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随着汽车工业的发展,年生产能力在25万~30万台轿车车身的涂装车间,它的生产节拍已达0.75~1.0min/台,生产线的链速达6~7m/min,这样高的链速,手工喷涂操作已难以适应,也无法保证质量的稳定。随着静电涂装技术和计算机控制技术的进步,高转速杯式自动静电喷涂机(ESTA)和机械手喷涂机已完全替代了手工喷涂和一般转速杯式静电喷涂机,实现了中涂和面漆喷涂的全自动化或基本自动化(车身外表面已基本全部实现自动静电喷涂,而内表面仍需采用手工喷涂)。目前年产量在10万台以上的中涂面漆涂装生产线基本上都使用高转速杯式自动静电喷涂机。
(1)高转速杯式静电喷涂的特点高转速杯式静电喷涂(Es-TA)已成为当今汽车车身中涂、面漆涂裝工艺技术的主流,它具有以下特点。
①装饰性好、质量稳定。由于采用电子计算机操作,使机械的动作、喷涂距离和角度、涂料的喷涂量得到精确控制,涂膜厚度的误差可控制在士5µm以内,确保了质量的稳定。由于杯形喷头的最高转速可达60000r/min,强大的离心力使涂料雾化得很细,涂料液滴直径可小到50~100µm,而涂料液滴直径越小,漆膜的平滑度、鲜映性越高,所以裝饰效果远远超过涂料雾化细度较粗的空气喷涂、无气高压喷涂及一般静电喷涂。而且自动生产线消除了手工喷涂时由喷漆工和管线等带进的尘埃,减少了漆面被污染出现瑕疵的可能。
②涂装效率高,节省涂料。高转速杯式静电喷涂由于采用9万~12万伏高压,提高了环保效应,涂着效率可达90%以上。而使用空气喷涂时涂着效率只有30%~40%,一般静电喷枪也仅在50%~60%,由于大幅度提高涂着效率,使耗漆量大为减少。
③节能省力,环保效果好。由于采用自动喷涂生产线,大幅减少了人力的需求,减少了工人的劳动强度,也大大改善了工人的劳动环境。而且喷漆室的风速可从手工空气喷涂时的0.4~0.5m/s降低到0.2~0.3m/s,空调供风能量也大为降低。由于涂层质量稳定,可大幅减少对不合格品的补修工作。随着涂着效率的提高,涂漆面溶剂的散发量也大大降低,减轻了可挥发有机物对环境的危害,更加符合环保的要求。
④使车身涂装线的生产效率显著提高。高转速杯式静电喷涂适用于大批量的流水线,中涂和本色面漆喷涂的喷涂线的链速可达7.5m/min,配上自动换色和喷枪自动跟踪等辅助专用装置,可自动连续喷涂不同颜色的面漆,并能适应多品种车身混流生产的需要。由于高转速喷杯产生的离心力高,可使固体分较高、黏度较大的涂料良好雾化,所以当链速在4m/min时,一次喷涂膜厚即可达35~40µm,而空气喷涂时一次喷涂仅能形成20µm左右的漆膜。
(2)高转速杯式静电喷涂(ESTA)设备的组成ESTA设备是由顶喷机、侧喷机、供漆系统、高电压发生器、有关安全设施及控制设备组成的。其中顶喷机和侧喷机布置在7~8m长的喷漆室区段。
①侧喷机是布置在汽车车身前进方向的两侧,对车身侧面进行喷涂的喷涂机,分固定式和往复式两种。固定式是将高转速杯式静电喷枪固定在支座或吊架上的,为使喷涂机的喷幅扩大和均匀,喷枪头能在一定角度内作上下摆动。一般在车身两侧分别布置三支喷枪,对车身的上、中、下部位进行喷涂。这种侧喷机适用于高链速的大规模流水生产线。往复式侧喷机的电喷枪在喷涂时可作上下往复和仿形运动,喷幅较固定,较适合中、低链速的中、小批量多品种的车身涂装。
②顶喷机是布置在汽车车身上方,喷涂车身上表面和车身前后端面用的喷涂机,分悬挂式和龙门式两类。前者可悬挂在喷漆室内。顶喷机的电喷枪不仅能按行程需要作上下左右的往复运动,还能向前、后作45°~90°的旋转,以适应喷涂车身前后端面的需要。
目前由顶喷机、侧喷机组成的自动静电喷涂站已有被3~4台机械手静电喷涂机组成的更先进的自动静电喷涂站取代的趋势。机械手静电喷涂的自动生产线速度可超过1m/s,喷枪的出漆率超过800m1/min。
③供漆系统。为保证自动静电喷涂的质量稳定,输送的漆量要精确计量。计量漆量的常用方法包括漆压力调整法、漆量调整法和齿轮计量法。其中漆压力调整法是最简单的一种,是通过测量流量计的压力变化计量涂料的,具有结构简单、体积小、易清洗的优点,其缺点是误差较大,受涂料黏度影响较大。除双组分漆外,其他涂料都可用这种方法计量。漆量调整法是一种精确但较复杂的计量方法。漆的流量是通过装在漆压调整器出口的传感器感知的,受涂料黏度变化影响小。齿轮计量法是通过控制电机转速来控制漆的传输量的。这种计量精确度高,基本不受涂料黏度影响,适用于各种涂料,特别适用于双组分涂料的计量。
每支电喷枪上都装有结构简单、清洗性能良好的自动换色装置,当第一种颜色的涂料停喷后,它的色漆阀就关闭,交替启动脉冲压缩空气和溶剂的控制阀,使空气一溶剂混合物进入并清洗输漆管路残留的色漆,打开高速清洗阀,用溶剂清洗转杯中的残留涂料,清洗完成后,启动下一种喷涂漆料的色漆阀,使色漆进人喷杯,进人下一次颜色漆料的喷涂。换色所需的时间随系统的结构、漆的品种和清洗液的性能而定,通常在8~15s内可完成换色。
④高电压发生器及相关安全设备。高电压发生器一般安装在喷漆室外,一般采用中频率高电压发生器将1万伏的交流高压电经变频倍压转化成10万~12万伏的高压直流电,能产生徽安级的高压电流。一套ESTA系统一般需配备几台高电压发生器。为保证设备运行的安全,在高电压发生器中均装有过电压和过电流的检出回路,超出上下限时就会自动关闭高电压发生器,并使带高压器件接地。
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