钣金车间喷塑工艺培训教材.doc

目录一、工艺简述1.1工艺任务21.2喷塑件与格力空调 21.3工艺流程3二、前处理工艺2.1热水洗42.2脱脂42.3水洗62.4表调62.5磷化72.6纯水洗102.7烘干11三、静电喷涂3.1静电喷涂原理113.2静电喷涂设备123.3静电屏蔽效应133.4固化14四、涂膜的检验涂膜的一般性检验14盐雾实验14五、喷塑件的入库摆放15六、常见工艺问题及其处理16一、工艺简述1.1 工艺任务喷塑车间现有员工8人，一期3条生产线，二期共5条生产线。我厂的工艺任务是将钣金件加工成喷塑件，以提高其耐腐蚀性和可装饰功能。钣金件按板材不同可分为电锌板类、热镀锌板类、光整锌板类（需磷化，关于磷化的知识后面将详细叙述）和冷轧板类（需磷化），热镀锌、光整锌板比较相似，热镀锌板有锌花，而光整锌板没有。钣金件表面有很多的渣滓，包括钢卷材本身表面涂的一层保护油（为防止运输和储藏过程中生白锈，钢卷材在生产时涂覆保护油）、加工过程中带上的铁屑和钣金件运输途中带上的污垢等，直接喷涂会造成涂膜对基材附着力很弱，涂膜很容易整片脱落或产生各种外观缺陷（如麻点、针孔等）。因此，喷涂前必须将钣金件表面的污滓除去，前处理工序就是将钣金件表面的渣滓除去。有特殊要求的板材（如冷乍板等）和零件（打磨面积超过5%钣金件等），喷涂前还要经过磷化处理。然后烘干，通过静电涂装设备使得零件表面粘附一层均匀的粉末，粉末在固化炉中熔融并发生化学反应，在零件表面形成一层光滑致密的涂膜，经过检验合格便可下线入库。经过喷涂的钣金件叫喷塑件，也就是我们分厂的产品。喷塑件和格力空调。1.2 喷塑件与格力空调喷塑分厂在格力电器的各分厂中，是一个自动化程度比较高，人数偏少的配套分厂（配套是相对总装而言）。公司最主要的产品是空调，空调分为窗机、柜机、分体机和中央空调四大系列。喷塑件和注塑件是空调的主要可视部分，对空调的外观都有最直接的影响。俗话说：佛靠金装，人靠衣装。那格力空调的金装、衣装就要靠我们的喷塑件了。喷塑件除了美化外观外，还有更重要的功能防锈。图1.1 生锈的空调喷塑件本身对空调的性能是不会产生什么影响的，但随着人民生活水平的提高，人们对外观的要求越来越高，而且一个锈迹斑斑的空调肯定不是用户期望的。所以，我们喷塑分厂是关系格力形象，我们的产品就是格力的衣服。有句话叫：三分长相，七分打扮。格力的打扮的很大一部分是由我们喷塑分厂完成的，所以说，我们分厂在整个公司中是很重要的。附表1.1 ：喷塑件在各类空调中的应用空调种类喷塑件的应用窗机底盘、外罩、上导轨、左右安装架、顶件、吊件、固定件、安装旁架、分体机内机壁挂板、屏蔽盒盖板外机面板（外罩，前侧板）、右（后侧板、底盘、顶盖，阀门支架、隔板柜机内机左侧板、右侧板、电器盒盖板、导磁板、档板外机面板（外罩，前侧板）、右（后侧板、底盘、顶盖、阀门支架中央空调外机的可视部分基本上都是喷塑件移动分体机后板、挂板、压管夹、安装板、接头支架、软管固定夹、悬梁、安装架、快速接头座板1.3 工艺流程热水洗（三期无）预脱脂水洗2水洗1主脱脂固化炉粉房纯水洗水洗4水洗3洗磷化表调上料岗位前拉料岗位进料人员下料岗位后拉料岗位发料岗位总装分厂烘干炉喷粉岗位擦锈岗位二、前处理工艺2.1 热水洗主要作用：除掉零件表面的铁屑等颗粒渣滓，并对零件表面的油层进行初步清洗。之所以选择热水，是因为热水可以活化零件表面的渣滓，使其处于极不稳定的状态，容易除掉。打个比方，盘子上比较油腻污滓用冷水很难洗掉，如果用热水则很容易除掉，就是这个道理。经过热水洗零件表面附着力较差的渣滓就会被洗掉，流到热水槽中，这些污滓包括铁屑以及在运输过程中粘附上的浮尘等。另外，挂具上的浮尘和焚烧过的残渣等，尤其是刚刚焚烧的二次挂具上粘了厚厚的一层燃烧未尽的涂层残渣，都会悉数掉落至热水洗槽，所以热水洗槽最容易脏，也很容易堵塞喷嘴，我们不仅要经常更换槽液，还要经常检查喷嘴是否堵塞和及时更换喷嘴。2.2 脱脂（包括预脱脂和主脱脂）脱脂原理：油污可以分为两类：油脂和非皂化矿物油。对于油脂类污垢，利用强碱在高温中皂化反应来清洗。反应方程式为：RCO2CH2CH2OHRCO2CH + NaOH高温3RCO2Na + CH2OHRCO2CH2CH2OH生成的脂肪酸钠皂可溶于水，并且有表面活性剂的乳化、分散作用。如果在强碱中添加胶体性质的硅酸盐、三聚磷酸钠，可增强该脱脂剂对油污乳化分散稳定性，增强除油能力。钣金件表面的污垢大部分是非极性的矿物油，不能与强碱发生皂化反应。这类油污的清洗主要是靠表面活性剂。它的清洗过程是以通过表面活性剂的润湿作用、渗透作用、乳化作用、分散作用和增溶作用来实现的，清洗过程分两个阶段进行。首先，脱脂液借助表面活性剂对金属的润湿作用、渗透作用，穿过油污层到达金属表面，在那儿做定向吸附，随着表面活性剂向金属表面的不断渗入，使油污从金属表面剥离，这一过程称为卷离。如果把均匀涂布油膜的金属浸入脱脂剂中，我们可以看到油膜呈网状撕裂，进而分裂成细小碎片而脱离金属表面。然后，被分裂的细小油污，被胶束增溶、乳化和分散进入溶液中。整个过程如下图所示： 2.1 表面活性剂祛出油污表面活性剂的乳化作用不能太强，乳化作用太强，则乳化状态就很稳定，油污使表面活性剂很快就会被耗尽，脱脂剂的使用寿命就很短。表面活性剂的乳化作用应适中，经过一段时间乳化油污破乳，油污浮于脱脂液表面，经溢流、过滤将浮油除去，这样表面活性剂消耗少，脱脂剂使用寿命长。我分厂的预脱脂槽、主脱脂槽、水洗槽都有溢流装置，溢流的油污被排到污水处理处处理。油污从此管排出2.2 溢流示意图我分厂的脱脂剂有液体和固体两种，这两种是混合使用的。液体的脱脂剂主要是表面活性剂，由于乳化油污破乳以后，其可以循环使用，所以液体脱脂剂用量较少；固体脱脂剂主要成分是碱，不可以循环使用，用量比较大。为什么脱脂要分预脱脂和主脱脂？这好比洗头，如果头发很脏，可以先用少量洗发水揉洗，没有起泡末，然后用水冲掉，再用洗发水洗，很少量就干干净净了。如你第一次洗就用很多洗发水，也是洗不干净的。你有这样的体会吗？2.3 水洗现在四期的第二条线和四期改造线的槽体都设计成了“V”型，这样有利于槽液的回流。水洗1、2的作用是除去工件表面的脱脂残液，水洗槽1、2上部通过管道连接，水洗2的末端有一自来水自喷，以此保证水洗槽1、2的供水。水洗槽溢流到水洗槽2，水洗槽2溢流排到污水。水洗槽3、4的作用是除去工件表面残留的磷化液。纯水洗的作用是保证水洗质量，工业用水中含有Na+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Cl-、SO42-、HCO3-等离子，还可能含有某些有机物，称为硬水。可使涂层产生粗糙、针孔等缺陷。清洗不好还会造成涂层耐蚀性不合格的情况。纯水洗、水洗4和水洗3依次相连，纯水洗的纯水一次直喷后直接溢流到水洗4、水洗3，水洗3溢流排到污水站。而水洗3、4在使用过程中是不需要补充水源的，全靠纯水洗的溢流。2.4 表调工件经碱性除除油后，其表面的许多晶格点（磷化的活性中心）被中和了，以钛盐（磷酸钛）来作为表面调整处理，可使大多数晶格重新活化。表调工序的作用：在磷化处理前采用磷酸钛盐或稀草酸溶液，进行表面调整，使大多数的晶核重新活化，以取得细密的磷化膜。目前多数采用磷酸钛盐溶液，这是因为金属表面经此溶液处理之后存在着“活性中心”，它是磷酸盐晶核形成的部位。活性中心的密度同金属在处理前的表面状态有密切关系。 表调液的分析表调液的测试试剂：0.1N硫酸标准溶液；0.1%酚酞指示剂。表面调整剂分析溶液：用分析天称100克表面调整剂（二位有效数字）放于烧杯中，加纯水约800毫升，搅拌至完全溶解，转入1000毫升容量瓶中用纯水稀释至刻度，并摇匀。测定步骤：用移液管吸取10毫升表面调整剂分析溶液，置于250毫升锥形瓶中，加纯水约100毫升，加0.1%酚酞指示剂23滴并摇匀，用0.1N硫酸标准溶液滴定至无色为终点记下耗用硫酸标准溶液的毫升数V。表调工作液用PH试纸检测。2.5 磷化2.5.1 磷化机理所有的磷化液都是由磷酸，碱金属或重金属的磷酸二氢盐，及氧化性促进剂组成的酸性溶液。因此，整个磷化过程都包含有基体金属的溶解反应，难溶磷酸盐结晶沉积的成膜过程，及氧化性促进剂的去极化作用。（1）基体金属的溶解反应磷化液的PH值一般都在25.5之间，呈酸性。因此当金属和此酸性溶液接触时，必然发生由局部阳极和局部阴极反应组成的金属溶解过程：Me + 2H3PO4 = Me（H2PO4）2 + H2Me代表二价金属离子，可以是Fe2+、Zn2+等等。（2）成膜反应金属基体与酸性磷化液发生一段时间以后，局部酸度下降。而金属的二氢磷酸盐Me（H2PO4）2也不稳定，释放H+，生成溶解度较小的磷酸一氢盐MeHPO4。随着反应进行，局部PH值继续上升，一氢盐MeHPO4继续释放H+，生成更难溶解的Me3（PO4）2，沉积到零件表面。反应方程式为：Me（H2PO4）2 = MeHPO4 + H3PO43 MeHPO4 = Me3（PO4）2 + H3PO4PH值上升到一定程度，也会发生：3 Me（H2PO4）2 = Me3（PO4）2 + 4H3PO4Me3（PO4）2沉积到一定程度，零件表面完全被覆盖，从而在零件表面形成了完整的磷化膜，磷化结束。（局部的含义：局部是很小的一个范围，是分子间反应的范围。上述反映也是在很短的时间内完成，短的不能用秒来计算的。）（3）氧化性促进剂的去极化作用和对金属溶解的促进金属与磷酸发生反应产生氢气易吸附于零件表面，阻碍了不溶性的磷酸盐在零件表面的沉积，磷酸盐不能沉积到零件表面形成磷化膜，而于溶液中沉淀析出成为渣，既浪费磷化液，也使得渣量增加，容易堵塞喷嘴和管道，更造成磷化膜空隙率增加，造成磷化膜性能下降。促进剂的作用就是将氢还原成水。2H + O = H2O2.5.2 磷化液的控制1、游离酸度（FA）FA指10.0ml磷化液，用0.1N、NaOH标准溶液滴定到终点（PH=4，即由甲基橙做指示剂）所消耗滴定剂体积毫升数，以点表示。若FA过高，零件表面的金属大量反应，而无法形成磷化膜；若FA过低，磷酸盐大量析出变为沉渣，导致：原料浪费；吸附在磷化膜表面影响涂层附着力；导致热交换器结垢，影响热交换质量下降。Me3（PO4）2 游离酸度（FA）FA1FA2 沉淀平衡时FA与Me3（PO4）2析出率的关系Me3（PO4）2的沉积量和游离酸度（FA）的关系如上图，其中FA1FA2是磷化处理的适宜FA工作范围，FA太小时，金属表面无法被溶解活化。2、总酸度（TA）总酸度指10.0ml磷化液，用酚酞指示剂，用0.1N的NaOH标准溶液滴定至终点所消耗的体积毫升数，以点表示。10C.W.（g/m2）86膜厚42厚膜：FA/TA0.20.40.6 0.8 1.0磷化膜重量与酸比关系显然，在维持FA不变情况下，提高TA有利于增加沉淀析出量。事实上磷酸盐沉积析出时总伴随FA升高、TA下降。若不进行调整，FA/TA将不断增大，磷化膜会越来越薄，因此阴影区域是磷化处理酸比控制的最佳范围。3、促进剂促进剂用量较少的情况下，获得的磷化膜稍厚，膜较粗糙，附着力较差，空隙率相对较大；促进剂适中，磷化膜较薄，但较细致，空隙率最低；促进剂过多时，磷化膜较薄，空隙率较大，磷化膜表面产生浮灰。2.5.3 磷化液的检测方法试剂：0.1N氢氧化钠标准溶液；0.1%酚酞及甲基橙测定步骤：用移液管吸取10毫升磷化液，置于250毫升锥形瓶中，加纯水约100毫升；加0.1%酚酞指示剂23滴并摇匀；加0.1%甲基橙指示剂23滴并摇匀；用0.1N氢氧化钠标准溶液滴定至无色为终点；记下耗用氢氧化钠标准溶液的毫升数V。用甲基橙作指示剂时，滴定终点PH值较低（约为4.2），测得是游离酸度。用酚酞作指示剂时，滴定终点的PH值约为8.3，测得的是总酸度。 2.5.4 锌板磷化特点原则上讲，在处理钢铁的磷化液中加入适量的氟化物都可以处理锌及其合金，不过一般锌系磷化处理对锌及其合金的涂装性能较差，因为磷化膜的成分中只有H膜，这种膜具有较低的抗碱性能。因此为得到优良涂装性能的磷化膜，锌及其合金的磷化膜最好用高镍锰磷化，而且磷化膜中Ni2+Mn2+含量大于Zn2+ Ni2+Mn2+总量的5%。此外，二价铁的存在也是有利的。长期存放的热镀锌表面有氧化锌，磷化时间一般要在13分钟才能得到高密度结晶的磷化膜，而新电镀锌板620秒即可完成。无论如何，所谓快速磷化，磷化膜并没有完全生成，所以覆盖面不能达到100%，在适当条件下，必须30秒以上的磷化时间。与钢铁磷化不同，在磷酸锌溶液中处理镀锌件，溶液中Zn2+离子浓度基本不变或略有升高，而且也很少沉淀，但游离酸度变化较大，必须经常调整，否则膜质量会发生很大变化。 钝化后的锌板不能进行表面磷化，涂装后涂膜的耐蚀性差。2.5.5 磷化膜的电镜图 2.5.6 我分厂钝化板磷化我公司钣金件的板材大多是宝钢和攀钢的涂油+钝化板（即S板），其喷涂后的喷塑件盐雾实验达不到我公司的要求。经工艺部等部门实验，决定：改变前处理工艺，打散钝化膜，增加磷化工艺，以达到提高喷塑件的耐盐雾性能。目前，此工艺改进还在实验中。2.6 纯水洗纯水洗目的是除去零件表面的杂质离子，特别是酸根离子，如CL、PO4等。零件经过前处理通道后，表面残留的液体开始向下流，在零件下部形成一个液滴。如果液滴足够大，则脱离零件，掉落下来；如果液滴比较小，液滴的表面张力（液固界面）足以抵抗液滴的重力，则液滴粘附在零件下部进入烘干炉。高温情况下，水的离解强度比较大，水中的H与酸根离子一起形成酸，在高温的帮助下，将零件迅速腐蚀。被腐蚀的金属基体表面极其疏松，与其结合的涂层很容易脱落，造成脱皮，属于喷塑件的一类缺陷，也是致命缺陷。1998年之前，我喷塑分厂的生产工艺中是没有纯水洗这道工序的。1997年下半年，我喷塑分厂的洪干炉四壁发现了白色的污垢，当时并没有引起足够的重视。次年3月，也就是1998年3月，咸潮到来的时候，问题凸出，喷塑件大量脱皮，特别是零件吊挂下朝下的部位。分厂因此停产3个月左右，给公司带来很大经济损失。1998年7月，生产工艺中增加纯水洗，彻底解决了这个问题。所以说，纯水洗很重要，其清洗质量直接影响喷塑件寿命。2.7 烘干烘干，顾名思义，就是将前处理过的零件的表面水分烘干。吊挂零件的下部，特别是有折边的零件，经前处理后，折边处会存有水滴，经烘干炉烘干处理后，仍有水滴，后我分厂在烘干炉口增加了吹水装置，使得此类情况有所改善。但是，擦锈岗位还是要注意检查零件底部是否有水存在。三、静电喷涂工艺3.1 静电喷涂原理静电喷涂是对喷枪施加负高电压，在被涂工件和喷枪之间形成一个高压静电场。当电场强度足够高时（E0），喷枪针尖端的电子便有了相当的动能，它冲击枪口附近空气，使空气分子电离产生新的电子和离子，空气绝缘性产生局部破坏。在一定的电场强度下，枪口尖端的电子碰撞从枪口喷出的涂料，使涂料粉末颗粒带上负电荷，若粉末颗粒在枪口出带上多个负电荷，受同性相斥作用，粉末颗粒进一步雾化，带负电荷的粉末颗粒受电场力作用飞向并沉积于正极（电势为零，接地）工件表面。由于粉末粒子具有一定的速度，沉积于零件表面时，受力较大，会生成一层致密的粉末薄层。具体如下图所示。图3.1 静电喷涂原理示意图3.2 静电喷涂设备，我分厂使用的喷涂设备都是德国WANGER公司生产，都是当时最先进的静电粉末涂装设备。设备原理为一个循环：供粉箱 粉泵 捉粉管粉管喷枪回收装置图3.2 喷粉设备循环示意图3.2.1 粉泵静电喷涂设备循环中的核心部分是粉泵，粉泵关系到粉末的大小和运输速度的快慢，直接影响喷涂质量。1，外螺母2、捉粉管5、泵体D、配粉气入口F、送粉气入口S、粉管3、铜嘴图3.3 粉泵结构其中，铜嘴和捉粉管是易损件，需要经常检查，发现损坏马上更换。图3.4 损坏捉粉管与正常捉粉管的对比3.3 静电屏蔽效应先用空心铁球为典型例子来讲解静电屏蔽效应。使空心铁球带上电荷，由于同性电荷排斥作用，电荷都集中在铁球的外表面，而内表面就完全没有电荷，进一步说，铁球的内腔也不可能有电场。这就是为什么电梯和地下室中手机信号差甚至没有信号的原因，钢铁结构的外壳将电磁波信号屏蔽掉了。同理，有框架结构的零件，在进行静电喷涂时，其内表面与喷枪之间是没有电势的、没有电场线的，也就是说外表面将其屏蔽，带负电的粉末没有飞向内表面的动力，内腔也就上不了粉，导致内腔泛蓝甚至露底，典型例子就是窗机外罩的内角。内角泛蓝，上粉不良6012外罩内角上粉不良3.4 固化我分厂使用的是热固性粉末涂料，在固化炉的高温作用下，热固性性粉末涂料的分子与固化剂发生化学反应，交联一起形成很长很大的分子，流平成固化成光滑的涂层。固化的温度要控制的适当的范围内，具体见工艺文件。四、喷塑件涂膜检验（具体见检验指导书）4.1 涂层的一般性检验喷塑件涂层的性能指标有厚度、附着力、光泽度、色差等，各项性能指标的检测方法和要求，具体见附表4.1。附表4.1：喷塑件的性能指标和测量方法涂层的性能指标检测方法目标值厚度在同一平面内距边缘10mm以内测量，测量时将测厚仪探头垂直接触待测面，每次测量上、中、下、左、右五点，取五点的平均值为厚度结果（五点中的最小值不能低于标准值）。40-200m（家用空调）附着力在厚度合格的零件表面上用刀片纵横刻划出11条间隔1 mm的线，使之形成100个小方格。刀刃要垂直于表面，用力要均匀，深度划至钣金件。用氧化锌（医用）胶布粘贴划格处，再以垂直方向揭起胶布，肉眼（或放大镜）检查涂层脱落情况。附着力等级为0级，即百格内无一格脱落光泽度在同一平面内距边缘10mm以内测量，测量时将光泽仪探头垂直接触待测面，每次测量上、中、下、左、右五点，取五点的平均值为光泽度结果（五点中的最小值不能低于标准值）。80-90%（空调内表面不做要求）色差用色差计测量，具体操作见使用说明书E0.8喷塑件的零缺陷包括偏薄、麻点黑点、打火、露底、针空等，其具体含义和要求详见附表4.2。4.2 涂层的耐中性盐雾实验测试大气中盐雾是由悬浮的氯化物的微小液滴所组成的弥散系统，它是由于海水的浪花和海浪击岸时泼散成的微小水滴经大气运动所形成。一般在沿海或近海地区的大气中都充满着盐雾。由于盐雾中的氯化物，如氯化钠、氯化镁具有在很低相对湿度下吸潮的性能，而且氯离子还具有很大的腐蚀性。因此盐雾对于在沿海或近海地区的金属产品及其保护层具有强烈的腐蚀作用。附表4.2：喷塑件的常见零缺陷及其定义缺陷名称定义发蓝由于涂层偏薄而呈现出钣金件底色，表面颜色发暗，也称偏薄麻点由于前处理不干净，钣金件表面残留、或粉末中含有颗粒状杂物，而使涂层产生相同颜色的点状凸起物。黑点在钣金件喷粉至固化过程中，悬挂链上可能有杂质掉下，而使涂层表面含有黑色的点状异物。针空喷粉时由于钣金件表面未干透，或喷粉枪的气流中混有水分等原因，固化时水分挥发而使涂层表面产生的点状凹坑。脱皮涂层与钣金件失去附着力而出现的局部或大面积脱落现象。粉团由于喷粉过厚，致使涂层凸凹不平。桔皮固化时未完全流平，致使涂层表面不平整，类似于橘子皮。露底由于喷粉不均匀，粉末固化后，局部露出钣金件。碰伤钣金件在喷粉后至固化过程中互相发生碰撞，导致涂层损伤变形零件局部凸起或凹陷，以及几何形状发生改变。盐雾实验是一项历史最久、使用最广的人工加速腐蚀实验方法。实验方法：氯化钠溶液浓度50g/L，PH值6.57.2。氯化钠溶液在盐雾箱中被压缩空气挤出，成雾状，被测试