文/李海微
上海中联重科桩工机械有限公司
摘要：工程机械作为野外施工作业设备，因其长期处于恶劣施工环境中，要求具有极高的防腐性和装饰性，如一些工程机械的外观装饰面，其涂层装饰性和防腐性要求甚至达到了汽车涂装水平。目前国内工程机械所采取的涂层体系已逐渐规范化，随着环保要求的严格管控，粉末涂料具有安全环保、装饰性高、色彩丰富等特点，使其在工程机械涂装中应用逐年提高，越来越多企业开始逐步引入粉末涂装工艺，并进行相应涂装产线搭建。
0 引言
以往工程机械只关注防腐性能，对其外观装饰要求并不高，但随着消费观念的转变，其外观品质要求也越来越高了，不但要注重设备内在性能与可靠性，还要确保整机外观装饰性能优良。
1 工程机械粉末涂料应用现状
工程机械结构较为复杂，边角凹槽较多，难以实现所有工件表面都具有较高的外观质量。[1] 通常分为覆盖件涂装与结构件涂装两大类，前者因其外观质量要求高，需具备良好防腐性与装饰性，后者则对涂层外观要求低一些，重点保证防腐性。
1.1 工程机械粉末涂料涂层质量要求
工程机械产品涂装，不但要具有较好机械性能和防腐性能，还要具有较高的涂层外观质量，较好的光泽度及鲜映性。（如表1 所示）
从粉末涂层性能指标参数可以看出，其漆膜厚度通常在120um以上，光泽度可达到90%以上，盐雾与老化要求也较高，其机械性能及防腐性能指标也可达到溶剂型涂料或水性涂料水平。
1.2 工程机械粉末涂装特点
粉末涂装技术简单、易于实施机器人自动化涂装，涂装效率高，涂层质量好，可满足高中低档技术指标要求。但对于工件大面积涂层和边角凹槽局部涂层状态会产生较大差异，容易出现涂层边角膜厚较薄，凹槽部位露底等缺陷。
2 工程机械粉末涂装工艺设计
粉末涂装通常采取静电粉末喷涂技术，为有效解决“边角效应”，往往采用两涂一烤“干碰干”工艺，选取超耐候性面层粉末涂料与纯环氧底粉搭配使用的方式，即可达到较高装饰性和耐腐蚀性能，又具有较好的边角覆盖性和遮盖力。
2.1 涂装前处理
粉末涂料对基材表面要求较高，不得出现任何粉尘、油污、颗粒及氧化皮等缺陷，否则会极大降低粉末附着力。涂装前要确保结构件外观质量良好，如下料后板材边缘横平竖直，结构件焊后打磨平整，焊缝成形美观等。与此同时，还要提高基材表面粗糙度要求，并增加脱脂、硅烷处理工艺，保证工件表面洁净度，改善油漆与底材结合力，提升漆膜质量与性能。
2.2 粉末喷涂工艺
粉末喷涂过程中，最难攻克的是边角覆盖问题，主要分为内外边角喷涂，在外边角（阳角）部位喷涂时虽然上粉效果较好，但在烘烤过程中随着粉末的熔化，在表面张力作用下，容易导致边角部位粉末变薄。而在内边角（阴角）部位喷涂时，特别是带内腔或凹槽的内表面，由于采用静电喷涂存在法拉第效应，会直接导致粉末颗粒附着力不良或造成局部区域漏喷和薄喷。以上问题可通过特殊带电方式，来解决边角效应，使底粉不上浮，面粉将底粉盖住，实现不同底粉、面粉颜色搭配。
2.3 粉末固化工艺
对于采用中厚板焊接成型的结构件，因其结构复杂，板材厚薄不均，需吸收大量热量才能达到粉末固化温度。采取传统热风循环加热方式，不仅升温较慢，能耗高，占地面积也大。而单独采用远红外加热方式，则温度均匀性较差，边角部位照不到，影响涂层质量。
大型结构件通常采取远红外辐射+热风循环加热方式，往往进行双工位布局设计、如第一个工位前15min进行远红外辐射加热，后15min进行热风循环保温；第二工位前15min进行热风循环升温，后15min进行保温，直至涂层固化成膜。既缩短了烘干时间，又达到了烘干温度均匀的效果。
3 涂装车间核心装备实践探索
粉末喷涂涂装工序较少，产生问题的环节也会相应降低，影响关键质量控制工序主要为前处理、静电喷涂及烘烤等工序。
3.1 涂装前处理设备
前处理工艺可有效除去金属表面所有类型污染物，提高表面防腐性能。对于形状比较简单、涂层质量要求不高工件，可采用喷淋式处理工艺，由脱脂、水洗+ 新鲜纯水洗+硅烷+纯水洗+新鲜纯水洗+自动吹水工序组成。前处理线运行过程中、工艺参数设定和加药程序的选择是决定生产工艺成败的关键因素。通过设置在线分析和自动管控系统，实现对槽液自动检测、加料与智能化管控。
3.2 粉末喷涂设备
对于大平面箱体件或细长管件，因其形状比较规整，比较适合采取喷涂机器人或往复机进行自动喷涂作业，提升漆膜质量及一致性，降低劳动强度，有效避免手工喷涂过程中所出现的漆膜厚薄不一，漏喷、薄喷等缺陷。
可通过3D激光轮廓扫描系统来检测工件的轮廓，自动调节喷枪到工件距离，提高喷涂效率、有利于膜厚均匀性，能够确保粉末均匀覆盖工件表面。其控制系统可自动根据工件形状模拟机器人喷涂轨迹，无需编程，实现更高的自动化喷涂效率。
3.3 在线漆膜检测系统
采取传统接触式涂层测厚仪只适合固化后涂层厚度测量，无法在生产过程中对涂层厚度进行监控。无法提前预防质量缺陷，一旦发现问题，只能批量返工。通过采取3D成像检测技术，可在生产过程中对涂层厚度情况进行实时测量，实现非接触精准测量形状复杂零部件的膜厚分布情况，能有效避免涂层缺陷问题，适用于自动化涂装产线，可自动记录生产过程数据及全流程追溯。
3.4 粉末固化温控系统
在漆膜固化过程中若温度过高会产生过烘现象，造成涂膜变色，若温度过低，则涂膜由于不能完全固化，导致涂膜硬度降低、粘连等缺陷。烘干室内温度可自动按设定数值进行自动控制，并设置显示、超温报警等功能。烘干炉内可采取3点测温方式，可以及时全面了解烘干炉的工作运行状态。防止粉末过烘烤或固化不良。
3.5 智能物流输送系统
智能物流输送系统是在传统物流输送基础上引进智能物流识别系统，自动化搬运技术，如在结构件搬运过程中采取桁架机器人、重型AGV/RGV小车、自动化吊运工装等来实现工件涂装自动化上件。当涂装件下线后，可采取空中EMS直接输送到自动化立体仓库进行存储，通过统一规划的自动化物流系统，集成AGV/RGV与机器人、链式输送机，有效连接预装、总装等生产环节，实现拉动式生产，形成高效有计划的生产链，提高生产效率。
4 结语
在工程机械粉末涂装生产线规划中，无论在前期工艺设计上，还是在设备选型方面，均采取了新的技术与理念，既节省人力，又提高了涂装质量。
(1) 工艺设计：工程机械涂装工艺的应用和发展趋势一定是使用环保型涂装工艺。应根据工件特点、质量要求、国家环保政策及涂装综合成本等因素全面评估，选择易于实现自动化的涂装工艺，提高生产效率与质量；
(2) 设备规划：工程机械产品种类多，设备布置时需按照产品外形尺寸及重量相似性原则进行涂装分线规划，既要考虑产线柔性，又要兼顾产线效率，同时还要解决各工序间衔接问题，做到物流短而顺，避免交叉。
参考文献：
[1] 蒋刚，林天强，胡章枝. 粉末涂料在塔机上的应用[J].中国涂料，2014(10):69-71.
[2] 张华清，王帅，赵宏, 等. 粉末涂料在工程机械驾驶室的应用[J]. 现代涂装，2014(7):67-68.
本文转载自《加工制造》2023年1月
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