（机械工程专业论文）摩托车车架阴极电泳涂装线工艺和设备.pdf

中文摘要 摘要 阴极电泳技术是一种先进、高品质、低污染、高效益的涂装技术，在国内外汽 车工业已得到广泛应用。我国摩托车工业起步晚、技术水平低，阴极电泳在行业中 仍属新技术。由于采用阴极电泳涂装的车架在耐蚀性、漆膜附着力、泳透力、涂料 利用率、环保方面具有静电喷涂无法比拟的优点，因此采用阴极电泳技术已成为目 前车架涂装的发展趋势。 为了填补公司车架阴极电泳的空白，改变公司目前涂装生产能力严重不足和产 品质量与公司形象不符的现状，经过充分、严密、科学的分析论证，我公司于2 0 0 0 年投资9 0 0 万元建成了摩托车车架阴极电泳涂装线。 课题分析了国内外涂装工业的发展概况，研究了阴极电泳的成膜原理及特征， 研究了嘉陵摩托车车架阴极电泳涂装线工艺流程和工艺平面布置、物流，分析了嘉 陵摩托车车架阴极电泳涂装线工艺特点，研究了嘉陵摩托车车架阴极电泳涂装线设 备原理和结构特点，高新技术的应用，探讨了阴极电泳涂装技术的发展方向，总结 了课题实旆过程中和投产后的经验教训。 本课题于1 9 9 9 年完成项目可行性研究报告：1 9 9 9 年7 月成立涂装工程项目组， 正式开始实施： 2 0 0 1 年8 月完成安装、调试工作并进入试生产阶段：2 0 0 1 年9 月 完成终验收工作。现累计电泳涂装各型号摩托车车架2 0 余万台。 本课题注重技术进步，注重工艺与环保的结合。在工艺和设备配置优化方面作 了大胆的探索，积累了可贵的经验，它将为摩托车涂装业的发展提供有益的启示。 关键词：摩托车车架，涂装，阴极电泳，工艺，设各 重鏖盔堂王矍堡主堂垡堡苎 a b s t r a c t c a t h o l i ce l e c t r o p h o r e s i s ，w h i c hh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di na u t o m o b i l ei n d u s t r ya t h o m ea n da b r o a d ，i sa na d v a n c e dc o a t i n gt e c h n i q u eo fg o o dq u a l i t y , l o wp o l l u t i o na n d h i 曲p e r f o r m a n c e i no u rc o u n t r ym o t o r c y c l ei n d u s t r y , o fw h i c ht e c h n i q u el e v e li sl o w , s t a r t sl a t e l y , a n dc a t h o l i ce l e c t r o p h o r e s i si ss t i l lan e wt e c h n i q u e f o rf r a m e st h a t a r e c o a t e db ya p p l y i n gc a t h o l i ce t e c t r o p h o r e s i st e c h n i q u eh a v eag r e a ta d v a n t a g eo v e rt h e s e b ya p p l y i n ge l e c t r i cs t a t i cs p r a y i n gt e c h n i q u ei nc o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，f i l ma d h e s i o n ，f i l m p e r f o r m a n c e ，p a i n tu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c y , e t c s oc u r r e n t l yt h ea d o p t i o no fc a t h o l i c e l e c t r o p h o r e s i st e c h n i q u eh a sb e c o m et h ed e v e l o p m e n tf i e n d o fm o t o r c y c l ef r a m e c o a t i n g i no r d e rt of i l li nt h eg a p so ff r a m ec a t h o l i ce l e c t r o p h o r e s i s ，c h a n g et h ep r e s e n t c o n d i t i o nt h a tc o a t i n gp r o d u c t i o nc a p a c i t yi ss e r i o u s l yl a c ka n dp r o d u c tq u a l i t yi so u to f a c c o r d a n c e 谢t ho u rc o m p a n yi m a g e ，t h r o u g hs u f f i c i e n t ，a c c u r a t ea n ds c i e n c e s i n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so u rc o m p a n yi n v e s t s9 ，0 0 0 ，0 0 0y u a na n dc o n s t r u c t s t h e c a t h o l i ce l e c t r o p h o r e s i sc o a t i n gl i n eo f m o t o r c y c l ef r a l r a ei n2 0 0 0 t h i sp l a na n a l y s e st h eg e n e r a ld e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l c o a t i n gi n d u s t r y , r e v e a l st h ef i l m b u i l dp r i n c i p l ea n d c h a r a c t e ro fc a t h o l i ce l e c t r o p h o r e s i s ， s t u d i e st h ec r a f tp r o c e s sa n dp l a n ea r r a n g e m e n t ，g o o d sa n dm a t e r i a l sp r o c e s so fi t ， a n a l y s e st h ec r a f tc h a r a c t e r i s t i c so fi t ，r e v e a l se q u i p m e n tp r i n c i p l e ，c o n s t r u c t i o nc h a r a c t e r a n dt h en e wt e c h n i q u e sa p p l i c a t i o n ，d i s c u s s e st h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o no fc a t h o l i c e l e c t r o p h o r e s i sc o a t i n gt e c h n i q u e ，s u l n su pt h ee x p e r i e n c e si np r o j e c tc o n s t r u c t i o na n d p r o d u c t i o n t h i sp l a n sp o s s i b i l i t yr e p o r tc o m p l e t e di n1 9 9 9 ；t h ep r o j c o ts e to ft h i sp l a n e s t a b l i s h e da n dt h ep r o j e c tf o r m a l l yc a l n ei n t of o r c ei n7 ，19 9 9 ；i n s t a l l i n ga n dd e b u g g i n g e n d e da n dt h et r i a lp r o d u c t i o ns t a r t e di n8 ，2 0 0 1 ；t h ef i n a lc h e c ka n da c c e p tc o m p l e t e di n 9 ，2 0 0 1 a b o u t2 0 0 ，0 0 0m o t o r c y c l e sh a v eb e e np r o d u c e du n t i ln o w t h i sp l a nl a y ss t r e s so nt e c h n i q u ei n n o v a t i o n ，a t t a c h e si m p o r t a n c et oc o m b i n a t i o n o fc r a f ta n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，a n dm a k e sc o u r a g e o u s l yq u e s ti nt h eo p t i m i z a t i o no f c r a ra n de q u i p m e n ta l l o c a t i o n s o ，o u rc o m p a n ya c c u m u l a t e dp r e c i o u se x p e r i e n c e si nt h e p l a n si m p l e m e n t k e y w o r d s ：m o t o r c y c l ef r a m e ，c a t h o l i ce l e c t r o p h o r e s i s ，c o a t i n g ，t e c h n o l o g y , e q u i p m e n t i i 1 绪论 1绪论 1 1 课题的提出 1 9 7 6 年，美国通用汽车公司首先采用阴极电泳涂装技术，确认了阴极电泳漆 具有优异的耐蚀性和泳透性。从1 9 7 7 年开始世界汽车制造业逐渐向阴极电泳过渡。 现美国和欧洲汽车工业凡乎1 0 0 采用阴极电泳工艺。 5 0 年代初，我国只有汽车修配业，汽车涂装是作坊式的汽车修补涂装，工业 化的新车车身涂装应从前苏联援建一汽( 1 9 5 7 年) 算起，汽车工业涂装发展至今 经历了喷涂、阳极电泳、阴极电泳、现代化规模经济涂装、水平跨入世界先进水平 四个阶段。 由于我国摩托车工业起步晚、技术水平较低，在行业中，车架涂装普遍采用静 电喷涂工艺。采用静电喷涂工艺生产的车架耐蚀性差，漆膜附着力差，抗划伤、碰 击能力差，通常在使用2 3 年后就会出现锈斑。由于车架是摩托车的关键部件， 其品质要求很高。采用静电喷涂工艺生产的车架已不能满足消费者日益高升的质量 要求。因此，采用阴极电泳工艺取代静电喷涂工艺是目前车架涂装技术的发展趋势。 我公司在实施本课题以前，只有“7 5 ”和“6 5 ”两条涂装生产线。“7 5 ”涂装 生产线建于1 9 8 9 年，主要生产车架、后叉、挡泥板等零部件。由于使用年限长， 设备损坏严重，造成产品质量不理想。在设备方面送排风效果特别差，因而工人的 作业环境非常恶劣。“6 5 ”涂装线建于1 9 8 5 年，主要生产油箱和部分车架。经过 1 9 9 8 年的技术改进，各方面条件大大改善，产品质量上了一个台阶，但由于无前 处理设备，无脱水烘干炉，属于一个不完整的生产线。 1 9 9 5 年济南轻骑集团、南京金城等企业先后建成了阴极电泳生产线，1 9 9 9 年， 我公司着眼于中远期战略目标，为了解决制约摩托车车架的使用寿命问题，为了在 摩托车行业残酷的市场竞争中站稳脚跟，经过充分的、严格的可行性分析，投资9 0 0 万元新建了一条年产1 2 0 万台( 套) 车架的，在同行业居领先水平的阴极电泳生产 线。 嘉陵摩托车车架阴极电泳涂装线予1 9 9 8 年完成技术方案调研，1 9 9 9 年完成项 目可行性研究报告，1 9 9 9 年7 月成立涂装项目组，1 9 9 9 年1 2 月完成项目初步设计， 2 0 0 0 年3 月进行工程招标，2 0 0 0 年b 月与承包方签定车架阴极电泳涂装线工程承 包合同，2 0 0 1 年5 月完成制造、安装工作，2 0 0 1 年8 月完成调试工作并进入试生 产阶段，2 0 0 1 年9 月完成终验收工作。现累计电泳涂装各型号摩托车车架2 0 余万 台。 重庆大学工程硕士学位论文 1 2 国内外涂装技术的发展概况 1 2 1 国外涂装技术的发展概况 随着高分子化学的发展，近3 0 4 0 年来，涂料工业及涂装技术取得了显著的 发展，形成了近代涂装技术，可把1 0 0 年的涂装技术划分为三个时期。 第一时期称为古典涂装时期，涂装还属于手工涂装阶段，在这一时期，被涂物 的底材主要是钢铁和木材，采用手工作坊式涂装，涂料的种类和方法非常有限。常 是手工刷涂。后随着汽车工业的发展，开始采用手工空气喷涂。 第二时期成为涂装工程时期。在这一时期主要是研究和开发能满足各种底材和 预定性能要求的涂料和涂装工艺，以及涂料和涂装两者结合的合理化( 如靠延长漆 膜使用寿命来延长重新涂装间隔期，缩短涂装时间，减轻劳动强度和节省劳动力 等) 。力求花最小的涂装成本来得到最好的涂装效果。大量采用了静电喷涂，高压 无空气喷枪，电泳涂装、烘干( 热风对流式烘干、远红外线烘干、辐射烘干、光固 化) 等涂装技术。 第三时期称作社会化时期。随着国民经济的高度增长和工业的高速发展，资源 紧张和三废污染成了引起世界各国重视的社会问题。涂料制造和涂装行业是资源消 耗量最大的工业领域，又是大气和水质的污染源之一。所以这个时期主要的目标是： 在用最小的涂装成本达到最大的功能的同时，必须探索采用能满足社会要求的高资 源利用率，能排除和预防环境污染的涂料和涂装工艺。因此，开发和采用资源利用 率离的，低污染或无污染涂料和涂装技术己成为当今研究重点。【l 】【2 】闭 1 2 2 国内汽车涂装技术的发展概况 1 9 5 6 1 9 6 5 年可称为从苏联引进的汽车涂装技术的消化阶段，第一个5 年 计划起家兴建汽车工业，苏联斯大林汽车厂包建一汽，引进工业化的车身涂装生产 线。从苏联引进的车身涂装技术为：驾驶室涂装工艺一手工清洗喷铁红醇酸树脂 底漆一烘干一喷第一道树脂面漆一烘干一喷第二道树脂面漆一烘干。均为手工喷 涂，增压箱输漆，喷涂室为侧抽风水幕式，烘干室为桥式，采用悬挂输送链。在这 期间全面消化引进的苏联汽车涂装技术为发展我国的汽车涂装打下了良好的基础。 1 9 6 6 1 9 8 5 年可称为阳极电泳阶段，随着技术进步，开发采用了阳极电泳涂 装及涂料以及氨基面漆“湿碰湿”涂面漆工艺，表面活性剂清洗，辐射烘干和静 电涂装等车身涂装技术，一汽改造了老的涂装生产线，在7 0 年代后期，集国内车 身涂装技术之大成设计建成了二汽的涂装生产线。 1 9 8 6 1 9 9 5 年可称为阴极电泳取代阳极电泳、普及磷前化处理阶段。一汽、 二汽、济汽从h a d e nd r u s y s 公司引进车身涂装技术( 浸式磷化处理、阴极电泳、 h u d r o s p 的喷漆室、推杆式输送链等) 建成的涂装线在1 9 8 6 年至1 9 9 0 年相继投产。 2 1 绪论 在这十年中，根据中汽公司消化引进车身涂装技术，为行业服务，挡住重复引进的 精神，一汽、二汽、济汽在认真消化引进技术的基础上，为兄弟汽车厂设计和包建 了几十条车身涂装线。 为了适应轿车工业的发展，自1 9 8 8 年起上海大众引进了6 万辆轿车车身涂装 线，一汽自己设计了c k d ，a u d i 轿车车身涂装线，于1 9 9 1 年建成投产。广州标 志，北京吉普和南京e c 0 也引进了涂装线。 1 9 9 5 年以来，我国轿车车身涂装进入现代化经济规模阶段，涂装技术跨入 世晃先进水平。自汽车工业向轿车工业转移以来，大规模引进技术和合资举办现代 化的轿车基地。一汽大众和上海大众汽车公司引进技术建设的采用高速转杯式自动 静电涂装技术( e s l a ) ，机械手自动喷涂车底涂装，鸵鸟毛擦洗机，全浸式磷化 处理，阴极电泳涂装，摆杆式输送系统，集中供排风的大型上送风下抽风喷漆室， 带废气处理的燃烧炉，中央控制，节能和公害防止等国际先进技术和装各的年产1 5 万辆以上轿车车身的涂装线于1 9 9 5 年相继投产。天津汽车公司的1 5 万辆轿车车身 涂装线于1 9 9 6 年建成投产，这使我国汽车涂装工艺水平和自动化程度发生了质的 飞跃，进入了世界先进行列。 近七、八年来，随着中国轿车工业的上马和对外引资，引进技术的政策，国外 汽车公司和汽车涂料公司进入中国市场，兴办中外合资企业，在上述合资轿车公司 建厂过程中，国际上一些著名的涂装设备设计公司( 如德国杜尔、英国h a d e n d r y s y s 日本大气社等) 也进入中国市场，设计承建现代化的汽车涂装线。0 1 4 】 1 2 3 国内摩托车涂装技术的发展概况 5 0 年代是我国摩托车工业起步阶段，当时从前东德、捷克等国家引进了部 分车型。从5 0 年代到8 0 年代初，我国还处于计划经济时代，加上受政治运动影响， 我国的摩托车工业几乎没有发展。仅有上海幸福2 5 0 、济南生产的轻骑1 5 、株洲军 工厂生产的长江7 5 0 等几个少得可怜的车型。由于当时人民的消费水平低，用户也 仅限于军队、公安、邮电等部门，因此产量极小，由于规模小、工艺水平低、劳动 生产率低，当时的摩托车涂装技术处于手工作坊式的生产阶段。车型的性能、质量 也很差，多属于二次世界大战时期欧洲的产品。 1 9 8 5 年到1 9 9 5 年，这一时期是我国摩托车工业迅猛发展的阶段。当时的 嘉陵机器厂率先开展国际合作。从日本本田公司引进了c j 5 0 、j h 7 0 、j h l 2 5 等在 当时属于先进水平的车型。随后建设机床厂从日本雅马哈公司引进了c y 8 0 车型。 从此，我国的摩托车工业步入了大批量、大规模、工业化、专业化生产时期。行业 产量从1 9 8 5 年的百余万辆猛增到1 9 9 5 年的千余万辆。当时的摩托车生产厂家多为 大型国营企业。车架、油箱涂装生产线多为自行设计，自行建造的。涂装工艺普遍 采用前处理喷淋清洗一脱水烘干一喷底漆一喷面漆一油漆烘干，喷涂多采用。静 重庆大学工程硕士学位论文 电喷涂机，也有部分小型企业采用人工喷涂。 1 9 9 5 年至今是我国摩托车工业稳定发展的阶段。由于前期的高额利润，促 使私营企业、合资企业、外国独资企业纷纷进入这一领域。竞争异常激烈，价格大 战此起彼伏。为了在残酷的市场竞争中争到一席之地，各企业竟相投入巨资进行新 产品开发和技术改造。在这期间一些国际国内著名的涂装设备设计公司( 如日本大 气社、上海机电设计院、机械工程部第四设计院等) 也开始进入摩托车市场。在这 期间，车架的涂装工艺开始由静电喷涂、手工喷涂向阴极电泳涂装转化。济南轻骑、 南京金城、广东江门大长江、上海新大洲、中国嘉陵等知名企业先后建成了现代化 的、大规模的、高品质的车架阴极电泳涂装线。少数私营企业和配套厂也建成了规 模、档次相对低一些的车架阴极电泳涂装线。随着工业化生产污染的加剧，国家的 有关的环保措施将会越来越严格，摩托车车架涂装由污染性较大的喷涂工艺转向低 污染的阴极电泳工艺将是不可逆转的发展趋势。 1 3 课题主要研究内容及研究成果 1 3 1 课题主要研究内容 国内外涂装工业的发展概况。 阴极电泳的成膜原理及特征。 嘉陵摩托车车架阴极电泳涂装线工艺流程和工艺平面布置、物流和工艺特 点。 嘉陵摩托车车架阴极电泳涂装线设备原理和结构特点。 高新技术在嘉陵摩托车车架阴极电泳涂装线的应用。 阴极电泳涂装技术的发展方向。 1 3 2 课题研究成果 本课题着眼于提高摩托车车架涂装质量，出发于高起点、低造价、尽量采用国 内外高新技术、先进工艺，又结合公司实情，采用国产与进口设备合理配置，新建 成了一条高效率、高品质、专业化、批量化、节能降耗、低运行成本的现代化阴极 电泳涂装生产线。 本课题注重技术进步，注重投资效益，注重工艺与环保的结合，特别是在工艺 和设备的优化配置方面作了大胆的探索，积累了宝贵的经验，随着嘉陵摩托车车架 阴极电泳涂装线的建成和投产，嘉陵在国内、国际市场上的竞争力将得到巩固和提 高，同时将为我国摩托车涂装业的科技进步提供有益的启示。 1 4 论文的结构 1 绪论 在第一章绪论中作者叙述了课题的提出、国内外涂装技术的发展概况，课题的 研究内容和研究成果。 在第二章阴极电泳涂装原理中作者叙述了涂料与涂装、电泳的概念、阴极电泳 涂装原理、特征和局限性。 在第三章摩托车车架阴极电泳工艺中作者叙述了生产纲领、产品、工艺流程、 工艺平面布置、生产物流、产品品质。 在第四章摩托车车架阴极电泳涂装线设备中作者叙述了前处理、电泳、烘干炉、 电气控制和计算机管理等设备的工作原理和结构特点。 第五章为高新技术应用。 第六章为阴极电泳发展趋势探讨。 第七章为结论。 重庆大学工程硕士学位论文 2 1 涂装与涂料 2 阴极电泳涂装原理 2 1 1 涂装 涂装技术是高度发展的科学技术领域里一门不可缺少的技术，利用涂料特有的 多种多样性能，按照一定的涂装方法，将其涂装在产品表面上，形成一种固着涂层， 可以起到保护、装饰、标志和其他特殊的作用，因此被广泛应用于各种制造工业和 人类日常生活中。而现代涂装技术是综合应用新涂料、新技术以及表嚣防腐和现代 化学最新成果的重要标志，它反映了一个国家工业化的程度以及科技发展和人民生 活的水平。在现代工业技术高速发展之际，涂装技术无疑将成为科技发展和国内外 产品市场上激烈竞争的重要方面。 2 1 2 涂料的作用及应用范围 涂料是一种用途广泛的化工材料，涂装于物体表面形一层漆膜，赋予物体以保 护，美化或其他预期效果。 保护作用 摩托车属于特殊的耐用消费品，使用条件相当恶劣，经常是日晒雨淋，其车架 会受到空气中的水分、气体、微生物、紫外线等侵蚀而逐渐毁坏，尤其是在行使中 的碰撞、石击、划伤会加速车架的侵蚀。因此涂料涂装是防止金属腐蚀的一种不可 缺少的手段。 装饰作用 在摩托车油箱、车架、后叉、挡泥板上涂以彩色涂料，既可提高产品的销售价 值，又给人以享受，达到装饰美观的目的。 2 1 3 涂料的分类 涂料产品上千种，分类方法很多，一般可分为以下几种。 根据组成形态分类 按成膜物质分散形态分为无溶剂型涂料、溶剂型涂料、粉末涂料、水性涂料、 高固体分涂料等。 按用途分类 可分为建筑漆、汽车漆、飞机漆、木器漆等。摩托车涂料应属于汽车漆范围。 按涂装方法分类 可分为喷漆、浸漆、烘漆、电泳漆等。 按涂装工序分类 6 2 阴极电泳涂装原理 可分为底漆、面漆、腻子、二道漆、罩光漆等。 按效果分类 可分为绝缘漆、防锈漆、防污漆、防腐蚀漆等。 2 1 4 涂料的组成 涂料需种类繁多，但各种涂料的组成均是由油料、树脂、颜料、稀料( 溶剂和 稀释荆) 、催干夯h 和其他辅助材料等五种原料组成。油料、树脂是主要成膜物质。 可以单独成膜也可以粘结颜料等共同成膜称粘结剂，它是涂料的基础：颜料是次要 的成膜物质，不仅使漆膜呈颜色和遮盖力，还可以增加机械强度、耐久性及特种功 能，如防蚀和防污等性能：、稀料和催干剂等辅助材料是辅助成膜物质，稀料不仅 降低涂料的粘度，符合蓝工工艺要求，对漆膜的形成质量也很重要，正确地使用稀 料可提高漆膜的物理性质，如光泽、致密性等。催干剂等辅助材料在涂料中用量虽 小但对涂料的储存性、施工性以及形成漆膜的物质性质有明显的作用。 h i ”】【l 邶q 2 2 电泳的概念 在直流电场作用下，分散在极性介质 例如水) 中的带电胶体粒子向与它所带电 荷相反的电极方向转移。这种胶体粒子移动现象称为电泳 通常电泳涂装是根据涂料树脂所带电荷的种类、电泳时采用的电源来分类。一 般分为阳极电泳和阴极电泳。 阳极电泳 阳极电泳所用的涂料树脂是由带羧基基团的聚合物经胺中和成盐再水溶，树脂 及颜料粒子带负电荷。在电泳过程中被涂物件作为阳极，而漆槽体作为阴极，两极 分别与直流电源的正负极相接，在外加直流电场的作用下，带负电荷的涂料粒子移 向阳极( 被涂工件) ，在阳极表面失去电荷，呈不溶状态沉积在阳极上。切断电源 将阳极取出经水洗、烘干而形成电泳漆膜。 阳极电泳涂装不可避免地存在着以下难以解决的问题。 1 ) 由于被涂物是阳极，在电泳涂装过程中，被涂物金属及表面处理膜被溶出， 这不但使电泳漆膜颜色加深，而且物理、杌械性能，防腐蚀性能下降。 2 ) 电泳涂装时，阳极区由于水的电解，产生氧气。这对于容易受氧作用的树 脂影响很大。必要时还须加入抗氧化剂。 由于以上问题的存在，因此用阴极电泳替代阳极电泳是涂装业的发展趋势。 阴极电泳 由于阳极电泳涂装存在着漆膜颜色较深，防腐性相对较差等缺点。近年来，发 展起来的阴极电泳涂装，所得漆膜性能较好，具有优良的防腐性。阴极电泳所用的 涂料、树脂是由带氨基的碱性树脂经酸中和成盐再水溶。树脂及颜料粒子带正电荷。 7 重庆大学工程硕士学位论文 在电泳过程中被涂物作为阴极，阳极通常装在具有隔膜的罩内。金属槽体之内表面 需绝缘，以防金属溶出。两极分别与直流电源的正负极相接。在外加电场的作用下， 带正电荷的涂料粒子移向阴极，在阴极表面失去电荷，呈不溶状态沉积在阴极上。 切断电源后将阴极取出，经水洗后烘干便形成电泳漆膜。 阴极上发生的化学反应是还原反应，不可能产生电化学氧化。阴极不管采用何 种金属，不可能发生金属的电化学溶解。对于磷化传，也不发生溶解，防止了金属 离子进入漆膜，从而大大改善了阳极电泳难以解决的问题。【日 2 3 阴极电泳涂装原理 电泳涂装过程伴随着电解、电泳、电沉积、电渗等四种现象。 电解：任何一种导电液体在通电时产生的分解现象成为电解。 电泳：在导电介质中带电荷的胶体粒子受电场的影响向相反电极移动的现象称 为电泳。 电沉积：漆粒子在电极上沉析现象成为电沉积。 电渗：刚沉积到被涂物表面上的涂膜是半渗透的膜，在电场的持续作用下，涂 膜内部所含水分从涂膜中渗析出来移向槽液使涂膜脱水。 阴极电泳涂料所含树脂一般带有碱性基因。经酸中和成盐而溶于水。通直流电 后，酸根负离子向阳极移动，树脂粒子带正电荷想阴极移动。颜料粒子由于被树脂 离子所包裹，向阴极移动并沉积在阴极上。 r n ( c 2 h 4 0 h ) 2 + c h 3 c o o h c h 3 c o o r n h ( c 2 h 4 0 h ) 2 ( 酸中和) c h 3 c o o r n h ( c 2 h 4 0 h ) 2 一c h 3 c o o - + r n h ( c 2 h , o h ) 2 + ( 溶于水) 阴极电泳涂装的漆液在直流电的作用下水发生电解 阳极上2 h ，o - - 4 e - - o ，f + 4 h + 阴极上2 h ，0 + 2 e h f + 2 0 h - 阴极上的电解反应使阴极区的o h 一积累，p h 值升高。当o h - 离子浓度增加 到一定浓度时，在阴极表面发生电沉积： r n h ( c 2 h 4 0 h ) 2 + 十o h 一一r n ( c 2 h 4 0 h ) 20 + h 2 0 所以，阴极电泳涂装成膜过程如下： 电泳( 涂料组分向被涂物移动) 一电解一电沉积( 产生不溶化涂膜) 一电渗 ( 涂膜脱水而致密化) 。l l 】【1 3 2 4 电泳涂装专业术语 p h 值 表示电泳漆的相对酸性和碱性 8 2 阴极电泳涂装原理 电导率 表示槽液导电难易程度单位：u s e m 库仑效率 耗1 库仑电量析出涂膜的重量( 以毫克表示) 是涂膜生长的难易程度的目标值。 涂透力 涂透力就是在电场作用下，电泳漆对被涂物背离阴极的部位( 内表面、凹面、 缝隙等处) 的涂上漆能力称为涂透力，也表示电泳涂膜在膜厚分布上的一致性，它 是电泳涂料的重要特性之一。 颜基比 颜基比是漆液中颜料与基料( 树脂) 的质量比。 溶剂含量 溶剂含量即为槽液中含有亲水性有机溶剂的量，也有对树脂的比例表示之： 溶剂量= 溶剂量1 0 0 树脂固体分 极比和极间距 阴阳极面积之比称为极比，阴极极间距称为极间距。 杂质离子 由被涂物经前处理带入电泳槽和补给水带入的有害离子，如n a + 、f e ”、z n “、 p b “、n i + 2 等f l l 【2 删 2 。5 阴极电泳涂装的特征及局限性 2 5 1 阴极电泳涂装的特征 有利于实现涂装连续化、自动化，大大提高劳动生产率和减轻劳动强度。 依靠调整电量容易得到均一的膜厚，膜厚可控制在1 0 3 5 9 m 范围内，因 此，无论形状复杂还是形状简单的工件，均可获得附着良好和厚度均匀的涂层。 涂透力好，提高了工件内腔的防腐性，喷涂涂装不到的部位和涂料难以进 入的部位也能上漆。因此使工件的内腔、焊缝、边缘等处的耐腐性显著提高。 阴极电泳涂膜耐腐蚀性好，盐雾试验可达5 0 0 1 0 ( 3 0 以上。 与喷涂相比，电泳涂装涂料的利用率高，可高达9 5 。槽内涂料是低固体 分的水稀释液、粘度低、与水差不多，带出槽外的极少。泳涂的湿漆膜是水不溶 性的，电泳后可采用超滤封闭水洗回收带出槽的漆液。 安全性高，是低公害的涂装工艺。与其他水溶性涂料相比，溶剂含量少， 对水质和大气污染少。且因溶剂含量低，无火灾危险。采用超率和反渗透装置，实 现电泳后的全封闭水洗，可大大减少废水处理量。 9 重庆大学工程硕士学位论文 电泳涂膜的外观好，烘干时有较好的流平性，不会产生流痕、溶落、积漆 等弊病。 2 5 2 阴极电泳涂装的局限性 阴极电泳涂装设备复杂，投资费用大。 对电泳漆的稳定性要求高，漆液管理技术复杂，7 2 小时不得中断电源。 仅适用于具有导电性的被涂物，如木材、塑料、布等无导电性的物体不能 采用电泳涂装方法。 具有下列结构的被涂物不宜采用电泳涂装工艺，如易带较多污物、污水进 电泳槽的结构；易带较多电泳槽液，多次水洗后仍积液的结构：有空气泡，在水中 不能全浸没的结构。 不耐高温( 1 6 0 1 8 0 ) 的被涂物也不能采用电泳涂装。 由于电泳槽不能随意改变颜色，所以对颜色变化频繁的被涂物也不能采用 电泳工艺。 小批量生产也不宣采用电泳涂装，因槽液的更换速度太慢，槽液中的树脂 变化和溶剂组成变化大，槽液不稳定。m 1 l o 3 摩托车车架阴极电泳涂装线工艺 3 1 生产纲领 3 摩托车车架阴极电泳工艺 3 1 1 产品对象 摩托车车架、后叉、脚蹬、前叉等。 3 1 2 工件尺寸、重量、面积 单件尺寸：m a x 重量：单件m a x 面积：单挂m a x 3 1 3 年产量 1 3 5 0 l 4 6 5 w 7 8 0 h 1 5 蚝 1 9 m 2 1 2 0 万台套( 其中1 0 2 为2 0 万；j h 7 0 为3 0 万：j d 9 0 为4 0 万：j h l 2 5 为3 0 万) 。 3 1 4 作业时间 年工作日2 5 4 天：每班工作时间8 小时；作业班次3 班天：综合作业率7 5 。 3 1 5 输送装置 搬运方式：悬挂输送式；线速度1 5 4 5 m m i n 可调，工艺速度3 5 n g m i n 吊下距离：1 3 0 0 m m 吊挂间距：1 0 7 4 m m 3 2 产品 3 2 1 产品类型 由于阴极电泳漆膜具有耐蚀性好、附着力强、但外观光泽度不够的特征，摩托 车车架阴极电泳涂装线的产品对象主要为隐蔽式、半隐蔽式车架。如1 0 2 、1 0 3 、1 7 8 等踏板车系列车架，j h 7 0 、j h 9 0 、j h l 2 5 、j h l 5 0 等高架车车架，1 7 1 、1 8 1 等低梁 车车架，后叉、脚蹬、侧支架等产品。对于外露式车架如j d 9 0 车架，由于对外观 质量要求高，不宜采用电泳工艺。对于产品外观要求很高的产品如油箱、挡泥板等， 也不宜采用电泳工艺。 3 2 2 产品的结构型式 适合阴极电泳的摩托车车架可分为两大类，第一类是管式车桨，如高架车j h l 2 5 系列、j h l 5 0 系列踏板车1 0 2 、1 0 3 、1 7 8 系列，低梁车1 7 1 、1 8 1 系列。第二类 是板式车架，如j h 7 0 系列等。 管式车架是由许多直径不同的钢管经冲压、弯型后焊接而成，形状复杂，出槽 时易兜水、兜漆，因此必须在车架最低处钻工艺排水孔。同时在入电泳稽前设置人 重庆大学工程硕士学位论文 工吹水工位，在电泳后水洗后设置人工吹漆工位。 板式车架是由左右半体经冲压成型后组合焊接而成，虽然形状简单，但由于内 腔容积大，兜水量特别多。开工艺排水孔可以排除一定数量的水，但排不干净。设 置人工吹水工位，由于受工人的责任心和疲劳影响，吹水效果不理想，漆液损失大。 而且少量的漆液被工件带入烘干炉内，虽然能烘干，但滴出的漆液、沸腾后溢出的 漆液掉在烘干炉过滤网上，烘干后形成坚硬的壳体，堵塞了过滤网，缩短了过滤网 使用周期，增加了生产成本，这是一个尚待解决的问题。 3 2 3 产品吊挂 按照生产纲领单点吊姿为1 3 5 0 ( 高) x 7 8 0 ( 长) x 4 6 5 ( 宽) ，在这一范围内， 一挂吊具可挂2 根j h l 2 5 车架或2 根j h 7 0 车架或2 根1 7 1 、1 8 1 系列车架，可挂8 个后叉或1 6 个脚蹬或3 2 个侧支架。由于太子车车架尺寸较大，一挂只能挂一个车 架。1 0 2 、1 0 3 车架尺寸最大，一挂一个车架在运行时因为晃动会发生碰撞和干涉， 因此采用3 个挂具吊2 个车架的方式，由于1 0 2 、1 0 3 车架产量很小，对生产效率 影响不大。 3 2 4 产品吊重 按照生产纲领，单点吊重5 0k g ，最重的车架是j h l 5 0 车架，约1 0k g 。两个 车架一挂约2 0k g ，未超出设计重量。一挂8 个后叉约3 0 蚝，也未超出设计重量。 3 2 5 产品吊具 产品吊其一具多用，即可吊挂各类型车架，还可搭挂其他小件。 3 4 1 ”l f 3 6 】【3 7 】 3 3 摩托车车架阴极电泳工艺流程 我公司新建的摩托车车架阴极电泳工艺流程如图3 1 所示 图3 1 工艺流程图 f i g 3 1 t h ep r o c e s s i n gf l o wd i a g r a m 3 摩托车车架阴极电泳涂装线工艺 3 4 工艺分析 3 4 1 除锈 车架表面一般都存在铁锈和氧化皮。在涂装前必须将它们清除。不然会严重影 响漆膜的附着力、装饰性和寿命。车架的锈蚀分为内部锈蚀和外部锈蚀，外部锈蚀 可采用抛丸除锈，但抛丸除锈无法清除车架内部的锈蚀。只有酸洗才能清除内部的 锈蚀。以前在计划经济时代，公司推行的是大规模生产，生产流程长，库存多。车 架在涂装前锈蚀严重，因此长期以来采取的是酸洗除锈工艺。酸洗除锈工艺对环境 污染很大，废水需经处理后才能排放，废气对厂房和周边设各腐蚀也很严重。此外 建废水处理站，厂房、设备维护费用也很高，对工人身体健康影响也很大。 在市场经济的大环境下，要生存就必须改革。现公司推行精益生产模式，生产 流程大幅度缩短，实现了零库存，车架焊接后直接进入涂装线，作到可无锈蚀或少 锈蚀。在这种背景下，用抛丸除锈工艺取代酸洗除锈工艺已成为可能。 抛丸除锈的原理是利用高速旋转的叶轮将钢丸抛至工件表面，强烈冲撞工件表 面清除铁锈和氧化皮。由于抛丸清理具有生产效率高，质量好，费用低，操作人员 少，节能环保，便于实现机械化等优点，因此得到广泛的应用。为摩托车车架阴极 电泳涂装线配套组成生产线的抛丸机有两台，一台是意大利o m s g 双工位抛丸机， 另一台是青岛产连续式抛丸机，以上两台抛丸机可保证年产1 2 0 万件车架的生产能 力。 车架表面经钢丸冲击后会产生表面强化现象，可提高5 0 的疲劳强度。其抗 腐蚀应力也有大幅度提高，表面硬度也有一定提高。表面经钢丸冲击后，还可以消 除焊缝的内应力，并可检查出材料的隐蔽裂纹。上述优点是酸洗除锈工艺无法具备 的。另外车架表面经钢丸冲击后，表面粗糙度会成倍增加，可大幅度提高涂料与工 件表面的结合力。所以车架、支架、脚蹬等产品采用抛丸除锈工艺。由于后叉要求 有一定的光泽度，采用酸洗除锈工艺。这样酸洗除锈产品减少了9 0 ，废水排放 量大幅度减少，周边环境得到了很好的保护，社会效应明显。 意大利o m s g 抛丸机是双工位，三抛头结构。在对一个工位的工件进行清理 除锈的同时，另一个工位进行装卸工件的工作，由此提高工作效率。根据车型的不 同，一次可清理1 5 2 0 个车架。根据车架锈蚀程度的不同，一次清理除锈的时间 为3 5 分钟。 3 4 2 热水洗 热水洗工位的作用主要是清除抛丸后俯着于工件表面的灰尘、氧化粉末、少量 金属丸粒、油脂等污染物。采用喷淋洗方式，借助于水流的冲刷力，喷淋洗效果较 重庆大学工程硕士学位论文 浸渍洗更好。在热水洗喷淋循环回路中增加了磁棒过滤器以吸附小颗粒的金属粉末 和丸粒；设置了袋式过滤器以滤除灰尘、大颗粒的金属粉末和丸粒。 部份零件采用酸洗后涂装的工艺，酸洗后的工件表面清洁度较高，可不用热 水洗工位，以节约能源。 3 4 3 预脱脂、脱脂 工件在制造过程中由于机械加工和防锈的需要，经常接触各种润滑油，拉延油、 防锈油和磨光剂、抛光膏等，在搬运过程中也常染上油污，因此油污是工件涂装前 最主要的污染物。 最常见的除油方法有碱液清洗、有机溶剂清洗、表面活性剂清洗、乳化液清洗 等。它们的基本原理是借助溶解力、物理作用力( 如热、搅拌力、冲刷力等) 、界 面活性力、化学反应力、吸附力等来清除工件表面的油污。 碱液清洗法是以碱的化学作用为主的一种比较古老的清洗方法，价格比较低 廉，且使用简单，故目前得到广泛应用。嘉陵摩托车阴极电泳涂装线前处理也是采 用碱液清洗法。 碱液的除油能力与溶液的p h 值、温度、机械作用、水的硬度以及工件表面上 的油脂种类和多少有关。除油能力随p h 值增加而增加。根据p h 值大小，碱液可 分为下列三种情况： 强碱性溶液( p h 值为1 2 1 4 ) ，一般适用于严重油污工件的表面除油。 中等碱性溶液( p h 值为1 1 1 2 ) ，一般适用于中等程度油污工件的表面 除油。 弱碱性溶液( p h 值为9 t 0 ) ，一般适用于轻微程度油污工件的表面除油 以及有色金属( 如铝、铜) 表面除油。 t l 摩托车车架、后叉、侧支架、脚蹬等产品经过抛丸清理后属轻微油污产品，故 预脱脂、脱脂采用弱碱性溶液。 提高碱液的温度能增加除油的速度。但温度太高能促使某些表面活性剂分解， 所以对大多数除油溶液来说，适宜的温度应控制在5 0 8 0 的范围内。本生产线 预脱脂、脱脂工艺温度控制在6 0 l o 范围内，在生产了一段时间后发现工件经 热水洗进入预脱脂、脱脂工位的油污很少，脱脂效果非常好。为了节约能源将预脱 脂、脱脂工艺温度设置为5 0 。 除油时经除油溶液的循环搅拌、喷射等机械作用力，可以改善除油效果。这是 因为在机械的作用下，工件表面不断地接触新鲜溶液，在一定压力下喷射出的溶液 还能给工件表面以强力冲刷，使粘附在工件表面上的油污被很快清除掉。 工业生产很少用一种碱，有时还添如表面活性剂等各种助荆混合组成，这种除 油液被称为复合碱性清洗剂。碱液清洗剂的配方可根据油污的种类、被清洗物的材 1 4 3 摩托车车架阴极电泳涂装线工艺 质、清洗方式等因素通过试验确定。本生产线预脱脂、脱脂清洗剂采用的是日本立 邦公司的产品。 为了改善脱脂效果，提高工件清洁度，一般将脱脂工序分为预脱脂、脱脂两个 工位，并配置除油装置。 3 4 4n 0 1 、n 0 2 、n 0 3 喷淋水洗 n 0 1 、n 0 2 、n 0 3 喷淋水洗主要是清洗预脱脂、脱脂后残留在工件表面、内 部的碱液。 3 4 5 表调( 喷淋) 磷化前的表面调整处理是为了消除碱脱脂造成的表愿状态不均匀性，增加磷化 晶核的成膜数目，细化晶粒组织，增强基体的活性，缩短成膜时间，减少药品消耗 量，提高磷化膜的抗蚀性。表面调整的工艺条件一般控制在p h 8 o 9 5 。 3 4 6 磷化( 喷淋) 磷化处理是将金属表面( 主要是钢铁) 通过化学反应生成一层非金属、不导电、 多孔的磷化膜，通常称为转化涂层。磷化处理工艺在工业上得到广泛的应用。作为 涂层的基底，磷化膜具有多孔性，涂料可以渗入到这些孔隙中，提高涂层的附着力。 此外磷化膜又能使金属表面由优良导体转交为不良导体，从而抑制了金属表面微电 池的形成，有效地阻碍涂层腐蚀，成倍地提高涂层的耐蚀性和耐水性。所以磷化膜 是涂层最好的基底。由于电泳漆膜的耐蚀性主要依赖磷化膜基底，磷化可使电泳涂 层耐蚀性提高2 3 倍以上，因此在现代化的阴极电泳涂装线里磷化成了不可缺少 的一部份。 磷化处理的分类 按磷化液组成分类主要有磷酸锌系、磷酸铁系、磷酸锰系、磷酸钙系四种。磷 酸锰系主要是满足耐磨要求，其余三种主要用作涂装底层，其中磷酸锌系应用较多。 按单位面积上磷化膜的重量将磷化分为： 1 ) 厚型磷化7 5 9 m 2 用作防锈； 2 ) 中型磷化4 3 7 5 9 m 2 用于喷漆； 3 ) 薄型磷化一1 2 4 3 9 m 2 用于电泳涂装： 4 ) 超薄型磷化o 3 1 i g m 2 用于装饰性很高的产品。 按磷化温度的高低分为： 1 ) 高温磷化一8 0 9 0 ； 2 1 中温磷化5 0 7 0 ； 3 ) 低温磷化一3 0 5 0 ； 4 ) 室温磷化2 0 左右。 按施工方法不同将磷化分为：浸、喷两类。 重庆大学工程硕士学位论文 磷化膜的成膜原理 嘉陵摩托车车架阴极电泳涂装线采用的是磷酸锌系磷化液。 磷酸锌系磷化液中通常含有游离磷酸、磷酸二氯锌、氧化剂等成分，将钢铁件 浸入磷酸液中，磷酸