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[防腐蚀设计] 阴极电泳工艺在汽车钢板弹簧涂装中的应用

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发表于 2016-8-24 08:44:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
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阴极电泳工艺在汽车钢板弹簧涂装中的应用

黄昌文   陈毛权

(安徽安簧机械股份有限公司;合肥工业大学)

摘要:为满足汽车钢板弹簧更高的质量标准要求,提出了采用阴极电泳工艺对钢板弹簧进行涂装的方案。介绍了钢板弹簧涂装工艺的现状和存在的问题、新工艺方案及其特点等内容,并通过试验证明了电泳漆的加热固化对钢板弹簧喷丸后的残余应力及台架疲劳寿命没有负面影响。实际生产应用情况表明,汽车钢板弹簧采用阴极电泳工艺在产品质量、生产成本和环保等方面都取得了很好的效果。

关键词:阴极电泳  钢板弹簧  涂装  应用

中图分类号:TQ639.2    文献标识码:B

1钢板弹簧涂装工艺的现状

1.1钢板弹簧涂层的技术标准

    钢板弹簧涂层的技术标准一般执行QC/T484—1999《汽车油漆涂层》中的TQ9要求,涂层的耐盐雾腐蚀试验时间≥120h。

1.2钢板弹簧的静电喷涂工艺

    本公司钢板弹簧的涂装一直采用静电喷涂工艺,主要工艺流程如下。

    簧片喷丸—单片簧片静电喷涂沥青或醇酸底漆(没有前处理工艺)一组装后总成静电喷涂醇酸树脂面漆。

    底漆和面漆一般采用手工喷涂或静电喷涂。手工喷涂的优点是设备简单、投资少、运行成本相对低廉、易操控,缺点是油漆利用率低(仅40%左右)、浪费资源、环境污染。静电喷涂的油漆利用率虽有所提高(50%~60%),但由于簧片间的静电屏蔽,导致弹簧总成的耳根及簧片间漆膜吸附效果差,耐盐雾性能仅为60~90h。

    综上所述,钢板弹簧的外观质量已经成为影响整车销售和顾客满意度的重要因素。因此,近年来国内整车生产厂家参照欧美汽车标准,对钢板弹簧涂层的防腐质量提出了新的要求。例如,NAVECO采用的IVECO标准18-1600B级,要求满足ISO7253中耐盐雾腐蚀试验时间>300h;JAC采用现代ES55100-1及WSL标准,要求耐盐雾腐蚀试验时间≥150h。

2钢板弹簧涂装工艺的改进

    在提高产品耐盐雾性能和控制涂装成本的前提下,分别试验了以下几种改进钢板弹簧涂装材料及喷涂方式的工艺方案。

(1)方案1

    簧片喷丸→单片簧片手工喷涂聚氨酯双组分底漆(没有前处理工艺)→组装后总成手工喷涂聚氨酯双组分面漆→自干后下线。

    将该工艺用于某军车钢板弹簧的涂装生产,涂层的耐盐雾性能为240h左右。但该工艺只能手工操作(因油漆固化时间短,不适合静电喷涂),涂装效率低,油漆利用率低且质量不稳定。

(2)方案2

    簧片喷丸→单片簧片手工喷涂环氧富锌底漆(没有前处理工艺)→组装后总成静电喷涂聚醇酸树脂面漆→自干后下线。将该工艺用于IVECO军车和出口板簧的涂装生产,产品耐盐雾试验时间为150~300h。但手工喷涂(不适合静电喷涂)底漆的生产效率低下、油漆利用率低,且质量不稳定;同时环氧富锌底漆价格昂贵,钢板弹簧涂装成本比一直采用的涂装工艺成本高出200元/t左右。

(3)方案3

    借鉴国内其他厂家经验。某钢板弹簧厂有1条钢板弹簧总成简易电泳线,采用钢板弹簧总成脱脂→磷化→电泳→低温烘干的涂装工艺。该工艺投资小、生产成本较低,但存在片间不能吸附漆膜、钢板弹簧总成耳孔粘漆等缺陷。耐盐雾时间为90~120h。

3钢板弹簧的电泳涂装工艺

    上述方案在一定程度上能够提高钢板弹簧涂层耐盐雾的性能,但仍达不到整车生产厂新的标准要求。在对国内外汽车零部件行业的先进电泳涂装生产线进行考察之后,开展了多轮工艺试验,确认在钢板弹簧行业采用阴极电泳涂装工艺的条件已经成熟,提出了钢板弹簧采用”单片阴极电泳+总成静电喷漆”的涂装工艺方案,并投资建成了钢板弹簧阴极电泳生产线。按此方案生产的钢板弹簧涂层的耐盐雾性能超过300h。下面简要介绍一下钢板弹簧应用电泳涂装工艺的试验情况。

(1)钢板弹簧单片簧片的阴极电泳涂装工艺流程

    钢板弹簧单片簧片的阴极电泳涂装工艺流程见表1。

(2)钢板弹簧电泳工艺方案的特点

    a.整条电泳涂装线的前处理、电泳及烘干等工序采用连续式悬挂输送链垂直吊挂工件,利用吊挂点与工件中心孔壁接触导电。

    b.前处理采用喷淋式处理,预脱脂槽液和脱脂槽液的加热采用槽内加热的方式,磷化槽液采用槽外板式热交换器加热。

    c.前处理采用多级逆向清洗方式,既提高了清洗质量,又节约用水。

    d.使用低污染的磷化剂或环保型硅烷材料(当时的设计方案是使用前者,但后者成熟后可以无缝切换),通过板框式压滤机对磷化液进行除渣处理。

    e.阴极电泳设备主要由阴极电泳槽、漆液循环搅拌系统、过滤系统、阳极系统及极液槽、极液循环系统、漆液温度调节装置、直流电源及导电系统、超滤系统、电气控制系统等组成。

    f.烘干室由保温室体、送/回风管道、燃气加热系统、废气排气装置及自动控温系统等组成;采用天然气作为能源,烘干室结构为桥式炉。与直通式烘干室相比,减少了烘干室进/出口处的热气外溢。

    g.钢板弹簧表面经喷丸除锈,所以前处理未采用酸洗工艺。电泳涂装线产生的废水(主要为碱性脱脂废水和酸性磷化废水)排放至废水收集池,经污水处理站处理后达标排放。

(3)电泳涂膜的加热固化对钢板弹簧喷丸后残余应力和疲劳寿命的潜在影响

从表1看出,电泳漆膜的加热固化温度为160~170℃,时间为30min。这个过程可能会对钢板弹簧喷丸后的残余应力造成不好的影响,进而缩短钢板弹簧的台架疲劳寿命及实际使用寿命。在生产线上随机抽取了8片喷丸后的钢板弹簧,其中的4片只喷丸不涂漆,另外4片经过电泳、烘烤固化(温度为190℃,时间为30min),然后在富奥辽宁汽车弹簧有限公司用X350应力检测仪进行了残余应力测定(表2)。试验结果表明,两种情况的残余应力值偏差不超过5%,小于允许的测试波动差(±13MPa),证明电泳漆的加热固化对钢板弹簧喷丸后的残余应力没有显著影响。另外,还对电泳涂装钢板弹簧与静电涂装钢板弹簧进行了台架疲劳寿命对比试验。结果表明,电泳涂装产品的台架疲劳寿命比原来静电喷涂产品的台架疲劳寿命略高(一般高5%~10%)。

a.增加中涂层可以极大地改善面漆涂层的桔皮。

b.有中涂层的车身外观,除整车桔皮感变小外,整车的油漆丰满度也更好。

c.中涂层明显提高了整车的光泽度。

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4结论

钢板弹簧阴极电泳线已投产半年(目前主要应用于高端产品),运转状况良好,在钢板弹簧耐盐雾能力、生产成本和环境保护等方面均取得了满意的效果,推广应用前景广阔。

a.大幅度提升了钢板弹簧的防腐能力,电泳涂层厚度为22~26μm,耐盐雾性能超过300h。

b.电泳工艺虽然增加了动力和烘烤成本,但电泳漆的价格和常规静电漆相近,且涂料利用率达到95%以上,使油漆成本大幅下降,所以总成本增长不大。

c.根据钢板弹簧工艺特性,省去酸洗工序,采用环保型磷化液,同时配合以废水处理措施,顺利解决了电泳的污染问题。


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