(jié)拍為設(shè)計(jì)的3倍，達(dá)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(wèn)題

(1) 無(wú)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(shí)間和涂裝生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且能耗高。

(2) 現(xiàn)有噴漆線在更換涂料時(shí)需要對(duì)噴槍及供漆管路進(jìn)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(chǎng)，調(diào)配好的漆并不能正好用完，一般會(huì)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(fèi)涂料，還增加了危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生量和處理費(fèi)用。

2 涂裝工藝改進(jìn)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(shí)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(yùn)行，通過(guò)增加一個(gè)或兩個(gè)班次的人員，使涂裝線雙班或三班運(yùn)行，在設(shè)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(jiǎn)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(shí)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(qiáng)冷室組成的連續(xù)噴漆線，如圖3所示。若采用該新建長(zhǎng)線，耐油底漆、防銹底漆和面漆分別在3間不同的噴漆室進(jìn)行噴涂，工件在線上通過(guò)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(gè)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(gòu)成，降低烘烤能耗是降低涂裝成本的關(guān)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(shí)間。但無(wú)論是烘烤溫度還是烘烤時(shí)間都有一個(gè)最低值或臨界值，很難實(shí)現(xiàn)烘烤溫度的大幅度降低或烘烤時(shí)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(diǎn)是減少一次烘烤，從而節(jié)省了能耗，在工程機(jī)械、汽車等行業(yè)已經(jīng)成熟應(yīng)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(shí)間見(jiàn)表3。

表3 外部采用濕碰濕工藝的流程及工序時(shí)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(yīng)有流平室?，F(xiàn)有的噴漆線不具備這個(gè)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(shí)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(gè)鏈條都要停下來(lái)，在烘干室內(nèi)工件的停留時(shí)間隨之延長(zhǎng)，造成過(guò)烘烤和能耗浪費(fèi)。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(shí)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(jī)械、機(jī)車等行業(yè)均有成功應(yīng)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(shí)見(jiàn)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(shí)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(chǔ)上，可以從涂料、涂層及工藝方面進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，以取得更明顯的效果。改進(jìn)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(jī)械傳動(dòng)箱的涂裝過(guò)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(shí)間縮短2/3，能耗節(jié)省2/3，可有效降低傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)VOCs的減排。改進(jìn)后的涂層體系如圖4所示。

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

3 改進(jìn)的涂裝工藝

3.1 涂料選擇

涂料不僅應(yīng)具有高溫耐油性能，還要具有防銹和裝飾功能，以使設(shè)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(qū)動(dòng)橋等一般為非外露件，因此對(duì)裝飾性的要求不高，漆膜的光澤(60°)按60來(lái)設(shè)計(jì)。同樣，對(duì)耐鹽霧及耐老化的指標(biāo)要求與底漆加面漆的復(fù)合涂層指標(biāo)相比有所降低，分別要求500 h和600 h。耐機(jī)油性等其他指標(biāo)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(shí)見(jiàn)表5。

表5 改進(jìn)工藝的流程及工序時(shí)間Table 5 Procedure of the improved process and required time for each step

可見(jiàn)新工藝只需要進(jìn)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(gè)，單件涂裝生產(chǎn)工序時(shí)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(wú)氣噴槍。

4 改進(jìn)效果

4.1 改進(jìn)前后對(duì)比

從表6可以看出，與原涂裝工藝相比，改進(jìn)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(shí)，還降低了涂裝的綜合成本。

表6 涂裝工藝改進(jìn)前后的成本對(duì)比Table 6 Cost comparison between the current and improved painting processes

4.2 效益分析

改進(jìn)的工藝能耗降低了60%以上。以原來(lái)每年能耗300萬(wàn)元的傳動(dòng)箱涂裝生產(chǎn)線為例，每年可節(jié)約能耗費(fèi)用約200萬(wàn)元。在產(chǎn)能相同的情況下，采用新涂裝工藝可減少3個(gè)以上操作人員，每年節(jié)省人工費(fèi)用約30萬(wàn)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(guò)程產(chǎn)生的VOCs減少，進(jìn)而大幅降低了能源消耗和污染物排放，社會(huì)效益明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

涂裝VOCs減排和節(jié)能不僅符合國(guó)家及各省市的減碳政策，帶來(lái)良好的社會(huì)效益，也為企業(yè)節(jié)省了投資、人力消耗和生產(chǎn)成本。當(dāng)然，相同的產(chǎn)品可以借鑒同行的先進(jìn)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(shí)際情況，探索不同的涂料及涂裝工藝，選擇性能匹配、流程簡(jiǎn)單、節(jié)能降耗的工藝。