摘 要:涂料作為保護(hù)基材的重要材料,在發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)制造中起到了重要作用,隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保以及消費(fèi)者對(duì)健康重視程度的不斷提升,水性漆已成為發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)噴涂過(guò)程中的主要用料。鑒于此,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的涂裝要求、發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中的噴涂工藝以及主要工藝參數(shù)進(jìn)行了研究,以確定最佳工藝參數(shù)范圍,確保發(fā)動(dòng)機(jī)漆面噴涂的穩(wěn)定性和一致性。
關(guān)鍵詞:水性漆;發(fā)動(dòng)機(jī);漆面質(zhì)量;工藝參數(shù)
中圖分類號(hào):TK426" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A" " 文章編號(hào):1671-0797(2023)18-0050-04
DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.18.013
0" " 引言
隨著時(shí)代的不斷發(fā)展,中國(guó)的汽車行業(yè)有了質(zhì)的飛躍,海量訂單也隨之而來(lái)。涂料作為一種保護(hù)基材的材料,在發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程中有著廣泛的應(yīng)用,通常在發(fā)動(dòng)機(jī)出廠前,都會(huì)使用涂料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的表面進(jìn)行噴涂,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行防腐,保證發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。但隨著國(guó)家節(jié)能環(huán)保要求的不斷提升,油性涂料因其高污染性和對(duì)人體的高危害性,已經(jīng)逐漸退出了噴涂的舞臺(tái)。近年來(lái),發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中的涂料已逐漸替換為水性涂料,水性涂料以水作為分散介質(zhì),相對(duì)于油性涂料危害較低,但因?yàn)槿鄙儆袡C(jī)化合物的添加,水性涂料的漆膜性能與油性涂料存在一定的差距。本文主要以水性涂料的使用為背景,重點(diǎn)探究水性漆在發(fā)動(dòng)機(jī)噴涂過(guò)程中的使用[1-2]。
1" " 商用發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝
涂料在不同行業(yè)中的使用環(huán)境存在差異,對(duì)涂料的要求也不盡相同,涂料的性能要根據(jù)不同的使用行業(yè),采用不同的成分配比,來(lái)滿足不同工況下的性能要求和質(zhì)量要求[3]。
1.1" " 商用發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝質(zhì)量要求
商用發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于客車行業(yè)、卡車行業(yè)、工程機(jī)械行業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)、船用行業(yè)及工業(yè)動(dòng)力行業(yè)等,種類繁多,且作業(yè)環(huán)境極其復(fù)雜,因此對(duì)涂料的要求比較高,要求涂料具有良好的沖擊性、硬度、耐熱性、耐酸性、耐堿性、耐機(jī)油性、耐柴油性、耐水性等,并且同時(shí)要求噴涂后的發(fā)動(dòng)機(jī)漆面光滑、平整,不能出現(xiàn)以下漆面質(zhì)量缺陷[4-5]:
(1)流漆(圖1),也叫流掛,主要是由于局部涂層變厚,在重力的作用下涂料出現(xiàn)下墜情況,一般常見(jiàn)于表面垂直的零件或者圓管類零件的下方。流漆形成的原因主要有三個(gè):一是噴槍使用不當(dāng),噴涂速度過(guò)慢或者噴涂距離過(guò)近導(dǎo)致表面的涂層過(guò)厚,受重力影響涂層下流;二是水性漆粘度過(guò)小,涂料中水含量過(guò)高,導(dǎo)致水性漆的掛壁性較差;三是水性漆噴涂后烘干溫度較低,噴涂結(jié)束后長(zhǎng)時(shí)間不能干燥達(dá)到干膜狀態(tài)。
(2)漏噴(圖2),主要是指工件噴涂后,表面或者夾縫區(qū)域未形成連續(xù)的漆膜,存在基材暴露的情況。漏噴形成的原因主要有兩個(gè):一是操作不當(dāng),噴槍噴涂時(shí)噴涂速度過(guò)快或者噴涂距離過(guò)遠(yuǎn),導(dǎo)致漆膜厚度過(guò)低;二是由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原因,部分區(qū)域在噴涂時(shí)存在遮擋情況,導(dǎo)致漆霧無(wú)法覆蓋于發(fā)動(dòng)機(jī)表面,形成漏噴現(xiàn)象。
(3)附著力差(圖3),主要是指水性漆成膜后,無(wú)法附著于發(fā)動(dòng)機(jī)表面或者附著力較差,自然狀態(tài)或者外界干預(yù)時(shí)出現(xiàn)漆膜脫落的情況。此問(wèn)題的主要原因有兩個(gè):一是發(fā)動(dòng)機(jī)表面清潔度不夠,阻礙了漆膜與發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)合;二是噴涂零件的表面過(guò)于光滑,漆膜難以附著。
(4)縮孔(圖4),主要是指漆膜形成后,在表面出現(xiàn)針孔狀的缺陷??s孔形成的原因主要有兩個(gè):一是發(fā)動(dòng)機(jī)表面有油脂、水分等;二是發(fā)動(dòng)機(jī)零件的表面張力過(guò)高,也容易出現(xiàn)縮孔的情況。
1.2" " 商用發(fā)動(dòng)機(jī)噴涂特點(diǎn)
(1)商用發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸大小不一,排量從一升至幾十升不等,發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸越小,死角及夾縫區(qū)域的尺寸越小,普通的噴槍漆霧呈放射狀,狹小區(qū)域難以噴涂,噴涂過(guò)程的穩(wěn)定性較差,漆面一致性也較差。
(2)為滿足零部件防銹、密封等性能,在零部件運(yùn)輸、裝配等過(guò)程中可能會(huì)用到大量防銹油、密封膠等,且為驗(yàn)證所裝配發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo),商用發(fā)動(dòng)機(jī)通常需進(jìn)行一定時(shí)長(zhǎng)的試車(熱試/冷試),種種原因?qū)е掳l(fā)動(dòng)機(jī)表面存在大量油污,對(duì)涂層附著力產(chǎn)生不良影響。
(3)商用發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線多為混線生產(chǎn),噴涂方式以機(jī)器人噴涂+人工噴涂為主,輸送設(shè)備以大型積放鏈、自行葫蘆及自行小車為主。
2" " 涂料及噴涂工藝簡(jiǎn)介
2.1" " 涂料
早期商用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用油性漆作為涂裝材料,油漆中含有有機(jī)化合物(VOC)、苯、甲苯、二甲苯等有害物質(zhì),通常這些有害物質(zhì)都具有強(qiáng)揮發(fā)性,易在空氣中擴(kuò)散。人體長(zhǎng)期攝入這些物質(zhì)會(huì)對(duì)造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)造成損害,同時(shí)也會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。隨著國(guó)家環(huán)保要求和消費(fèi)者對(duì)身體健康重視程度的提升,油性漆已無(wú)法滿足日益嚴(yán)苛的使用需求,水性漆逐漸登上了舞臺(tái)。水性漆主要以水作為介質(zhì),使用過(guò)程中無(wú)有害有機(jī)物的揮發(fā),無(wú)苯、二甲苯等有害物質(zhì)的存在,并且對(duì)大氣環(huán)境的破壞甚微,基本可以忽略。水性漆因其無(wú)害性和環(huán)保性深受消費(fèi)者的青睞,它的使用可以大大降低對(duì)消費(fèi)者和環(huán)境的危害,推廣使用水性涂料是時(shí)代進(jìn)步文明的表現(xiàn),也是當(dāng)前環(huán)保要求下的必然趨勢(shì)。
由于水性漆相比于油性漆成分發(fā)生了巨大的變化,因此兩種涂料的性能表現(xiàn)和使用表現(xiàn)也存在著巨大的差異,表1從環(huán)保、安全、性能、成本等方面進(jìn)行了比較。
2.2" " 噴涂工藝
當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的噴涂工藝多以線上生產(chǎn)為主,過(guò)程工藝搭建的合理性和全面性決定了噴涂后發(fā)動(dòng)機(jī)的漆膜質(zhì)量。目前典型的發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝工藝流程為:上件—清洗前防護(hù)—清洗—漂洗—吹水—拆除部分防護(hù)—水分烘干—漆前屏蔽—機(jī)器人預(yù)噴漆—流平—人工噴漆—流平—水性漆烘干—強(qiáng)冷—拆防護(hù)—人工補(bǔ)漆—下件。
噴涂工藝過(guò)程中較為重要的幾個(gè)工藝過(guò)程分別為清洗和漂洗、水分烘干、噴漆、流平與水性漆烘干,各過(guò)程的主要作用如下:
(1)清洗和漂洗決定了發(fā)動(dòng)機(jī)表面的清潔程度,是影響漆膜附著力的關(guān)鍵過(guò)程;
(2)水分烘干過(guò)程作用是盡快蒸發(fā)掉清洗后殘留在發(fā)動(dòng)機(jī)上的清洗液和漂洗液,在提高產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍的同時(shí),也避免了水分長(zhǎng)期殘留導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)表面銹蝕情況的出現(xiàn);
(3)噴漆過(guò)程是影響漆面質(zhì)量的關(guān)鍵性過(guò)程,噴漆過(guò)程中的各類參數(shù)如涂料粘度、噴槍移動(dòng)速度、噴槍與發(fā)動(dòng)機(jī)間距離等直接決定了噴漆后發(fā)動(dòng)機(jī)表面的噴漆質(zhì)量,也是整個(gè)噴漆工藝過(guò)程中最難控制的過(guò)程;
(4)流平的作用是使噴涂后的涂料形成一個(gè)平整、光滑、均勻的涂膜;
(5)水性漆烘干的作用是把漆膜內(nèi)外部的水分一并烘干,同時(shí)加速漆膜的干膜速度,提高產(chǎn)線節(jié)拍。
3" " 水性漆噴涂過(guò)程中的主要工藝參數(shù)分析
發(fā)動(dòng)機(jī)的外觀質(zhì)量已成為影響品牌價(jià)值的一項(xiàng)重要因素,發(fā)動(dòng)機(jī)的漆面質(zhì)量是整機(jī)外觀質(zhì)量中最關(guān)鍵的因素,因此提高發(fā)動(dòng)機(jī)的漆面噴涂質(zhì)量已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的課題。實(shí)際生產(chǎn)噴涂過(guò)程中,影響噴漆質(zhì)量的因素有很多,本文主要以人工噴漆為例進(jìn)行分析,具體參數(shù)包括涂料粘度、烘干溫度、烘干時(shí)間、噴涂距離、噴涂速度、流平時(shí)間、清洗溫度、人工技能等。其中人工技能、噴涂速度、噴涂距離屬于人工參數(shù),主要取決于工人的水平技能,其他參數(shù)如涂料粘度、烘干溫度、烘干時(shí)間等屬于過(guò)程工藝參數(shù),為過(guò)程可控參數(shù),并且對(duì)漆面質(zhì)量的影響極為顯著。本文主要對(duì)涂料粘度、烘干溫度、烘干時(shí)間三個(gè)過(guò)程工藝參數(shù)進(jìn)行探究,研究出各參數(shù)對(duì)漆面質(zhì)量的影響關(guān)系,漆面質(zhì)量由附著力、漆膜厚度、流漆、干膜程度四個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。
3.1" " 涂料粘度對(duì)漆面質(zhì)量的影響
本節(jié)主要探究涂料粘度對(duì)漆面質(zhì)量的影響,試驗(yàn)時(shí)間選擇12:00—14:00,基礎(chǔ)溫度15 ℃,濕度60%,溫差控制在±1 ℃之內(nèi),烘干時(shí)間25 min,烘干溫度65 ℃,人員、其余噴涂參數(shù)均設(shè)置為定值,在廠家推薦的20S~50S涂料粘度范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn),每5S設(shè)置一組試驗(yàn),共計(jì)6組(25S、30S、35S、40S、45S、50S),分別記為A、B、C、D、E、F,每組選擇噴涂5臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),A組編號(hào)為A-1、A-2、A-3、A-4、A-5,其余5組編號(hào)規(guī)則同上。為減少測(cè)量系統(tǒng)誤差,選擇兩名檢驗(yàn)員依次對(duì)噴涂的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn),漆面質(zhì)量采用百分評(píng)分制,評(píng)分規(guī)則如下:
(1)附著力和漆膜厚度檢測(cè)位置各5處,分別為機(jī)體兩側(cè)鑄造面、機(jī)體加工面、飛輪殼鑄造面、氣缸蓋加工面及油底殼,為保證結(jié)果準(zhǔn)確性,發(fā)動(dòng)機(jī)采用相同位置檢測(cè),出現(xiàn)一處不合格扣2分;
(2)整機(jī)檢查流漆情況,出現(xiàn)一處流漆位置扣2分;
(3)檢查漆面干膜程度,采用相同的力度對(duì)漆面進(jìn)行按壓,漆面發(fā)軟、出現(xiàn)明顯壓痕的扣10分,所有檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)均對(duì)氣缸蓋罩漆面進(jìn)行按壓檢測(cè);
(4)檢測(cè)過(guò)程出現(xiàn)的其他異常情況,對(duì)漆面質(zhì)量造成影響的單獨(dú)統(tǒng)計(jì)。
按照上述試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行噴涂,由兩名指定的檢驗(yàn)員依次對(duì)試驗(yàn)的6組共計(jì)30臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行評(píng)審打分,為便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,將各組發(fā)動(dòng)機(jī)的5個(gè)數(shù)據(jù)取平均值,對(duì)6組發(fā)動(dòng)機(jī)得分進(jìn)行比較,得出相關(guān)結(jié)論。根據(jù)統(tǒng)計(jì)與計(jì)算,按照不同涂料粘度進(jìn)行噴涂的發(fā)動(dòng)機(jī)得分情況如圖5所示。
通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,涂料粘度對(duì)于漆面質(zhì)量的影響很大,當(dāng)涂料粘度達(dá)到50S時(shí),漆面出現(xiàn)了橘皮現(xiàn)象,且噴涂過(guò)程中出現(xiàn)了噴槍堵塞的情況。在20S~50S的范圍內(nèi),漆面質(zhì)量與涂料粘度成正相關(guān),即涂料粘度越大,漆面質(zhì)量越好,在秋冬季節(jié)溫度下,涂料粘度45S時(shí)漆面質(zhì)量最好。
3.2" " 烘干溫度對(duì)漆面質(zhì)量的影響
本節(jié)主要探究烘干溫度對(duì)于漆面質(zhì)量的影響,試驗(yàn)基礎(chǔ)環(huán)境溫濕度與上述涂料粘度試驗(yàn)時(shí)保持一致,涂料粘度保持40S,人員、其余噴涂參數(shù)保持一致,以水性漆常見(jiàn)的烘干溫度范圍50~90 ℃進(jìn)行探究,每5 ℃設(shè)置一組試驗(yàn),共計(jì)9組(50、55、60、65、70、75、80、85、90 ℃),分別記為A、B、C、D、E、F、G、H、I,每組選擇噴涂5臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),命名規(guī)則和檢驗(yàn)規(guī)則同3.1節(jié),最終得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖6所示。
通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,烘干溫度對(duì)于漆面質(zhì)量影響較大,因水性漆中含有一定比例的樹(shù)脂,烘干溫度過(guò)高時(shí)樹(shù)脂發(fā)軟,對(duì)漆面質(zhì)量存在一定的影響。在秋冬季節(jié)溫度下,烘干溫度設(shè)置為70 ℃時(shí),漆面質(zhì)量最好。
3.3" " 烘干時(shí)間對(duì)漆面質(zhì)量的影響
本節(jié)主要探究烘干時(shí)間對(duì)于漆面質(zhì)量的影響,試驗(yàn)基礎(chǔ)環(huán)境溫濕度與上述涂料粘度試驗(yàn)時(shí)保持一致,涂料粘度保持40S,烘干溫度保持70 ℃,人員、其余噴涂參數(shù)保持一致,以水性漆常見(jiàn)的烘干時(shí)間范圍16~30 min進(jìn)行探究,每2 min設(shè)置一組試驗(yàn),共計(jì)7組(18、20、22、24、26、28、30 min),分別記為A、B、C、D、E、F、G,每組選擇噴涂5臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),命名規(guī)則和檢驗(yàn)規(guī)則同上,最終得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示。
通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出,烘干時(shí)間對(duì)于漆面質(zhì)量有重要影響,在烘干溫度設(shè)置為70 ℃的情況下,前期漆面質(zhì)量隨著烘干時(shí)間的增長(zhǎng)不斷提升,烘干時(shí)間超過(guò)26 min時(shí),增加烘干時(shí)間對(duì)漆面基本無(wú)影響。
4" " 結(jié)論
綜上所述,在秋冬季節(jié)環(huán)境下,涂料粘度、烘干溫度、烘干時(shí)間三個(gè)工藝參數(shù)對(duì)漆面質(zhì)量的影響十分顯著:在設(shè)備滿足正常使用的前提下,粘度與噴漆質(zhì)量成正相關(guān),粘度越大,漆面穩(wěn)定性和一致性越好,漆面質(zhì)量越好,但涂料粘度過(guò)大會(huì)出現(xiàn)噴涂設(shè)備無(wú)法正常使用的情況。針對(duì)涂料中含有樹(shù)脂的高光水性漆,因其材料特性,漆面質(zhì)量在烘干溫度提升的前半段與烘干溫度成正相關(guān)關(guān)系,在烘干溫度提升的后半段成負(fù)相關(guān)關(guān)系。烘干時(shí)間與漆面質(zhì)量成正相關(guān)關(guān)系,但存在上限值,烘干時(shí)間超過(guò)一定數(shù)值后,將不會(huì)對(duì)漆面質(zhì)量產(chǎn)生影響,即油漆干膜后,性能及表現(xiàn)趨于穩(wěn)定。
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收稿日期:2023-01-10
作者簡(jiǎn)介:王曉晨(1995—),男,山東聊城人,助理工程師,研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)制造。