0. 粉末涂装特点
粉末涂装工艺的成功实施是工程机械行业涂装工艺的一次重大突破，由传统的溶剂型涂料转变为粉末涂料，无论在生产成本、施工工艺、环境保护、自动化作业等方面均有大幅度的提升。粉末涂装工艺具有以下几点优势：①粉末涂料不含有机溶剂，在生产中不排放有害气体，能防止大气污染，并改善了工人的劳动条件，属于环保涂料，而传统油漆溶剂含量达40%以上，并含有大量的甲苯和二甲苯等有毒物质；②粉末涂料可以回收，利用率达95%以上，甚至可达99%[1]，而油漆利用率一般在35~50％左右；③涂装一次容易得到较厚涂层（约50-300μm），因此可以减少施工工序，节约能源，提升效率；④由于没有溶剂的挥发，因此减少了火灾的危险[2]；⑤粉末涂层具有优良的机械、化学性能；⑥粉末喷涂的成品率高于喷漆，一般来说：喷漆件废品，次品率为10%左右，而粉末喷涂件为1%左右，返修率低，有利降低成本；⑦施工简单，不需要很熟练的操作技术，容易掌握，涂膜厚涂时不会出现流挂问题，容易实施自动化流水线涂装[3]；⑧由于粉末涂料是固体状，因此在贮存上便于管理。
1. 驾驶室粉末涂装工艺
1.1工艺流程
上件—预脱脂—脱脂—水洗—水洗—表调—磷化—水洗—水洗—纯水洗—阴极电泳—超滤一—超滤二—纯水洗—沥水—烘干—强冷—（打磨）—打胶—喷粉—烘干—强冷—屏蔽—套色喷漆—去屏蔽—流平—烘干—冷却—下件。
1.2工艺参数
驾驶室涂装工艺时间及相关参数如表1所示。
表1 驾驶室涂装工艺参数
序号 | 工序名称 | 工艺时间 | 工艺温度(°C) | 备注 |
1 | 上 件 | RT | ||
2 | 预脱脂 | 120 s | 45-55 | 喷淋 |
3 | 脱 脂 | 120 s | 45-55 | 浸渍 |
4 | 水洗一 | 50 s | RT | 浸渍 |
5 | 水洗二 | 50 s | RT | 浸渍 |
6 | 表调 | 50 s | RT | 浸渍 |
7 | 磷化一 | 180 s | 40-45 | 浸渍 |
8 | 磷化二 | 180 s | 40-45 | 浸渍 |
9 | 水洗三 | 50 s | RT | 浸渍 |
10 | 水洗四 | 50 s | RT | 浸渍 |
11 | 纯水洗一 | 50 s | RT | 浸渍+出槽喷淋 |
12 | 电泳一 | 180-220 s | 28-30 | 浸渍+出槽喷淋 |
13 | 电泳二 | 180-220 s | 28-30 | 浸渍+出槽喷淋 |
14 | 超滤一 | 60 s | RT | 浸渍 |
15 | 超滤二 | 60 s | RT | 浸渍+出槽喷淋 |
16 | 纯水洗二 | 60 s | RT | 浸渍+出槽喷淋 |
17 | 沥水 | 120 s | RT | |
18 | 电泳固化 | 30 min | 160-180 | 天燃气直接加热 |
19 | 电泳强冷 | 20 min | RT | 自然风强冷 |
20 | 检查&打磨 | RT | 手动 | |
21 | 打胶&贴胶带 | RT | 手动 | |
22 | 喷粉 | RT | 自动+手动 | |
23 | 粉末固化 | 40 min | 180-200 | 天燃气直接加热 |
24 | 粉末强冷 | 20 min | RT | 自然风强冷 |
25 | 划线&遮蔽 | RT | 手动 | |
26 | 套色喷漆 | RT,冬天：18℃以上 | 手动 | |
27 | 去遮蔽 | RT,冬天：18℃以上 | 手动 | |
28 | 流平 | RT,冬天：18℃以上 | ||
29 | 油漆固化 | 27 min | 80-100 | 天燃气直接加热 |
30 | 冷却 | |||
31 | 检验下件 | RT |
2. 粉末涂装对驾驶室白件的要求
工程机械产品受到钢材、焊接工艺及模具的限制，导致成品白件表面的缺陷较多，如焊点缺陷、成模缺陷、打磨缺陷等，因此绝大多数公司的产品均在电泳底漆后，需要大面积刮腻子、烘干、打磨，再喷涂面漆，方可保证实现最佳的外观效果。但粉末涂层在成膜过程中需要长时间处于高温180-200℃的烘烤环境，因此要求底涂层具有耐高温烘烤性能。此外，由于粉末在涂装过程中采用静电吸附原理，这就要求底涂层具有导电性。因此，弥补成品白件缺陷所使用的原子灰腻子及密封胶均要求具有导电性及耐高温性能。
为了解决白件缺陷问题，在不改变前道工艺的前提下，进行了大量的工艺试验，选用国内、国际各种不同品牌的原子灰及密封胶进行测试，得出的试验结果是：①原子灰腻子不适于大范围及厚刮涂，涂层易出现鼓包、针孔、橘皮等缺陷，如图1、2所示；②原子灰的配比操作要求较高，否则粉末涂层易出现针孔；③密封胶作为焊缝缺陷的弥补工艺可以采用，但需要使用白色的本体，否则粉末涂层易有色差；④密封胶不能作为板材缺陷的弥补材料进行刮涂，如图3、4、5所示。
（1）大面积刮腻子的影响
图1 原子灰腻子180℃烘烤后打磨 图2喷粉后产生橘皮
（2）大面积刮密封胶的影响
基于以上试验结果，在推行粉末喷涂时，首先要解决白件表面的缺陷问题，从成型及焊接工序着手，杜绝表面存在缺陷。此外，焊缝断焊处的密封胶，应使用耐高温材料，并可以保证与粉末同时固化，而不产生质量缺陷。
3. 喷粉工序的设计
3.1粉末静电喷枪的布局
工程机械产品多数为平面或管件，因此适用于高压静电喷涂法。粉末静电喷涂技术的特点是工件可以在室温条件下涂装，粉末的利用率高，可达95%以上；涂膜薄而均匀、平滑，无流挂现象，即使在工件尖锐的边角和粗糙的表面也能形成连续、平整、光滑的涂膜，基于以上特性，粉末涂装极易实现自动化、连续喷涂作业。因此可以根据产能设计，尽量减小工作节拍，采用往复机及固定式喷枪实现自动化喷涂作业，如图6、7所示。
图6 机罩喷粉的粉枪布局 图7 驾驶室喷粉的粉枪布局
存在的内腔或一些死角，可以在后面的人工找补工位进行，找补工位同时检查自动喷粉的质量，对于存在的吐粉、上粉不均匀处可以及时处理，保证优良的涂层外观。
3.2 粉房的设计
粉房的设计主要关注两个方面：其一，室体开口的大小，主要有工件进出口、往复机伸缩口、链条通过口，开口追求尽量小，可以减小回收系统的功率，降低采购成本和使用成本；其二，壁板材料的选择，不同材料的壁板对于粉末的吸附性能有差异，为了每班结束后便于操作者清理粉房，应选择对粉末吸附性差的材料，当然，要同时考虑使用条件，一般建议底部采用不锈钢，四周及顶棚采用PP板或PVC板，不同材料对粉末的吸附性见表2（仅供参考）。
表2 不同材料对粉末的吸附性
序号 | 材料 | 对粉末的吸附性 | ||
1 | PP板 | 14.6% | ||
2 | 不锈钢板 | 78.5% | ||
3 | 聚碳酸酯板 | 13.3% | ||
4 | 透明共聚化合物 | 8.5% | ||
5 | PVC板 | 16% | ||
一般来说，工程机械产品由两种颜色组成，且产量均衡，同时又不能轮换进行批量生产，因此可以设计两个喷粉房同时生产，从而避免进行换色操作。
3.3 回收系统的设计
粉末涂装设备回收系统一般分为两种，分别为单级滤芯式回收装置和大旋风滤芯式二级回收装置。工程机械产品的外观涂装颜色一般比较单一，多数均为两种颜色。因此，选用单级滤芯式回收装置有利于投资的减少及使用成本的降低，并减少每班结束后的粉房清理量。单级滤芯式回收装置由以下部件组成：添粉装置、旋转筛（或震动筛）、供粉桶、滤芯、风机、终极滤芯等，如图8所示（仅供参考）。
图8 单级滤芯式粉房系统示意图
由于稳定的气流从粉房四周的各个开口平稳的吹入粉房内部，最终将过喷的粉末一并带入到回收组件，即阻止了粉末的外溢，也提高了粉末的回收效率；此外，粉房内的粉末浓度必须低于粉末的爆炸极限。因此，粉房实际风量大小的设计如下[4]：
（1）粉房排风量计算式为：
Q1 ＝ 3600K·S·V
式中：Q1为粉房排风量，m3/h；S为粉房所以开口处总面积，m2；K为粉房效率系数，取1.8-3.6；V为粉房靠扣除空气流速，m/s，开口处吸入空气的速度为0.4-0.7m/s。
（2）回收装置的排风量计算式为：
Q2 ＝ D/n·p
式中：Q2为回收装置的排风量，m3/h；D为粉末总喷出量，g/min；n为粉末涂覆效率；p为粉末爆炸的下限浓度，30g/m3。
所以，粉房的实际风量Q≥Q1、Q2。自动喷粉室开口处的风速比手工喷粉室的高，以适应多枪及供粉量大的喷涂，保证粉末不外溢及粉末浓度低于爆炸浓度约50％，在喷涂工件附近，其速度不大于0.3m/s，以减少气流对喷雾形状的破坏，保证有较高的沉积率[4]。
4. 粉末烘干炉的设计
一般粉末的成膜条件是工件温度持续180-200℃的温度下，才能固化成膜达到其性能指标，否则将极大地降低粉末涂层的耐候性及其它性能。因此，粉末烘干的能耗较高，那么如何保证能源较高的利用率，以及保温措施，将作为粉末烘干炉的设计重点。
烘干炉一般分为三种形式，即箱式炉、隧道炉和桥式炉。桥式烘房进、出口段热空气的密度较低，热空气上浮，冷空气下沉从而能够形成气封，有效地阻止热量的溢出和外界灰尘的进[5]。烘干炉室体面板一般采用单元化的迷宫式公母槽插板结构，现场拼装，为防止传导造成的热量损失，内表面采用硅青铜氩气保护焊，内、外壁间填充纤维岩棉绝热层（也有在保温层之间填有一层10mm的硅酸铝板进行隔热设计）；内、外壁板侧面拼接缝处、底、顶板拼接缝处均满焊；温控采用多点测温、多点控温方式，采用恒温控制方式控温。烘干炉有效温区范围内工件表面温度达到设定的工作温度后，工件高度范围内上中下三点温度偏差≤ ±5℃；烘道内要保持微负压，保证通道进出口的热量不外溢。
5. 粉末涂层表面的喷漆套色
工程机械行业的产品套色工艺已经逐渐被不干胶标识粘贴所替代，原因是套色成本高，工序复杂，又容易造成二次涂装缺陷，但是，为了提升整机外观的美观性，个别产品仍保留喷漆套色工艺。粉末涂层在喷漆套色时，有如下两种处理方法：
a、喷漆套色表面应使用240#砂纸进行全面打磨，保证涂层具有粗糙表面，清灰后喷漆，然后可自然晾干或烘干；
b、喷漆套色表面如不打磨，可以直接喷漆，但是油漆必须在70-90℃的烘干环境中；如果不进行以上的工艺操作，而是在粉末涂层表面正常喷漆后自然干燥，涂层之间附着力会非常差。
6. 总结语
对于工程机械行业，粉末涂装技术作为一种新型的环保技术，是绿色制作技术重要表现形式之一，有极高的推广价值。国内部分大型工程机械制造商不仅在主机厂大范围的采用粉末喷涂技术，而且已要求多数外协合作商推广使用粉末喷涂工艺，其良好的经济价值得到大家的认可。目前，粉末涂装工艺在工程机械的应用范围，主要集中在薄板件及管件。如何将粉末喷涂技术推广至中厚板件上，是未来需要深入研究的课题，其中卡特彼勒、徐工集团等企业均开始了粉末涂装在中厚板上的应用，并积攒了大量的宝贵经验，也必将为粉末喷涂技术在行业内的快速发展提供助力。
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