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大型零件粉末涂裝的應用現狀與發(fā)展趨勢
2023年09月05日    閱讀量:     新聞來源:涂料在線 coatingol.com  |  投稿

0 引言

表面涂裝的核心作用是提高產品的耐用性和裝飾性。近十年來,由于粉末涂裝具備綠色環(huán)保零VOC排放,涂層堅固耐用耐高溫,生產綜合成本低,安全環(huán)保、利用率高等優(yōu)勢,正在逐步代替油漆涂裝,從工藝技術角度,粉末涂裝和油漆涂裝僅在噴涂方法,過噴涂料處理方法,固化或烘干溫度等方面有所區(qū)別,但工件從小到大,從薄到厚,從簡單到復雜的量變過程,對有區(qū)別工藝的實現過程、工件轉運的自動化程度乃至整線的生產柔性,產生本質影響[1-2]。因此大型零件粉末涂裝從工藝優(yōu)化角度,為涂裝工業(yè)的系統(tǒng)創(chuàng)新與融合發(fā)展提供了新動能涂料在線coatingol.com


近幾年,大型零件如物流裝備(如集裝箱)、工程機械、汽車工業(yè)等主要以油漆涂裝為主要噴涂工藝的行業(yè)正在迅速的進行“漆改粉”產線改造提升工程,“漆改粉”工藝已經是大勢所趨,不可逆轉[3-4]。


1 大型零件粉末涂裝工藝與特點

1.1 大型零件粉末噴涂工藝

大型零件自動化粉末涂裝生產線的常規(guī)工藝主要由自動上件→拋丸→補拋→人工清理→前處理(高壓清洗→預脫脂→脫脂→水洗2→純水洗1→硅烷→水洗3→純水洗2) →人工吹水→水分烘干→強冷1→噴粉→粉末固化→強冷2→自動下件等組成,此外,該類型生產線還含有中控系統(tǒng)、廢氣處理設備、廢水處理設備等[5-6]。


各設備的功能如下:(1) 拋丸設備用于清除工件表面的銹蝕和焊渣,是工件表面達到要求的粗糙度并清理工件表面的丸料和粉塵。(2) 噴淋式前處理設備,它的功能是將金屬零件表面清洗干凈,使之無油、無銹并形成一層細密的保護化膜。(3) 水分烘干設備是將金屬零件表面的水分烘干,為粉末噴涂做好準備。(4) 強冷設備是將烘干和固化后的高溫工件進行快速冷卻,以達到粉末噴涂和下件的要求。(5) 粉末噴涂設備,在50~60kV的電壓下,使粉末帶電,在壓縮空氣和靜電引力的雙重作用下,令粉末吸附在工件上。(6) 粉末固化爐,在烘箱高溫的作用下(約200℃,持續(xù)20min),使粉末固結,形成光潔堅固的涂層。(7) 懸掛輸送系統(tǒng),作為粉末涂裝線的輸送設備,承載工件依次完成前處理、水分烘干、自動噴粉和粉末固化等工藝過程。(8) 電氣控制系統(tǒng)為生產線各設備供電并完成各設備的自動控制。(9) 廢氣處理設備將生產線產生的固化高溫廢氣經過處理,達到可以有組織排放到空氣中的一種環(huán)保設備。(10) 廢水處理設備是將生產線前處理產生的廢水經過有效處理,達到當地環(huán)保要求排放標準的設備。


1.2 大型零件粉末涂裝特點

(1) 大型零件粉末噴涂零揮發(fā),相比于液體油漆高達70%的溶劑含量,具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢[7]。


(2) 大型零件粉末噴涂便于實現自動化,節(jié)省人工。粉末涂料可直接使用,不需要用溶劑稀釋油漆;自動化粉末噴涂系統(tǒng)的覆蓋率高,所需要的手工補噴量較少。大型零件工件具有體積大、重量高的特點,一方面考慮安全生產、一方面考慮生產效率,生產線最小化人工操作和人工轉運,達到較高的自動化水平[8-9]。


(3) 大型零件粉末噴涂涂料利用率高,現有粉末噴涂設備均采用噴粉房或流化床的結構形式,所有粉末均在封閉的空間內循環(huán)流動,不會排放到周圍環(huán)境中,再利用率達95%以上。同時粉末噴涂經一次噴涂即可形成所需厚度的漆膜,無需重復多次噴涂,生產效率更高[10-11]。


(4) 大型零件粉末涂裝柔性化程度高,大型工程零件往往具有訂單化生產和成套生產的特征,導致噴涂的工件種類多、數量少,且尺寸、結構、厚度有較大變化。大多在一條涂裝線內完成全部噴涂任務,這就要求大型工程零件粉末涂裝線具有極強的柔性生產能力。


(5) 大型零件粉末涂裝與液體油漆涂裝相比更安全,在運輸、存儲、噴涂和設備未清理干凈或者使用不當時候極大地減少火災發(fā)生的可能性[12-13]。


2 大型零件粉末涂裝的應用現狀

大型零件如工程機械部件、農用機械部件、集裝箱等的粉末涂裝生產線,因工件、產量、場地、能源、環(huán)保政策等實際因素影響,充分體現了非標定制化特點。目前,我國在涂料生產和消費上均處于世界第一,但是在涂裝新材料、新工藝的研發(fā)上,依然與美、日等國存在較大差距,尤其是在環(huán)保工藝、自動化裝備等領域,很難達到發(fā)達經濟體的標準,限制了我國涂裝產業(yè)的國際化步伐。


2.1 涂裝設備非標化程度高

大型零件的涂裝設備非標化程度很高,行業(yè)標準不太完善,很多設備無法標準化配套。比如輸送設備、前處理、水分烘干、強冷、粉末固化、廢水等設配套設備的靈活度很高,這些對生產廠家的設計、制造以及對使用廠家的選擇、管理等都帶來了極大的不便。近幾年,像除塵設備、噴槍、回收系統(tǒng)、純水等逐步趨于標準化,系列化,使整個大型零件涂裝線的標準化配套程度有了一定的提升。


2.2 環(huán)保技術與體系處于起步階段

不同于其他行業(yè),涂裝裝備的出口必須滿足目標國家環(huán)保法規(guī)的要求,然而目前,我國涂料與工藝的環(huán)保標準還處于起步階段,相關行業(yè)環(huán)保投入低,導致現有涂裝設備普遍缺乏有效的污染物控制手段,這極大地減緩了我國涂裝設備走出國門,與國際化接軌的進程,使我國在新時代大國競爭中處于不利地位[14]。


粉末噴涂生產線得益于其循環(huán)利用的特點,產生固廢、廢氣、廢水的量較油漆涂裝線有極大降低,但仍不能做到零污染零排放。粉末涂裝線的污染源主要體現在前處理溢流水的藥劑排放和水蒸氣的藥劑逸散,粉末固化的廢氣排放,多處燃燒機的碳排放。在保證涂裝品質的前提下,減少“三廢”,對主要污染源廢氣、廢水進行有效處理,實現低污染、低排放的綠色生產型涂裝線,是需要進一步加強技術開發(fā)力度。


2.3 涂裝設備自動化程度高

大型零件工件具有體積大、重量高的特點,工件輸送、噴丸除銹、前處理清洗、水分烘干、強制冷卻、粉末固化對應的設備模塊已經實現自動化。噴粉、上件、下件設備模塊已經實現主體功能自動化,人工少量輔助。目前國內生產線已實現智能識別工件,智能噴涂系統(tǒng),智能控制系統(tǒng)等可全線實現自動控制、自動運行,各工藝參數實時檢測,超限報警,保證生產線安全、可靠、高效、低成本運行,自動化程度較以往有了較大幅度的提高。丸渣清理、刮膩子、膩子打磨、工裝屏蔽等勞動密集設備模塊還沒有特別有效的替代方法,這些需要進一步提升其自動化水平。


2.4 涂裝設備節(jié)拍快

現代化涂裝車間的生產方式一般采用流水線生產方式,節(jié)拍是生產線的節(jié)奏,也是連續(xù)生產的重要參數。中國各種機械行業(yè)都在要求生產線進行節(jié)拍提升,因此車間場地、輸送設備往往成為節(jié)拍的瓶頸點,提高車間場地的利用率,減小設備的體積和投資規(guī)模是所有涂裝生產線乃至所有非標設備的共性需求。輸送系統(tǒng)是集約用地、柔性生產和自動化的基本保障。輸送系統(tǒng)根據不同工件大小和不同的表面噴涂的要求,可以靈活設計工藝路線和工藝參數,保證物流通暢和較高的生產效率,滿足多樣化的生產需要。這些都要求設備生產廠家具備較高的方案設計水平來滿足節(jié)拍的要求,我國目前涂裝生產線生產企業(yè)大多數是中小企業(yè),其中部分企業(yè)存在技術水平低、研發(fā)能力弱等問題,大型涂裝設備高設計水準、高制作水平的企業(yè)欠缺,因此需要大力提升涂裝行業(yè)整體設計水準,使我國實現從涂裝大國到涂裝強國的轉變。


3 大型零件粉末涂裝的發(fā)展趨勢

“十四五”以來,智能制造與高端裝備制造逐步成為裝備制造業(yè)發(fā)展的潮流與未來;物聯網,云制造,邊緣計算,數字孿生等新技術,將車間、工廠、供應鏈與用戶連接成一個有機的整體,構建虛實融合、知識驅動、動態(tài)優(yōu)化、安全高效、綠色低碳的智能制造系統(tǒng)引領著大型零件粉末涂裝朝著智能化、高效、高質、低耗、節(jié)能、減少乃至消除環(huán)境污染、提高車間有效利用率等方向發(fā)展。


3.1 高自動化

大型零件粉末涂裝線已具有較高的自動化程度。目前仍有兩方面仍有提升空間,其一,研究靈活的多軸噴粉執(zhí)行器和智能粉末厚度識別系統(tǒng),替代人工完成補粉噴涂工作;其二,研究與上下件專機接駁的自動轉運系統(tǒng),替代人工完成大型工件的接序和轉序。上述工作對安全生產、職業(yè)健康有重大意義,同時可提高生產效率和生產穩(wěn)定性[15-16]。


3.2 高智能化

產品智能化是當今工業(yè)發(fā)展的趨勢,目前國內在控制策略、智能識別、狀態(tài)檢測、大數據分析等方面的工作已促進裝備向智能化方向邁進。實現全設備的狀態(tài)監(jiān)控,建立完善的數據分析系統(tǒng),實現故障診斷和養(yǎng)護提醒;在線體數據庫基礎上建立橫向連接,與涂裝線上下游設備間互通互連,實現工廠生產全過程智能化管理,提升生產柔性和容錯率,是未來發(fā)展的必然趨勢[17-19]。


3.3 節(jié)能環(huán)保

涂裝過程中會產生廢氣、廢水以及固體廢物。因此,涂裝工藝的選擇不僅要滿足涂層功能、質量的要求,必須滿足環(huán)保要求。涂裝生產的最終排放不僅取決于工藝,還取決于涂裝廢水和廢氣的治理。隨著國家環(huán)保法規(guī)的日益嚴格,要求涂裝行業(yè)從工藝到設備都必須有較大提升,因此有效減少VOC排放,進一步提高能源的利用效率、回收質量和回收效率等節(jié)能減排措施是未來涂裝的必然趨勢[20-22]。


3.4 高端化涂裝線

大型工程零件由于其體積大、質量高、結構復雜,為達到基本工藝需求,保證噴涂質量,保證生產節(jié)拍對于線體設計水準、制作水準要求均較高,需要滿足使用廠家集約用地、柔性生產、智能化等方面的諸多要求,因此更高效的噴淋、加熱、強冷、噴粉等工藝方法和設備模塊,同時兼顧投入產出比,是未來涂裝發(fā)展的必然趨勢。


4 結語

涂裝技術水平的提高極大地提高了各機械行業(yè)的技術發(fā)展,隨著大型零件粉末噴涂需求的不斷增加,在生產實踐中,還需要不斷在高端化、自動化、智能化、綠色化等方面進行技術創(chuàng)新,在優(yōu)化涂裝材料和涂裝工藝的基礎上,突破大型復雜零件高端涂裝生產工藝中的技術關鍵,提高大型零件粉末涂裝水平,以滿足時代的發(fā)展需求,提供強勁的動力促進我國涂裝工業(yè)的發(fā)展。


標簽:工業(yè)涂料輔料與設備今日頭條行業(yè)資訊涂業(yè)商道市場評論粉末涂料涂裝
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