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自动化喷涂在开关设备长导体涂装过程中的应用

编辑:扬州天坤涂装设备有限公司时间:2019-06-29

摘要:随着工业化生产的不断推进,自动化需求成为一种趋势。重点围绕开关设备自动涂装的应用,结合实际案例,详细介绍

了母线用导体自动涂装生产线的设计特点,分析讨论了自动化涂装在高压电器产品用导体涂装工艺中的优越性。

关键词:开关设备;母线导体;往复喷涂机;滑橇输送

引言:涂装是高压电器制造业中一项非常重要的工序,它能有效地防止工件受外界环境侵蚀,提高工件寿命,而且能美化工件外观。目前国内电器涂装工序主要还是靠人工完成,涂装的质量受工人的技术熟练程度、环境等因素的影响很大。同时,喷漆过程费时、费力、费料,油漆的大量消耗加重了环境污染,也使工人始终处于有害的环境中。随着生产力的不断提高和技术的不断革新,自动化的需求成为了一种趋势,特别是在对人体危害较为严重的涂装作业环境内设备的自动化显得尤为突出。往复喷涂机[1- 2]是一种可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的设备,其可在工业生产中代替工人完成繁重、单调、重复的劳动,提高劳动生产率,保证工件的喷涂质量,同时不受喷涂车间有害气体环境的影响[3- 5]。

喷涂自动化设备在国外早已广泛应用于涂装生产线,如往复喷涂机喷涂在汽车、家电、铁路货车等行业已发挥了重要作用[6- 10]。但是,就高压电器产品的油漆涂装来说,使用自动喷涂机器来完成工件表面油漆的涂装作业目前鲜有报道。因此,本文以母线用导体为对象,从工艺布局、输送方式及喷涂方式 3 个方面来阐述导体自动涂装生产线的设计特点和使用效果。

1 方案设计原则

涂装是高电压等级产品用母线导体制造工艺中的重要工序,表面着漆的导体便于在装配前更好地清理,防止粉尘、金属屑的吸附。在调研了部分工程机械厂家的涂装线后,结合本公司导体涂装的特点,本着保证质量、满足产能需求、追求先进性和实用性相统一的原则,从工艺布局、作业方式等方面规划设计了新产业园的导体自动化涂装生产线。

生产纲领:加工数量约 24 000 件/a;

产品特点:工件直径为 φ90 ~260 mm,长度为 500~ 7 500 mm,需喷涂的外表面主要为圆柱结构,喷涂时需要旋转。

工件质量范围:8 ~ 300 kg;班制、节拍:2 班制,全年工作日 240 d,每天生产16 h。

2 工艺布局

从合理利用空间、减少物流交叉等方面考虑,设备分单层布置,分别为喷涂作业区、流平区、烘干区(双层布置)等;为更好地节约场地,送、排风装置均布置在厂房外部,现场工艺布局见图 1。

工艺流程及布局为:空中自动输送上线→前处理除油→喷底漆→底漆流平烘干 (4 个工位)→打磨清理→喷面漆 2 道→面漆流平烘干(4 个工位)→下线。涂装线成环形布局,采用自动输送,各工序间输送和配合的自动程度很高,避免了转运过程中的磕碰。该生产线设计为全自动化、全封闭、高洁净度设备。

3 各非标环节设计方案浅析

3.1 输送方式

由于导体为圆柱结构,喷涂时需旋转,因此选用稳定、灵活、故障率低的全自动滑橇输送方式。导体在滑橇上进行混装,滑橇上部设置 4 条与橇体长度方向一致的导体支撑卡槽,即不同尺寸的导体可装载在一台滑橇上部。卡槽采用优质冷轧镀锌钢板折制并采用螺栓与滑橇橇体连接,其作用可使人工放置的支撑架及导体始终保持在一条直线上。该滑橇输送流程为:1)在上件位利用行车将导体吊装至滑橇小车上,启动确定吊装到位按钮;2)喷漆室移行机自动将导体从上件位转移至喷漆室内喷涂区域,进行涂装作业;3)作业完毕后,导体由移行机上部的电机驱动滑橇小车并转移至流平室滑橇系统,待完成流平作业;4)完成设定流平时间后,流平室滑橇系统自动将导体转移到烘干室进行烘干作业;5)完成烘干作业的导体依次被烘干室滑橇系统自动转移出烘炉,并转移至导体下件位,再利用行车吊到成品存放区;如此反复完成了导体的全自动输送循环作业。

3.2 喷涂方式

在目前高压开关领域,由于某些结构件比较复杂,一般采用人工喷涂方式,但母线用导体的结构相对简单,没有死角,非常适合自动化喷涂。导体自动喷涂装置主要组成有:智能长度检测装置、喷涂往复机、智能三轴机器人等。喷涂往复机采用低压大流量自动喷枪,智能机械手抓取导体的距离可自动调整。当导体进入喷漆室后,首先由安装在支架顶部的智能长度检测装置检测导体的长度后调整抓取位置及喷涂位置;确定位置后,由机械手抓取导体至喷涂位;导体放置到位后,启动夹具两端的旋转机构,同时启动

喷涂往复机,完成喷涂工作;完成喷漆后再由机械手将导体放置回原位,再由机械手抓取下一件导体,依次往复完成小车上的导体喷涂作业。

4 使用效果分析

该导体自动涂装线从精益制造角度出发,实现了工艺布局紧凑合理、物流自动化转运衔接顺畅及生产节拍均衡的目标,并在涂装质量、作业环境、生产效率方面具有显著特点。

4.1 产品涂装质量方面

使用往复喷涂机最大的优势是柔性大,重复精度好,导体涂层均匀,表面漆膜好。通过编写程序指令来实现喷涂的整个流程,它完全解决了人工喷涂所带来的负面影响,有效保证了导体表面漆膜的光洁度、均匀性以及一致性,杜绝了流挂、虚喷、漏喷等人工操作的弊端。

4.2 改善作业环境方面

采用自动喷涂作业后,操作者只需在喷漆房外操作往复喷涂机即可完成导体大面积的喷涂作业,可大大减少油漆喷涂对人体的伤害。

4.3 生产效率方面

采用往复喷涂机进行自动喷涂作业,可减少喷漆作业工人数量及工作强度,工作时间明显缩短,全自动喷涂可达到 15 min/ 件 (这是针对长度为 7 500 mm 的导体),与原人工作业相比效率提高了 1 倍以上。同时涂料利用率得到提高,另外自动喷涂可减少 VOC 的排放量,达到了节能和环保的双重目的。

5 结语

高压电器产品自动化涂装工程设计本身就是一个量体裁衣的非标设计工作,根据被涂工件的结构特点、涂装要求来设计工艺流程,根据厂房条件及上下工序的衔接需求来进行工艺布局,工装的设计、输送方式的选择、喷涂方式的选择都要综合考虑。通过反复探索、改进,不断提高实用性和可靠性来满足工件的自动化涂装要求。

3.6 添加抗缩孔剂

为了解决电泳缩孔问题, 还可以在涂料中添加特制的抗缩孔剂。抗缩孔剂一般与颜料浆料混合在一起使用,也可以单独添加到槽液中。抗缩孔剂的加入可以降低电泳涂料的表面张力, 使电泳涂料的表面张力与底材的表面张力相一致,从而有效遏制电泳缩孔的出现。添加抗缩孔添加剂,是在其他措施都无效的情况下解决电泳缩孔缺陷的一个极为有效的方法,添加量的多少要根据电泳材料特性而定,一般依据材料供应商提供的产品说明确定。

3.7 烘干工艺影响

电泳湿膜在烘干过程中采取阶梯升温的方式,可以通过提高漆膜的热流平性来改善电泳缩孔问题。若烘房初期升温速率过快,湿膜中的交联剂会快速解封参与交联反应,这将导致涂膜表面流平性很差。在保证涂膜固化完全的前提下,适当降低烘房初期温度速率,通过加强涂膜的热流平性可在一定程度上掩盖部分漆膜缩孔缺陷,形成更平滑的干膜。所以,一般在投产初期就应该调试出合适的炉温阶梯升温曲线,如果在后期批量生产中出现电泳缩孔问题,可以通过测试炉温曲线确认炉温阶梯是否符合工艺要求。除上述控制措施外,电泳涂料的组分也是影响电泳缩孔性能的重要因素。比如,使用少量低温解封交联剂用作阴极电泳漆全封闭交联剂,在漆膜烘烤固化初期即可迅速解封,使树脂的相对分子质量在一定程度上快速增加,从而调整漆膜的流动状态,提高电泳漆膜的耐油缩孔性[10-11]。注意交联剂添加量的控制,以免影响漆膜的其他性能。

4 结语

总的来说,在阴极电泳涂装过程中电泳缩孔缺陷病因是较为复杂的,而且很多影响因素可能是同时存在的,处理不当将会给实际生产带来巨大损失。在平时的生产过程中,要严格确保做好各项预防措施,实现科学管控整个生产过程,并将相应的技术措施标准化,形成流程、技术标准或规范性文件。阴极电泳过程中若出现电泳缩孔缺陷,可结合本文对电泳缩孔弊病原因及措施的总结分析,对电泳缩孔的病因做出及时、准确的分析和判断,针对性采取相应的控制措施,最大程度减少损失。