利任泽，万修根，王瑞平，刘五宝

（江铃汽车股份有限公司铸造厂，江西 南昌 330001）

静电喷粉技术是利用高压静电发生器产生高压静电，当粉末涂料从带有高压静电发生器的喷枪枪口喷出时，粉末成为带负电荷的粉末颗粒，在空气推力和电场力共同作用下奔向接地工件并吸附在其表面，形成粉末涂层，粉状涂层经过高温烘烤、流平及固化后，形成膜状涂层[1]。静电喷粉工艺的涂层在机械强度、附着力和耐老化性等方面都优于喷漆工艺，并且成本也低于同效果的喷漆工艺。

1 静电喷粉线工艺流程及布局

1.1 静电喷粉线工艺流程

静电喷粉线工艺流程如图1 所示，缸体外观检验后，由员工将缸体摆正，并将缸体后端面朝前送进喷粉线，经过吹灰、预热后，缸体进入喷粉房，由员工对缸体不喷粉的部位贴挡板，然后自动喷粉、人工补粉、卸挡板、缸体出喷粉房并进入固化室进行固化、冷却、喷防锈油、下线。

图1 静电喷粉线工艺流程图

1.2 静电喷粉线工位布局

静电喷粉线工位布局如图2 所示。喷粉线区域长度33 m，宽度18.5 m，高度3.2 m，主要由预热室、喷粉房、固化室、冷却室、喷油室四个区域组成，四个区域的启停控制程序集成在一个控制柜上。四个区域平行布置，之间由辊道串联，铸件在辊道之间转换由叉料车完成。铸件完成喷粉之后，由铝制托板装运，从辊道上输送至固化室、强冷室、喷油室。整条喷粉线生产人员共5 人，其中3 人在喷粉室内工作。

图2 静电喷粉线工位布局图

1.3 静电喷粉线工艺

1.3.1 吹灰

吹灰工装如图3 所示。压缩空气气压0.6 MPa，采用自动吹灰的方式。缸体进入吹灰工位，光电开关接受到信号，压缩空气从缸体上方、两侧吹扫缸体表面的灰尘、细小铁屑等杂质，吹净室配置单独的除尘系统，确保密封无灰尘外逸。

1.3.2 预热

预热的目的是在喷粉前，提升缸体的温度，以除去缸体表面的水汽，增加粉末与铸件之间的吸附力。在寒冷季节（气温≤10 ℃）时开启预热，预热温度设置在80 ℃～120 ℃，缸体经预热室的时间5 min，表面温度可达22 ℃～35 ℃.此外，如涂层要求较厚，可将铸件温度预热至80 ℃～120 ℃，以增加粉末沉积厚度。一般情况下，缸体不需要进行预热。

1.3.3 贴挡板、卸挡板

对于缸体前端面、后端面局部不允许喷粉部位，需要使用专用挡板遮挡，喷粉完后取下挡板，挡板设计有定位销/块。生产中操作工按照1/10 的频率清扫挡板上的粉料，保证挡板的清洁。图4 为喷粉挡板。

图3 吹灰装置

图4 喷粉档板

1.3.4 自动喷粉

自动喷粉是整条喷粉线关键工序，工艺参数要求严谨，维护保养内容要求高。采用“喷枪固定，缸体通过”的方式让缸体上粉。设置8 把自动喷枪（缸体左右侧面各4 把），根据缸体左右侧形状、凸凹复杂程度，分别调节喷枪的位置与角度。喷粉机构主要由喷粉工艺控制箱、静电发生器、粉末喷枪、供粉装置、供气系统及回收装置六大部分组成，喷粉室布置如图5 所示。为保证缸体各部位粉末涂层均匀，固化后涂层厚度可控制在60 μm～100 μm.喷粉的主要工艺参数（空气量、泵粉量、电压、电流等），需要严格控制，如表1 设置。自动喷粉状态如图6 所示。

表1 喷粉主要参数

图5 喷粉室布局图

图6 自动喷枪喷粉

图7 人工喷枪喷粉

图8 铸件本体温度曲线

1.3.5 人工补粉

设置2 把手动喷枪用于缸体前后端面及侧面局部部位的补喷。喷粉工艺与自动喷粉设置一致，手动补粉要注意粉枪不能长时间对着局部喷粉，另外粉枪与缸体距离60 mm～150 mm，对应缸体深凹部位，喷枪距离缸体60 mm～100 mm，确保缸体表面粉末均匀，固化后膜厚60 μm～100 μm.人工喷粉状态如图7 所示。

1.3.6 固化

静电喷粉工艺中的一个关键是固化，固化工艺设置是否合理直接影响缸体粉末涂层的耐盐雾性能、粉末涂层附着力、粉末涂层加工性能。固化温度和固化时间等工艺参数的设计与粉末原材料的固化特性相关，所使用的粉末为低温热固性环氧粉末涂料，以缸体表面温度在120 ℃以上保温15 min～20 min 为原则。炉内铸件本体温度曲线见图8，纵坐标表示温度，横坐标表示时间。黑色线表示炉体空气温度，浅色线从下往上分别表示缸体表面上、中、下三个部位的温度曲线。图中显示缸体上、中、下表面温度在120 ℃以上保温时间分别为15.6 min、18.5 min、28.5 min，固化工艺参数设置如表2 所示。平时以炉温跟踪仪测定的铸件本体温度曲线作为工艺符合性的判断依据。

表2 固化主要参数

1.3.7 强冷

强风冷室由室体，输送辊道，鼓风系统及抽风排气系统等组成。固化后缸体表面温度高（如图8显示，缸体平均温度为130 ℃～150 ℃），需进行强制冷却，以使铸件出炉时的表面温度接近室温。采用排气冷却工艺，强冷室配置离心式冷却风机，配备可靠的进排风系统及其管路，确保缸体进喷油室温度不高于40 ℃.

1.3.8 喷防锈油

经油雾处理器的防锈油对缸体铸件水道、油道、内腔、前端面、后端面进行喷防锈油，共8 个喷油嘴对缸体进行喷油，保证起防锈作用。每个喷嘴可单独调整角度及喷油量（喷油量由普通的管阀进行调整，范围在0～100%），喷油的主要工艺参数是压缩空气气压，要求0.5 MPa～0.7 MPa，确保防锈油雾化。

2 静电喷粉工艺在生产中的主要问题及改进措施

2.1 粉末涂层附着力改善

静电喷粉线调试阶段，出现缸体表面粉末涂层附着力不合格（附着力要求GT0 级、GT1 级），问题主要出现在厚大类的缸体，附着力差的缸体表面粉末涂层失光，见图9，使用百格刀检测，粉末层脱落。通过分析炉温跟踪仪发现，缸体局部温度在120 ℃以上保温时间仅10.5 min，保温时间明显偏短，主要是因为缸体体积较大且厚重，吸热量较大，缸体表面高温时间短，粉涂层没完全固化。改进措施：提高固化炉的固化温度及延长固化时间。经过生产验证表明，缸体表面粉末涂层附着力符合附着力GT0级、GT1 级的要求。

图9 缸体附着力差图示

图10 铸件表面粘附漆皮

2.2 粉末加工性能差改善

静电喷粉线小批量试生产时，缸体表面粉末涂层加工性能差，表现为漆皮粘附在铸件表面，见图10，缸体清洁度检测时发现脱落的粉末颗粒度尺寸为2 500 μm～5 345 μm，超过颗粒度要求（颗粒度要求≤2 000 μm）.

通过与粉末供应商对该缺陷问题的分析，缸体表面粉末涂层加工性能差的主要原因及解决措施包括以下几方面：①改善粉末涂料的热固性，调整粉末涂料的配方，提升粉末涂料的脆性，适当降低涂层柔韧性，可以提升粉末的加工性能。②确保粉末涂层固化完全：③适当降低喷粉涂层厚度。涂层厚度太厚，不但造成材料浪费，还恶化涂层性能，粉末涂层厚度控制在60 μm～100 μm 为宜，且不影响耐盐雾性能[2]。通过以上措施的实施，粉末加工性能得到了显著改善。

2.3 缸体深凹部位漆膜均匀性改善

缸体深凹部位喷粉漆膜不均匀问题，表现为：局部少粉，漆膜厚度不足15 μm；局部粉末过厚，形成堆积，固化后，粉料堆积的部位出现粉料断层现象，影响缸体外观及防锈。

通过对喷粉过程的仔细观察及反复验证，改善缸体深凹部位漆膜不均匀的主要有以下几方面：①缸体的接地性能良好是保证缸体导电性能的关键，首先链板不允许粉料堆积，要干净，另外链板的接地线与粉泵的接地线不失效；②为避免喷粉时粉料被吹开形成局部堆积、局部少粉，喷粉枪的送粉空气量不宜过大，送粉空气量偏大时要适当调大喷枪与缸体的距离（空气总量2.5 m3/h～3.0 m3/h，喷枪与缸体距离在120 μm～150 μm 为宜）；③适当调大喷枪的电压、电流，并且保证静电针干净，没有沾杂质；④捉粉管管口未磨损（使用检具），输粉通道无堵塞；粉料干净、干燥；⑤寒冷季节，把预热开启，让缸体表面加热至30 ℃左右，也有助于增加粉末与铸件之间的吸附力。通过以上多方面的控制实施，缸体深凹部位喷粉漆膜不均匀性得到了较大的改善。

2.4 降低静电喷粉线的劳动量

由于缸体的外观结构复杂以及局部区域不得有粉料，所以在喷粉室内安排了三个人来完成缸体补粉及贴挡板、卸挡板的工作，工作劳动强度大且工作环境差。为了解决这一问题，增设了贴挡板、卸挡板的自动化机构，另外安装一台机器人代替人工补粉，进一步改善了操作工的工作环境与强度，如图11 所示。

图11 自动贴卸挡板及补喷方案示意图

3 结束语

静电喷粉作为一种新的涂装技术，具有节省能源和资源、减少环境污染、工艺简便、易实现自动化、涂层坚固耐用、粉末可回收再用等优点，对于汽车铸件防锈方面得到了越来越多的应用[3]，在用于缸体防锈过程中，碰到了一些问题，虽然都得到了解决，但是其应用技术仍然需要进一步摸索与改进，在使用和推广静电喷粉工艺过程中，应该加强现场工艺控制，持续优化现场工艺参数并选择合格的粉料，实现喷粉线全自动化（取消人工补粉工艺），进一步提升喷粉工序的过程能力、及产品的外观质量，才能更好地应用此新工艺于生产之中。