（机械工程专业论文）涂装生产线喷淋前处理设备的设计与实现.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 涂装是一种对产品的表面进行覆盖处理的技术。涂装不但使产品的外观亮丽，更重 要的是提高了产品的抗腐蚀、抗氧化能力，从而极大地延长产品的使用寿命。涂装工艺， 包括涂装前处理、水分烘干、喷漆喷粉、高温固化及冷却仓储等几个重要环节。其中， 涂装前处理工艺是整个涂装工艺流程中至关重要的一道基础工序。 针对我国的涂装技术还比较落后的现状，论文首先通过调研，了解涂装工艺的实际 需要，获得了基本设计数据；之后，介绍了涂装前处理设备的工艺原理和主要组成部件 及功能，阐述了结构设计与实现的方案思路。接着，论文总结并完善了涂装前处理设备 主要结构如棚体、喷淋系统、槽体、排风系统、加热系统、除渣系统等的设计方案和实 现步骤，解决了目前困扰行业发展的产品除油不彻底和磷化膜质量差两大问题，对现有 设备存在的不能自动加水、不能自动喷淋、不能自动除油等缺陷进行优化设计，实现了 最优化选材和尺寸等参数的确定。 由论文开发的设备所生产的涂装产品的磷化膜厚度、盐雾试验等各种性能评价指标 均满足了国家涂装工业的安全标准，达到设计目标，说明论文中的方法是可行的，具有 很好的参考价值。 关键词：涂装；喷淋式前处理；磷化膜 涂装生产线喷淋前处理设备的设计与实现 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fp r e c o m i n gs p r a yp r o c e s s i n ge q u i p m e n t f o rc o m i n gp r o d u c t i o nl i n e a b s t r a c t c o a t i n gi sak i n do fc o v e r i n gt r e a t m e n tt e c h n o l o g yo np r o d u c t i o ns u r f a c e t h ep r o d u c t i o n l i f ew i l lb ee x t e n d e df u r t h e s ta f t e rc o a t i n gb e c a u s et h ea p p e a r a n c eo fp r o d u c t i o ni se x q u i s i t e a n df u r t h e r m o r et h ea b i l i t yo fa n t i - o x i d a t i o na n da n t i r u s ti si m p r o v e ds h a r p l yb yc o a t i n g c o a t i n gp r o c e s s i n gi sc o n s t i t u t i v eo ft h ef o l l o w i n gs e v e r a li m p o r t a n ts t e p ss u c ha sp r e - c o a t i n g t r e a t m e n t ，d r y i n g ，c o a t i n g ，s o l i d i f y i n ga n ds t o r i n g ，e t c a m o n gt h e s es t e p sp r e c o a t i n g t r e a t m e n ti sa na l l i m p o r t a n tb a s i cs t e pw h i c hd e c i d e st h ef i n a lq u a l i t yo fc o a t i n g c o n s i d e r i n gt h ed e v e l o p m e n tl e v e lo fd o m e s t i cc o a t i n gt e c hi sf a rb e h i n dt h a to f o c c i d e n t e t c a n dt h ew h o l ei n d u s t r yi su n d e ral o w - l e v e ld e v e l o p m e n ts t a t u s i nt h i sp a p e r , f i r s t l y ，t h e r e a ln e e d so fc o a t i n gp r o c e s s i n ga n dt h eb a s i cd e s i g nd a t ah a v eb e e nm a s t e r e dt h r o u g h i n v e s t i g a t i o n s e c o n d l y ，t h ep r o c e s st h e o r yo fp r e c o a t i n ge q u i p m e n ta n dt h ef u n c t i o no f m a i n c o m p o n e n t s a r ei n t r o d u c e d b r i e f l y t h eg e n e r a lt h i n k i n g o fs t r u c t u r e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o na r ed e m o n s t r a t e dt h o r o u g h l y t h i r d l y ，t h ed e s i g np l a na n di m p l e m e n t a t i o n p r o c e d u r e so fp r e - c o a t i n ge q u i p m e n t ss u c ha ss h e db l o c k ，s p r a ys y s t e m ，f l u m eb l o c k , b l o w e r s y s t e m , h e a t i n gs y s t e m ，s e d i m e n t - c l e a n i n gs y s t e me t c a r es u m m a r i z e da n dc o n s u m m a t e d f i n a l l y ，t h ek e yp r o b l e m ss u c ha sd e f i c i e n td e g r e a s i n go fp r o d u c t i o na n dl o wq u a l i t yo f p h o s p h o r - z i n cc o a t i n ga r es o l v e d ，t h ec u r r e n td e s i g nd i s a d v a n t a g e sa r eo p t i m i z e da n da u t o w a t e r - s u p p l y i n g ，a u t os p r a y i n ga n da u t od e g r e a s i n ga r er e a l i z e d n l eo p t i m a lp a r a m e t e r ss u c h a sd i m e n s i o na n dm a t e r i a lt y p ee t c a r ef i x e d r e l a t e dt e s t ss u c ha st e s to fp h o s p h o r z i n cc o a t i n gt h i c k n e s sa n dt e s to fs a l tf r o go nt h e p r o d u c t i o nc o a t e db yt h ee q u i p m e n td e s i g n e da n di m p l e m e n t e di nt h i sp a p e r a r ec h e c k e do k a c c o r d i n gt on a t i o n a ls a f e t ys t a n d a r do fc o a t i n gi n d u s t r y t h et h e o r yi nt h i sp a p e r i sf e a s i b l e a n dv a l u a b l ef o rr e f e r e n c e k e yw o r d s ：c o a t i n g ；s p r a yt r e a t m e n t ；p h o s p h o r c o a t i l 大连理t 大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：淦装生庄缕瞳进煎处堡遮叠的遮进生塞理 作者签名：查抱亟日期：型2 年上月j 垒日 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 送堂丝至缝噬燧壶塑监遮叠递逝鱼芝过 作者签名：奎垫亟日期：巫年j l 月日 导师签名：豸量! 茎主季日期：兰蛆年上月上l 日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1绪论 1 1 课题背景及意义 随着经济的持续发展和社会物质文明的充分积累，人们的生活水平在不断提高，社 会对家电、家具、汽车等生活、生产用品的要求也逐渐提高，不但要求功能性强，而且 要求其造型美观，表面质量好。在这个大背景下，涂装作为一个新兴的行业渐渐成为许 多产品生产制造过程不可或缺的环节。实践也证明，产品经过表面涂装处理后，不但满 足了人们对美观造型的追求，更重要的是涂装处理提高了产品的抗腐蚀，抗氧化能力， 从而最大程度的延长了产品的使用寿命，保证了产品的功能。 整个涂装工艺包括涂装前处理、水分烘干、喷漆喷粉、高温固化及冷却仓储等几个 重要环节，涂装前处理工艺是整个涂装工艺流程中至关重要的一道基础工序。金属制品 经过加工、运输、存储等生产环节，表面不可避免的带有氧化膜、铁锈、焊渣，油脂等 杂质物质，为保证涂料层牢固的附着在工件表面，在涂装前必须进行前处理。否则不仅 影响涂层与基体金属的结合力，使涂装质量下降，而且基体金属在有涂层保护下的情况 下，内部杂质物质继续腐蚀导致涂层脱落，从而影响了产品的外观，降低了功能并缩短 了使用寿命。 1 2 涂装行业的发展及研究现状 涂装作为一门新兴的行业，首先诞生于经济发达的欧美等地区，并迅速发展，在二 十世纪八九十年代，随着我国经济的快速发展，人们也逐渐提高对产品外观质量的要求， 才使涂装这门新技术逐渐的被引入国内，率先在家电、汽车等行业迅速发展起来，地位 越来越高。 由于技术传入的时间比较短，国内接触涂装的技术人员规模还相对比较小，我们的 涂装行业还不够规范和完善，尚处于技术引进和学习消化阶段。虽然大多数高端技术均 掌握在欧、美等涂装行业发展较早的国家，但现代产品对外观涂层的长寿命、高档化、 多彩化要求，将进一步促进我国涂装行业向着高技术方向迅猛发展【lj 。 1 2 1 发展历史 涂装对于很多人来说是一个陌生的行业，我们对涂装最早的认识可以追溯到刷漆、 喷漆，这是人们对涂装较早而且直观的认识了。但是，传统的刷漆，不仅有大量油漆涂 料不能回收利用，而且在涂刷作业过程中，大量含有笨、二甲苯及有机溶剂的气体挥发， 涂装生产线喷淋前处理设备的设计与实现 给作业者的身体健康造成很大的伤害，同时有害物质也严重污染破坏了生态环境。出于 保护作业者和生态环境等方面的考虑，我们必须发展- r 新型的行业一一涂装。 我国最早的涂装生产线都是从国外引进的，随着我们国力不断强大，一些国家级的 设计院率先开始研究涂装技术，开发涂装设备，发展自己的涂装工业。国家第四工业设 计院及国家第六工业设计院都是较早发展涂装的设计院，以长春第四设计院的实力较 强，尤其对汽车涂装技术的研究一直处于领先地位，在涂装设备设计方面也有着丰富的 经验和实践成果。 涂装前处理在起初的涂装生产线中是比较少见的，由于前处理工艺复杂，投资大， 运行成本高，一些中小型企业没有能力投资使用，也不愿意投入资金。有些企业喷涂前 不采用前处理，还有的企业用人工擦拭的方法来代替，但是这样生产出来的涂装产品质 量远远低于经过正规前处理设备生产出来的产品。 到了二十世纪九十年代，随着人们生活品质的提高，不仅要求产品的功能强，而且 对产品的外观质量也更加注重了，现有的涂装工艺已经不能满足人们的追求。同时改革 开放的洪流，使国外产品大量涌入，国外产品漂亮美丽的外观质量使我们的产品黯然失 色【2 1 。为了满足市场需求，很多企业逐渐认识到涂装前处理工艺的重要性，并投入资金 和技术进行前处理工艺的研发，现在不仅在汽车、家电等重要行业，在到家具、金属制 品、塑料制品等行业，涂装前处理工艺正在渐渐成为真个涂装工艺中不可缺少的一道重 要工序。 涂装前处理设备的使用也随之逐渐增多，前处理设备基本有两种形式：一种为槽浸 式前处理，另一种为喷淋式前处理。槽浸式前处理设备结构简单，一次性投资相对较小， 运行成本低，适合于单件、小批量及结构复杂的工件，但处理效果相对较差；喷淋式前 处理设备结构复杂，一次性投资高，运行成本高，适合工件结构简单、大批量连续性生 产，工件的处理效果好。 1 2 2 国内外的研究现状 自2 0 0 3 年1 月1 日起实施的中华人民共和国清洁生产促进法到2 0 0 6 年1 2 月1 日的国家环境保护总局发布的清洁生产标准一汽车制造业( 涂装) 等一细类法规、 标准的出台，大大促进了涂装行业的发展【3 j 。 目前，国内厂家采用的前处理工艺主要为：预脱脂、脱脂、一次水洗、二次水洗、 表调、磷化、三次水洗、四次水洗、纯水洗。这种工艺的缺点有：能源消耗大，脱脂、 磷化工艺的工作温度一般在4 0 - - 5 0 。c 范围内，槽液加热中，大量热量由于管路及槽体保 温不良而损失；有大量的含磷、氮、铬等元素的废水未经处理排放到环境中；生成 大连理工大学专业学位硕士学位论文 锌盐磷化膜时产生的磷化渣，需要作为废弃物处理。为了改进以上缺点，能耗小，无污 染的前处理工艺成为主要的发展趋势【4 j 。 虽然近年来为贯彻清洁生产标准，开发了许多处理药剂和技术，如无磷物氮生物分 解型脱脂剂、长效表调剂、低温低渣磷化处理剂、无亚硝酸的有机促进剂、无铬钝化和 无钝化技术等，但传统的磷化处理受锌盐磷化处理剂的本质所限，以上缺点仍不能彻底 解决，为适应更高的环保节能的要求和简化工艺降低成本的要求，国外开发成功不用磷 酸盐的涂装前处理表面处理技术【3 j ，主要成果如下。 h e n k e l 公司和p a r k e r 公司都成功开发了基于氧化钻的转化膜，不含法规限制的重金 属和磷酸盐。转化膜是非结晶质的氧化钴，膜重1 0 0 m g m 3 ，膜厚4 0 删。在工艺上， 取消了表调工序，缩短了成膜处理时间( 1 2 0 - - 一9 0 s ) 。有刺可缩短设备长度和工艺时间。 在环保方面，沉渣减少9 0 以上，消除了p 、n i 、m n ，f 离子减少到原磷化处理工艺的 l 8 以下。目前这种转化膜的性能已经很接近锌盐化膜了。丰田汽车公司于2 0 0 6 年在零 部件涂装线上开始投产应用，并纳入2 0 1 0 年轿车车身涂装工艺更新规划。 c h e m e t a l l 公司开发成功的最新的预处理技术硅烷技术。这是采用o x s i l a n 超薄的类似磷化晶体的三维网状结构的有机涂层，同时在界面形成的s i o m e ( m e 为 金属阳离子) 共价键分子间力很强，与金属表明和随后的涂膜形成良好的附着力。它与 锌盐磷化处理相比，具有环保、节能、操作简便及成本低等优点。硅烷预处理公寓无需 表明调整和钝化工序，可缩短工艺时间和设备长度，现有前处理设备设备不用改造，仅 需要更换槽液即可投产应用，试用多种金属底材( 冷轧板、镀锌板、铝板) 的混线处理。 处理膜重2 0 4 0 m g m 2 有机组份，4 0 - 8 0m g m z 无机组份。o x s a m 9 8 2 1 硅烷o x s a m 9 8 1 2 预处理工艺参数：时间2 m i n ，2 5 一- - 4 5 。c ，处理方式为喷淋或浸渍，p h 值3 5 - 一4 5 。这 种硅烷技术已应用于汽车轮毂的生产。 虽然无磷表面处理技术已经研制成功，并应用到相关领域中，但大规模的展开应用 还需要一段普及时间，p p g 预计，目前的三元磷化技术将使用到2 0 1 0 年；2 0 1 0 年- - 2 0 1 5 年之间，无磷表面处理技术将呈现一个上升的趋势。 1 3 主要研究内容 本文顺应该领域的发展方向，结合涂装工艺的理论知识，将做以下几方面的工作： 1 、对涂装前处理的主要结构和设计标准做简单介绍，对涂装前处理设备的设计基 本步骤进行概括阐述。 2 、对涂装前处理各结构系统的设计方法进行详细论述，包括棚体、槽体、喷淋系 统、加热系统、排风系统和除渣系统等。 涂装生产线喷淋前处理设备的设计与实现 3 、以给大连三洋冷链有限公司设计开发的钣金件涂装生产线为契机，尝试在该项 目的前处理设备设计开发过程中，解决目前困扰整个行业的瓶颈课题，即产品除油不彻 底和磷化膜质量差两个重要课题。 + 4 、希望通过以上课题的顺利解决，提出改善涂装前处理表面质量的设计方案，促 进整个涂装行业的均衡健康发展。 大连理工_ 大学专业学位硕士学位论文 2 涂装前处理的主要结构及设计标准 本章对涂装前处理的主要结构进行了简单概述，并对其结构设计的要求及基准进行 了阐述，从而确定了本设备结构设计的总体思路。 21 主要结构及功用 整个前处理设备由设备棚体、槽体、喷淋系统、槽液加热系统、通风系统、槽液过 滤沉淀装置及悬链保护装置组成，前处理外观的基本结构如图2 i 所示。 图2 1 喷淋前处理的主要结构 f i g21 m a i ns t r u c t u r e o f p r e t r e a t m e n te q u i p m e n tb e f o r ec o a t i n g 涂装生产线喷淋前处理设备的设计与实现 图2 2 喷淋前处理的主要结构 f i g 2 2 m a i ns t r u c t u r eo fp r o c e s s i n ge q u i p m e n tb e f o r ec o a t i n g 在图2 2 中：1 为工件进口；2 为设备壳体；3 为通风装置：4 为悬链保护装置；5 为喷淋系统；6 为人员检修门；7 为槽内加热装置；8 为槽液沉淀过滤装置；9 为水洗 回流装置；1 0 为槽外加热装置；1 1 为纯水发生装置。 其中设备壳体是联接设备各个部分的主体，其形状是一个封闭的隧道结构，主要由 各个工位的处理段、各个工位之间的泄水过渡段及工件进出口段组成。设备封闭的壳体 不仅保证了喷淋水的回收利用，而且大大降低了热量的损失。槽体的作用是储存和净化 槽液，保证槽液正常工作循环。喷淋系统是完成工件清洗的主要工作部分，包括喷管装 置和水泵装置等。槽液加热装置主要是保证槽内液体保持在工艺温度范围内，使得槽内 药液达到最佳效果。由于磷化工位药液与工件间化学反应会产生结渣，所以需要在槽体 外侧进行二级换热。槽液沉淀过滤装置主要是去除槽液中在工作过程中产生的沉淀物。 采用通风装置主要是防止设备喷射区的槽液蒸汽扩散到车间内。悬链保护装置主要是防 止输送工件的输送链在喷淋设备内被药液腐蚀。 2 2 结构设计的技术指标及相关要求 2 2 1结构设计的技术指标 结构设计的技术指标也就是产品设计的技术指标，是设计、制造与使用的唯一依据， 也是检验产品质量的客观标准。涂装前处理设备属于非标准设计产品，主要依据甲方提 供的工件技术数据，需要进行的工艺处理过程来确定技术指标。本工程中工件的技术数 据如下： 1 ) 工件最大尺寸：2 5 0 0 n f l i n ( 长) 1 6 0 0 m m ( 高) 8 0 0 m m ( 宽) 。 2 ) 设计链速：3 5 m 珊i n ( 2 m m i n - - - - 4 m m i n 可调) 。 3 ) 工作制度：三班制生产，每班8 小时，每年工作不低于3 0 0 个工作日，可2 4 小时连 续运转。 4 ) 全线采用喷淋方式处理工件。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 5 ) 工艺设计的好坏直接影响产品涂装的质量，工艺设计不合理会导致磷化膜层粗糙不 均匀，泛黄、挂灰等现象【5 1 。我们依据本次工件的特点及加工工艺，经过与涂装药液厂 家交流，制定了工件的工艺要求列于表2 1 中。 表2 1 产品工艺要求表 t a b 2 1t h ep a r a m e t e rt a b l eo fp r o d u c t i o np r o c e s s 依据以上技术参数并结合实际情况确立了如下基本的技术指标： ( 1 ) 可进行最大工件的清洗及除油、磷化处理； ( 2 ) 设备及产品运行过程中不允许有热量外溢至车间内； ( 3 ) 保证预脱脂、脱脂及磷化工位在工艺温度范围内运行； ( 4 ) 保证各个工位达到喷淋压力要求； ( 5 ) 各个工位之间不能发生液体窜动现象。 涂装生产线喷淋前处理设备的设计与实现 2 2 2 结构设计的相关要求及基准 涂装前处理是整个涂装生产过程的一个重要环节，直接影响着涂装的质量。前处理 设备不仅需要外形美观、结构合理，还要保证环保节能，操作要求更加人性化。针对以 上要求我们确立了前处理设备相关的要求及检测方法如下： ( 1 ) 各个工位的喷嘴压力达到各个工位的工艺要求压力，可根据每个工位设置的 压力表读取； ( 2 ) 加热工位要求在规定范围内升至工艺温度并保证温差达到3 c ，检测方法通 过电子温控仪检测； ( 3 ) 工件进出口风速达到0 5 m s ，检测方法通过电子风速仪进行检测； ( 4 ) 磷化后的膜重都在1 5 3 5 9 m 2 范围内，达到国标g b l1 3 7 6 - - 8 9 规定的轻量 级范围【6 1 ； ( 5 ) 按照g b 6 4 5 8 中规定的中性盐雾试验方法喷雾2 小时，取出洗净、吹干，未 发现锈蚀，符合g b l1 3 7 6 - - 8 9 第7 3 1 条要求1 6 1 ； ( 6 ) 磷化膜外观均匀、完整、细密的灰色膜，无挂灰，无金属亮点，无明显沉渣 附着，膜厚为2 9 m 1 - 3 9 m 2 ，晶粒度1 0u m 【7 】； 2 3 结构设计的基本步骤 详细熟悉该产品的技术指标及相关的评价项目后，对结构设计进行了简单的步骤安 排。 2 3 1设备工艺的确定 设备的工艺要根据工件在生产加工所经过的工序来确定，本次工件在加工过程中会 在表面残留大量油脂，所以我们需要两次脱脂处理，以保证工件表面的油脂处理干净。 此外，为使得工件涂装有良好的基底，提高粉末的附着力，我们对工件进行磷化处理。 纯水清洗可以降低电解质及水中矿物质等对喷涂质量的影响，由于本次工程对产品喷涂 质量要求很高，所以我们配备了纯水清洗工艺。这样，前处理的工艺基本流程确定如下： 预脱脂一脱脂一水洗1 一水洗2 一纯水洗1 一磷化一水洗3 一水洗4 一纯水洗2 ，每个工 位的工艺时间及温度需要根据工件的具体情况由药液提供的厂家来确定。 2 。3 2 确定产品的外形尺寸 整个设备的尺寸是由各个工艺段尺寸来确定的，所以我们首先要确定各个工艺段的 尺寸【8 】。 ( 1 ) 设备长度的计算 算； 大连理t 大学专业学位硕士学位论文 三= 厶+ 厶+ 2 l 3 ( 2 1 ) 其中，厶一各个喷淋段长度； 厶一各泄水过渡段之间的长度； 厶一工件进、出1 2 1 的长度； 各个喷淋段的长度可按下式计算： 厶= 1 0 0 0 v t + ( 0 3 0 0 ) ( 2 2 ) 其中，y 一输送机移动速度( m s ) ； f 一各喷淋段的处理时间( s ) ： 各泄水过渡段的长度可按下式计算： 厶= o 8 h + 0 5 k ( 2 3 ) 其中，h 一工件高度( 咖) ，当工件的长度大于高度时要用长度代替高度来进行计 k 一输送机一分钟移动的距离( 姗) ； 将本工程的数据分别代入式2 2 、式2 3 中得到的结果如表2 2 、表2 3 所示： 表2 2 喷淋段长度尺寸表 t a b 2 2 l e n g t ho fe v e r yp r o c e s sb e f o r ec o a t i n g 将表2 2 、表2 3 中的结果代入式2 1 中得到设备的总体长度： l = 厶+ l 2 + 2 厶= 4 7 2 8 0 ( 姗) ( 2 ) 设备宽度的计算 设备宽度的计算包括设备壳体宽度的计算和水槽宽度的计算【8 1 。 设备壳体宽度的计算 骂= b + 2 b , ( 2 4 ) 其中，艿一设备壳体宽度( 姗) ； 涂装生产线喷淋前处理设备的设计与实现 b 一工件最大宽度( 姗) ，若工件对称吊挂时，6 为工件实际最大宽度，若 非对称吊挂时，按工件吊挂中心至工件外沿最大距离的2 倍计算； b 。一工件外侧至设备壳体外侧的距离( 舢) ，该尺寸应考虑喷嘴至工件的距 离，喷管的安装尺寸及壳体保温层的厚度，b 。= 4 0 0 - - 5 0 0 m m ； f 善 j 彩芎 处却 o 。 1 t i 卜q i d 上 i - 工件 j k d ! i ： 名 卜 i 一 k 一 一 型 lt髟 3 0 1 2 0b3 0 0o u j 图2 3 设备宽度及高度计算简图 f i g 2 3 s k e t c hf o rw i d t ha n dh e i g h tc a l c u l a t i o no fe q u i p m e n t 本工程中，b = 8 0 01 1 1 1 1 1 ，保温层厚度取3 0 m m ，根据实际安装经验喷管的安装尺寸 取1 2 0 m m ，根据美国喷雾公司提供的数据，喷嘴与工件的距离一般取2 5 0 - - 3 5 0 m m ，本 工程取3 0 0 m m 。由以上数据得到b = 4 5 0 m m ，将以上数据代入式2 4 中得到： 马= b + 2 岛= 1 7 0 0 ( m m ) ( 3 ) 设备高度计算 h ：h + 屈+ 拓 1 8 】 ( 2 5 ) 其中，日一设备高度( m m ) ； h 一工件高度( 姗) ； 厄一导轨顶端至工件顶端的距离( 咖) ； 纸一工件底部至地坪的距离( 唧) ，由工件底部至水槽顶部的距离及水槽高 度两部分组成，水槽高度日一般为8 0 0 1 2 0 0 m m ； 大连理工大学专业学位硕士学位论文 本工程中，h = 1 6 0 0 m m ，根据以往的经验水槽高度取h _ 1 0 0 0 m m ，工件下表面至 水槽顶部的距离取3 5 0 m m ，保证工件下表面的处理效果。h ，= h + 3 5 0 = 1 3 5 0r l l l t l ， j l z l = 8 5 0 i t l l n ，将以上数据代入式2 5 中得到： h = h + 啊+ 如= 3 8 0 0 ( n h n ) 综上所述，前处理设备的外形尺寸为4 7 2 8 0 1 7 0 0 x3 8 0 0 ( l b 何) n l n l 2 3 3 确定设备的门洞尺寸8 】 在保证工件i l i o n 通过的情况下，应尽量减少门洞的断面尺寸，以减少设备的热量损 失 9 1 。 ( 1 ) 门洞宽度的确定 b o ：b + 2 b , 【8 1 ( 2 6 ) 其中，b o 一门洞的宽度( r a m ) ； b 一工件最大宽度( m m ) ； 反一工件与门洞之间的间隙( i i u n ) ，一般取8 0 一1 2 0 ； 本工程中b = 8 0 0 m l n ，取b ，= 1 0 0 m n l ，将数据代入式2 6 中得n - b o = b + 2 b = 1 0 0 0 ( m m ) ( 2 ) 门洞高度的确定 = h + 魄+ 玩 ( 2 7 ) 其中，一门洞的高度( m m ) ； h 一工件的高度( 1 l m ) ； 履一工件底部至门洞下边沿的距离( m m ) ，一般取1 0 0 - - 1 5 0 ； 允一工件顶部至门洞上边沿的距离( m m ) ，一般取8 0 一1 2 0 ； 根据以往的经验，并结合本工程中工件为两点吊挂，移动过程中晃动量较小，所以 取h 3 = 1 0 0 m m ，h 4 = 1 0 0 m m ，将数据代入式2 7 中得n - h o = h + h 3 + h d = 1 8 0 0 ( n l l l l ) 所以工件进出f - j n 尺寸为1 0 0 0 x1 8 0 0 ( n u n ) 2 3 4 确定设备的结构形式，绘制结构草图 前处理设备连接形式主要由焊接、拉铆及螺栓连接三种形式，焊接连接密封性好，但 是施工量大，同时焊接过程中板材容易变形拉铆连接密封性较好，但是设备长时间运行 后，药液会对板材连接处密封条产生腐蚀现象，螺栓连接在国内的前处理设备上很少见， 涂装生产线喷淋前处理设备的设计与实现 台湾的涂装公司比较擅长用这种连接形式根据我们以往的经验本工程采用拉铆连接形 式 通过前处理设备的输送装置有内置和外置两种形式，内置输送链材料消耗少，安装 方便，但是药液对链条腐蚀速度快，链条容易老化。外置输送链材料消耗大，安装比较 繁琐，但是可以很好的保护链条不被腐蚀，延长链条的使用寿命。综上所述，本次工程 前处理部分采用外置式输送链。 根据设备结构形式绘制了设备结构简图，如图2 4 所示： 卅n计h 雌b i r1 | 丌限闼厂 i 旬鼬 i ，i貈 線 图24喷淋前处理的设备结构草图 fig24s缸uctijresketchofpretreatmentequipmentbefore coating 24本章小结 本章首先介绍了前处理设备结构的组成部分及各个部分的主要作用，并了结构 设计的技术指标和相关要求，从而确定了设备的主体尺寸，为后续设计工作展做出了宏观的框架。并依据设备的结构形式绘制了设备 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 涂装前处理的结构设计 3 1引言 涂装前处理的结构设计主要包括棚体的结构设计、槽体的结构设计、喷淋系统、加 热系统、排风系统及槽液沉淀过滤系统的设计，每个分系统部分都既要保证使用的功能 性，又要达到经济性和人性化的目的。 3 2 前处理棚体结构设计 3 2 1前处理棚体的基本结构及功能 前处理的棚体主要由侧板、顶板及底部淌水板三部分组成。这三个部分形成了封闭 的空间能够保证喷淋液体的回收利用，同时防止热量的散失。其中侧板的保温层可以有 效减少热量的散失，淌水板不仅可以回收喷淋液还可以作为人员安装及检修的通道。侧 板、顶板的结构如图3 1 、图3 2 所示。 图3 1前处理的棚体侧板结构图 f i g 3 1 s t r u c t u r es k e t c ho fp r e t r e a t m e n te q u i p m e n ts i d ev i e w 图3 2 前处理的棚体顶板结构图 f i g 3 2 s t r u c t u r es k e t c ho fp r e t r e a t m e n te q u i p m e n tt o pv i e w 涂装生产线喷淋前处理设备的设计与实现 其中，棚体的侧板与顶板之间通过上横梁连接，侧板之间安装密封材料后插接并用 拉铆钉固定，顶板之间插接后用拉铆钉固定，淌水板焊接在下横梁及槽体侧边上。棚体 内部设置了内框架用于支撑整个设备的重量，内框架主要由各种型材组成，同时要采用 防腐措施。整个棚体安装在槽体上面，保证喷淋液通过淌水板回流到槽体内重复利用， 但是不能靠槽体来支撑整个设备的重量，所以我们根据设备、工件和输送链条的重量在 适当的位置设置支撑结构。 3 2 2 选材 前处理的预脱脂、脱脂使用弱碱性药液，而磷化使用弱酸性药液，所以对设备的腐 蚀性很强。如考虑成本因素可在以上三个喷淋段采用不锈钢材质，其它喷淋段采用碳钢 材质，但是因其它喷淋段也会有少量酸碱物质散失，所以会影响设备的使用寿命及美观 性，如经济条件允许可整体采用不锈钢材质。 不锈钢材质的种类很多。其主要特点及用途【l o j 如表3 1 所示。 表3 1不同牌号不锈钢对照特性及用途 t a b 3 1c h a r a c t e r sa n dp u r p o s e so fd i f f e r e n ts t a i n l e s ss t e e lt y p e s 根据上述表格所阐述的各种材料的特点及用途，结合以往工程的实际经验，本次工 程我们选择不锈钢s u s 3 0 4 。前处理的整个棚体结构基本不需要承受自身以外的力量， 所以我们尽量选择壁厚薄的板材。首先顶板因安装在设备顶部而且不承受外力，轻微的 变形不影响设备的功能性及美观性，所以我们选择壁厚为0 8 m m 的板材。棚体的侧板高 度比较高，板材本身会因自重产生变形，所以要选择1 0 m m 的板材。而淌水板为保证喷 大连理丁大学专业学位硕十学位论文 淋液体的顺利回流，必须有良好的平整度，同时因人员检修及安装需要借助于淌水板， 所以要求淌水板的强度高，我们选择3 o m m 的板材。 3 2 3 棚体侧板的结构 棚体侧板之间的连接形式如图3 3 所示。 )， l 图3 3 前处理棚体侧板连接图 f i g 3 3 s t r u c t u r ec o m p o s i t i o no f p r e t r e a t m e n te q u i p m e n ts i d ev i e w 棚体侧板与顶板连接形式如图3 4 所示。 项板 图3 4 前处理棚体侧板与顶板连接图 f i g 3 4 s t r u c t u r ec o m p o s i t i o no fp r e t r e a t m e n te q u i p m e n t 3 2 4 棚体顶板的结构 棚体顶板连接如图3 5 所示。 涂装生产线喷淋前处理设备的设计与实现 图3 5 棚体顶板连接图 f i g3 5 s t r u c t u r ec o m p o s i t i o no f p r e h e a l m e n te q u i p m e n t t o pv i e w 前处理侧板和顶板所采用的连接形式主要是为防止喷淋液渗漏，同时弯折的边缘可 作为加强筋增加了棚体的强度。 3 3 喷淋系统设计 喷淋系统由喷淋主循环泵、喷淋主管路、喷淋管、喷嘴以及阀门等部分组成，主循 环泵从永槽中抽取喷淋液，靠水泵压力将喷淋液通过主管路输送到各个喷淋管，经过喷 嘴形成雾化效果，对工件表面进行清洗。喷淋系统整体结构如图36 所示。 图3 6 喷淋系统结构实例 f i g3 6 a c t u a ls u c i u m o f s p r a y - p a l ms y s t e m u诵钔谢潮绷射鲫脚刖一奄n褂曩剖叫副引引引副i 大连理t 大学专业学位硕十学位论文 3 31 喷嘴选择 喷淋系统是前处理中重要的组成部分，而喷嘴又是喷淋系统的重要部件，喷嘴的质 量直接影响工件的清洗效果，喷嘴外形如图3 7 所示。 削3 7 喷嘴外形实物幽 f i g 3 7a c t u a ln o z z l e 我们撤据喷嘴厂家提供的不同喷嘴的技术参数、特点及用途，结台每个工位压力要 求，为每个工位配各合适的喷嘴列丁表3 2 中。 袭3 2 喷嘴选型对照表 t a b32m 0 d e l t a b l e o f n o z z l e 工位喷嘴名称型号 预脱脂、脱脂扇形喷嘴1 4 0 p t a p p + q w a - p p - 6 5 3 0 磷化率心锥形 1 4 0 j a - p p + q # a - p p * 1 5 瘩诜窭心锥形 1 4 0 j a p p - + q h a - p p - 1 0 ( 1 ) 扇形喷嘴如图3 8 所示，其优点和特性如下： 扇形喷雾将液流分布成扇彤或层状喷雾 液滴大小为小到中等 分j f l 均匀，压力和流景适用范同广 在28 b a r ( 4 0 p s i ) 压力f ，喷雾角度从0 。( 液流杜) 到1 1 0 。 具有特色的边缘渐细型喷雾，适用十集管和喷淋朴应几】 涂装乍j “线喷淋前处理设备的波引i 实现 高打击力液柱流在单位面秘上提供最大的打击力 通畅的液流通道尽可能的减少了堵塞 | 鳘i3 8 扇形喷嘴喷雾状态 f i g3 8 w o r k i n gs t a t u s & s e c t o rn o z z l e ( 2 ) 空心锥形喷嘴如图39 所示，其优点和特性如下： 空心锥形喷雾，形成环形的打击区域 大型、无障碍的液流通道尽可能减少了堵塞 分椰均匀，压力和流罱适用范围广 液滴大小为小到中等 在较低艇力下也能对液体进行优质地雾化。能够快速传递热量和产生良好 的气载液滴撞击效果 许多型号的帽盖可进行拆卸，方便了检修和清理 许多型号的斜坡式底部设计缓解了中涡流的钻磨效果 整体式铸造型具有精加上的磨光处理和独创的w h i r l j e t 旋流腔设计 分体式铸件型号相对于其他型号的喷嘴而言，在相同的流量和压力下能够 达到更好的雾化效果 聚丙烯材料的型弓在7 1 ( 1 6 0 9f ) 温度f 具有m 色的抗腐蚀性，已 获得专利的中心柱设计( 专利号46 6 43 1 4 ) 能够精确的控制液体涡流，延 长了使用寿命 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图3 9 空心锥形喷嘴喷雾状态 f i g 3 9 w o r k i n gs t a i r s o f h o l l o w t a p e r n o z z l e ( 3 ) 实心锥形如图31 0 所示，其优点和特性如下： 实心锥形喷雾形状，产生8 打击区域 分布均匀，压力和流量适用范围广 液滴大小为中等到大 - 独特的叶片设计和大流量通道保证了出色的控制和均匀的喷雾分布 多数型号的帽盖和叶片可以拆卸，便于检修和清理 可拆卸的叶片上有定位记号，便于清洗后的安装定位 定位螺丝将叶片固定在喷嘴中，确保了叶片不因振动二移位 可选的聚丙烯材料能够提供优越的抗化学品腐蚀能力并防止结块和堆积 可选的墙上安装式喷嘴可以安装在房屋的外墙、容器或管道上 可选的直角安装方案能垂直安装，适合安装在狭小的空间中 涂装生产线喷淋前处理设备的设计与实现 图31 0 圆形喷嘴喷雾状态 f i g , 31 0 w o r k i n gs t a t u s o f m u n dn o z z l e 结合表32 中的参数和图3 8 - 1 0 的优点特性，我们可以看出，预脱脂、脱脂需要 要用很大的冲击产生的机械力来冲洗工件表面的油脂，所以选择了扇形冲击力大的喷 嘴。磷化工位不需要太高的机械力，磷化液与工件表面反应产生磷化膜，只需要雾化效 果好就可以了，又因磷化过程产生磷化渣，喷嘴容易堵塞所以选择空心锥形喷嘴【l ” 3 32 喷淋管及喷嘴的排布 前处理的喷淋系统主要用于输送喷淋液体，由于液体腐蚀性强，而且设各停机后会 有少量液体残留在管道内部，要求材质具有较高的抗腐蚀性能，同时喷淋液具有一定的 压力，所以我们选择的是s u s 3 1 6 的低压流体输送钢管，主管道是根据每个工位内主循 环泵的出口口径配置，棚体的内部喷淋管均采用d n 4 0 的不锈钢管 ( 1 ) 喷淋管的排布 喷淋管之间的间距通过下面的公式计算： d = v 丘( 3 ” 其中d 一喷淋管之间的间距( m ) ； v 一输送机链速( m r a i n ) ： 丘一时间系数；如喷淋时间长的工位时间系数可取小些，这样喷淋管排布的 不会太密集； 下面我们以脱脂槽体为例进行计算，v = 35 m m i n ，取丘= 1 8 m i n ，将数据代入 式31 中经过计算得到： 大连理工大学专业学位硕士学位论文 d = v k f = 0 4 3 7 5 ( m ) 经过圆整后取喷淋管间距d = 4 5 0m n l 喷淋管的排数通过下面的公式计算： 刀= l d ( 3 2 ) 其中，刀一喷淋管排数( 排) ； 三一喷淋段棚体长度( m m ) ； 脱脂工位喷淋段棚体长度l = 7 0 0 0m n l 代入式3 2 中得n - 刀= 三d = 1 5 ( 排) 脱脂喷淋管排布效果如图3 11 所示： 一 图3 1 1 脱脂喷淋管排布效果图 f i g 3 11a r r a yc o n d i t i o no fs p r a yt u b e sf o rd e g r e a s i n g 其它工位喷淋管的排数都要代入式3 1 、式3 2 进行计算，计算结构列于表3 3 中。 表3 3 各工位喷淋管排数对照表 t a b 3 3q u a n t i t yc o m p a r i s o nc h a r to fs p r a yt u