铝型材粉末喷涂生产线工艺及设备设计

铝型材粉末喷涂生产线工艺及设备 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 铝型材粉末喷涂生产线 工艺及设备设计 魏恒远 ( )中美合资南京震晨涂装设备有限公司 ,江苏 南京 210029 摘要 :近年来铝型材粉末喷涂工艺发展迅速 。介绍铝型材 粉末喷涂生产线的总体方案设计 ,对两种前处理工艺 、喷粉系 统 、回收系统 、固化烘道 、脱水烘干烘道 、悬挂输送系统的工艺 及设备作了详细介绍 。 关键词 :铝型材 ;粉末喷涂 ;涂装工艺及装备 ;设计 式 。本文主要讨论水平吊挂式生产线方案。 2 . 2 前处理设备的确定概 述 1 前处理设备可采取两种方,一种是槽浸式 式,其特点 是 铝型材 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面处理的传统常规工艺是阳极氧化和电解 着占地面积小, 设备投资额 低, 缺点是需增加一 人次 工 转 挂 。 色 。其色泽比较单调,耐蚀性和 耐候性均不能满足室外装饰 另一种方式是悬挂输送式和脱水烘干炉 、喷粉系 、固化系统 需要 。近年来, 铝型材表面采用静电粉 末喷涂 发工 展 艺 迅 统连为一体,连续自动运 行,一次上 件 、下件,不需 人工2 次 速 。自英国197 6年率先研究采用粉末 喷涂工艺,至今始 国 转挂, 其缺点是设备相当长,5 工位到 8 工位的配置设备长度 在际上采用静电粉末喷涂工艺作为铝型材表面精饰的 产品已 占总产量的60 %左右 。国内8 0 年代末至今,先后从 60,90 m 这就需要有较大长度的厂房, 。处理效果上讲两 国外全 套引进了 4,5 条静电粉末喷涂生产 。线我公司近几 者均差不多,所以推荐采用槽浸式 。年也先 后为国内数家铝型材生产厂家设计制造了几条生产 2 . 3 生产工艺参数的确定线 ,从发 展趋势看,粉末涂层铝型材发 展前景广 。本文主阔 2 . 3 . 1 输送链运行速度要介绍铝 型材粉末喷涂生产线的工艺与设备总体设计中的一 ( ) 些问题 。 v = m / w n?+ L / L1 式中 v —悬链设计速度, m/ min; m —每分钟产量, kg / min; 2 生产线总体方案设计 w —铝型材每米质量, kg / m; 2 . 1 吊挂方式的确定 n —每一挂具所挂工件数量, 件; 铝型材一般每根长6 m ,总体设计时首先要选定采用水 L —两挂工件之间距, 一般取 0 . 3,0 . 5 m ;1 平吊挂还是垂直吊挂 。垂直吊挂优点是设备占地面积,但 小 L —铝型材长度, 一般为 6 m 。 设备高度一般可达8 m 多 ,这就要求厂房梁下净高度必须在 2 . 3 . 2 每一挂具所挂工件组合高度 8 . 5,9 . 0 m以上, 且设备的设计 、制造 、安装 、调试难度很大; h = h×n + ( n - 1) a 1 静电自动喷粉枪上下行程必须达6 . 5到 m ,固化烘道的温度 式中 h —每一挂具工件组合高度, mm; 不易上下均匀一致 ,上下工件必须采用特殊的方,设备式 维 h—每一铝型材高度, mm ; 1 修工作量相应增,加且不安 全 。水平双点吊挂,因工 件长且 n —每一挂具所挂工件根数; 要水平转弯 ,所以生产线占地面积,但设备高度大大大 降, 低 a —每2 根铝型材之间净间距, mm 。 由于每分钟生产厂房净高度5 m 左右足矣 。设备的设 计、施工 、操作维修均 量已定 ,所以, 每一挂具所挂工件数 量 按常规方式 ,比较简单易行 。目前引进的国外生产线除一条 的多少直接影响悬挂输送链的运行速, 也影响设备的度 长 为垂直吊挂外 ,其余均为双点水平吊挂方 。我公司承揽式 的短 、高低 。如每挂工件数量,则组合高度多 高,设备高度相 应 几条生产线除一条为垂直吊挂, 其余也均为水平吊挂外 方增高, 而输送运行速度降, 设备长度相应缩低 ; 短反 之 , 每 新型建筑材料 3/ 2000 2?9 ? 装饰装修材料 表 2 9 工位铝型材标准前处理工艺 挂工件数量少,则组合高度尺寸 降,设备高度相应降低 ,低输 时间 产品 温度 含量 送链运行速度增加,设备长度 相应增 。加由于各种铝型材形 工序 p H 值 设备材料 ( )? 特点 ( )( )min g/ l 状各异 ,质量不等,考 虑到外表面的粉末喷涂效,2 根铝果 型 脱脂 55,65 5,7 弱碱性 10,11 钢 A3 20 材之间的净间距也要视具体情况而,一般定 a 可取7 0,170 水洗 ,2 自来水 中性 — A3 钢 1R T mm 如断面形状复杂, 、喷涂面较多的,净间距可取较大 ,值断 碱洗 40,50 2,3 ,50 A3 钢 40NaO H 14 面简单 、喷涂面较少的可取较小值 。一般组合高h 应度 水洗 ,2 自来水 中性 — A3 钢 1R T 在 酸洗 ,2 硝酸 ,300 PVC 塑料 1100R T < 1 1500,2500 mm输送链运行速度 ,0在 . 5 ,1 . 5 m/ min较 为 水洗 ,2 自来水 中性 — PVC 塑料 1R T 经济 、实用 。据此,先确定每挂工件数 ,然后再核算组合量 高 铬酸盐 + 2 . 0, 成膜 35,45 2,4 PVC 塑料 度 、输送链运行速度是否合理 、适中,最终确定组合高度 h 数 50 磷酸盐 2 . 5 值作为设计依据 。 水洗 ,2 自来水 中性 — A3 钢 1R T 2 . 3 . 3 吊具高度的选择 吊具高度是指输送链轨道顶部 水洗 ,2 自来水 中性 — 不锈钢或 A3 钢 1R T 至工件上沿的距离 ,一般 脱脂后的水洗功能主要是将工件表面的残液清洗干, 净 为 700,1000 mm 。3 生产线工艺及设备设计 水洗槽应保持一定的速度不断溢流漂,以确保水质不被洗 污 染 。 3 . 1 前处理工艺方案设计 第 3 道碱洗是加入Na O H ,p H 值为1 4 ,主要作用是去除3 . 1 . 1 6 工位表面处理工艺 表面几乎没有氧化膜且油 铝型材表面的氧化,膜随后还有一道漂流水洗工 ,功能艺 与 较少的铝型材 ,可采用6 工位 上道水洗工艺一样 。 简化工艺,具体工艺参数见表 1 。 表 1 6 工位铝型材标准前处理工艺 在铝型材经过碱洗去除氧化膜,可能形后 成灰色表, 面 时间 产品 温度 含量 所以必须增加第5 道酸洗工艺 ,主要功能是除 、灰出光,以 利 工序 p H 值 设备材料 ( )? 特点 ( )( )min g/ l 于下道成膜工艺 。采用4 0 %的硝酸清洗, p H 值小于1 ,槽 脱脂 55,65 5,7 弱碱性 10,11 钢 A3 20 体 水洗 ,2 自来水 中性 — A3 钢 1R T 材料一定要采用耐酸防腐材,如内料 衬P VC塑料 板, 内贴防 水洗 ,2 自来水 中性 — A3 钢 1R T 腐玻璃钢材料 ,或采用1 Cr18Ni T9i 不锈钢材料 等。同样在 铬酸盐 + 2 . 0, 随后的水洗工艺中槽体各部分也必须采用同样耐酸防腐材 转化膜 35,45 2,4 PVC 塑料 50 磷酸盐 2 . 5 料 ,并不断溢流漂洗,以免影响下道成膜质量 。 前处理工艺 水洗 ,2 自来水 中性 — A3 钢 1R T 中最关键的是第 7 道成膜工艺,它是在工 件 水洗 ,2 自来水 中性 — 不锈钢或 A3 钢 1R T 表面生成一道转化膜作为表面粉末涂层和基材的结合,一 体 般是采用铬酸盐加磷酸盐,铝型材 经处理后在表面产生一层 在此工艺中,脱脂主要是清 除工件表面的油 、污垢腻等 。 薄薄的均匀白色或迎光可见微淡蓝色的微孔状的涂,p 层H 成膜一般采用非结晶铬酸盐或非结晶磷酸,以求在铝型盐 材 值控制在2 . 0,2 . 5 ,槽液温度为35 ,45 ?,烘干温度一般为 表面形成一层转化膜 ,以提高工件的耐腐蚀性能和粉末涂层 110,120 ?,最高不能超过13 0 ?。它的排放废水中含有害 与基材的结合性能 。 6 + 的 Cr,但含量很低,平常 可不予考,虑但设备维修更换 槽 3 . 1 . 2 9 工位标准前处理工艺 液或泄漏时,必须进 行处理, 通常可 用F eSO、NaSO等还 表面油污较重且有氧化膜的铝,推荐采型材 用9 工位标 4 2 3 3 + 原处理至C r,然后中和 、沉淀处理 。 准前处理工艺 ,如表2 所示 。 成膜后的2 道水洗仍须采取溢流漂,尤其是最后一洗 道 () 一般脱脂剂是由多种金属如多聚盐 磷酸盐、乳化剂 、 渗透剂 、扩散剂及络合剂等组成,具有优良的软化水的功 , 能 水洗 ,最好采用去离子水,以免将杂质附着在转化膜上洗 而而且对动物油 、植物 、矿物油及各类脂都具有良好的清油洗 影响质量 。效果 。但在使用过程,中有的会产生一定的泡 ,因沫此必 要 3 . 2 前处理设备设计 时应加入一定的消泡,生产过程中应注意温度不能过剂 ,高 按照前处理工艺流程,9 个槽体按宽度方向并行排列 ,槽 如高于85 ?,表面活性剂即会发生分离,影响脱脂效果 。 体可用4 ,6 mm厚 A3 钢板, 外部四周加槽 、钢角钢等型材 焊接制成框架式结构,其中酸洗 、水洗 、成膜3 槽内衬防腐玻 NEW BUILD I NG MA TERIAL S 3?0 ? 装饰装修材料 璃钢或U PVC塑料板 ,以增加耐腐蚀性能 。加热系统可采 用需各增加1 个人工手动补喷工位,以保证铝型材表面喷涂 质 - 7 蒸汽间接加热,不锈钢波纹板式换热器可内置在槽内两 , 侧量 。 对辅助用压缩空气须严格控制含油量小10 ,于含 水 3 以提高换 热 效 率 。加 热 槽 外 表 面 加 50 mm 厚 的 岩 棉 保 量小于1 . 3 g/ m,否则将使粉末湿度增,喷涂表面加 形成厚 温 层 ,每个槽体均增加水泵循环系,即将槽液抽出来通过统 薄不均 、麻点 、针孔 、漏底 、桔皮状等缺陷,影响最终的表面 质 3 水 泵再输送到水槽的另一端 量,让槽液不断循环流,以增强动 。一般每把枪压缩空气耗量约 0 . 18为,0 . 23 m/ min 压, 工 力约0 . 4,0 . 6 M Pa 。国产枪和进口枪价格相2 . 2差, 3 . 1 件的清洗效果,缩短处理时间 为。防止药液 产生的酸雾 、倍 。进口枪质量较,好但维修更换零件不方 ,国产便 枪质量 碱雾对车间及设备产生腐蚀 , 近年来虽有很大提高 ,但不稳定,维修零配件供应则较方便 。 在脱脂 、碱洗 、酸洗 、成膜工位一定要设置槽边抽风此,外将系 统液 ,还应配置自动闭路循环供粉系,即统将过喷的 粉 末经 面溢出的废气抽出去 ,送到废气处理系统进行酸碱中、 和 回收系统回收后 ,自动进行过筛,去除杂 质,然后输送 到 过滤 、吸附后再排放 。 自动喷粉系统中,操作者只需 定时添加消耗的粉末即 。如可 前处理的工艺参数及产量可按最长的工位处理时间只是人工喷涂计 ,此套自动闭路 循环供粉系统可不配 。两置侧 算 。9 工位工艺中最长的是脱脂,处理时间段 为7 min, 加上 自动枪应错开一定位置放,以免无工件通过置 2时 面对 喷, 1 min 的滴水时间,一个周期为 8 min 。根据各种铝型材的质根 据喷枪数量的多少,两侧升降器的中心间距取 0 . 8, 1 . 4 m 量 ,即可确定装工件网篮的尺,进而确定槽体尺寸 寸 。一般为宜 , 手动补喷口位置也同样如此 。 槽体长度为 6 . 6,7 . 0 m ,高度为1 . 0,1 . 2 m ,以方便操作, 3 . 3 . 2 喷粉室及回收系统的设计及设备配置 喷粉室 宽度则根据网篮尺寸加40上0, 600 mm对需加热的槽 ,,体 及回收系统的设计 、配置也是影响喷涂效果及 最 每边宽度再增加100 ,150 mm即可 。 槽体与槽体之间的间终表面质量的一个因素 。由于铝型材不,宽喷粉室的宽度 可 距按 700,1200 mm布 置, 设槽边 取 1 . 2,1 . 5 m ,主段长度可取5 . 5,6 . 0 m ,进出口各加50 0 抽风系统的槽体两侧间距须大些,不设槽边抽风的槽体间 距, 600 mm的屏蔽段 ,以防粉末外溢 ,组合高 度上下各距顶板 ( ) 可小些 ,槽体上方设置1 电动葫 芦 或 2 个电动葫芦联和动底板, 350,400 mm工件进出口尺寸按 ,工件断面宽度和 组 手工操作工件网篮上下 、前后运行,按工艺顺序完成每 合高度四周各放10 0 mm间隙 ,进出口及各操作口断面风速 一处 按 0 . 3,0 . 7 m/ s计算 。 理工序直至下 。件如技改资金充, 裕也可采用 电 动 自 行 小 粉末回收系统按传统配置都是由旋风分离器加布袋式 车 ,由 PL C 编程控制 。 除尘器组成 2 级回收装置 。喷粉室里过喷的粉,在旋风末 分 离器里以 当槽体宽度小于80 0 mm时 ,可设计成单侧槽边抽风系 16,21 m/s 的高速旋转,粉 末在离心力的作用 下统 ,800 , 1200 mm时 , 应 设 计 成 双 侧 槽 边 抽 风 系 统 , 大 于 被甩向筒壁,沿 着锥形筒壁落到锥底的集粉筒,剩余少内 量 1200 mm时 ,可设计成吹吸式槽边抽风 。系抽风罩的形统式的细粉末 ,沿着锥形筒中间的引风管随着螺旋上升气流被抽 有条缝式 、倒置式 、平口式3 种 。条缝式槽边抽风罩缝口速 到第 2 级布袋除尘器内,经过布袋的过 滤,粉末被滞留在 外 度大 ,抽风量小;倒置式抽风罩虽 然抽风量较,但结构较小 复 部 ,过滤后的洁净气体被抽风机,抽可直接排放在车间出 , 内 杂 ,且占用槽子的一部分工作面; 平口式槽边抽风罩高积 度 回收效率可达95 %,98 % 。但布袋过滤器使用时间一长,外 低 ,抽风量可调节,使其在槽体长 度方向均匀一,外形造致 型 部滞留粉末增加,靠机械振打效 果不理,将使阻力增想 加,抽 美观 ,但抽风量较 大。设计时, 抽风口的风速 按7 , 10 m/ s 选择, 材料全部采用U PVC塑料板制 造,风机也要采用塑 料 风量降低,粉末回收效果下降 ,可能造成喷粉室内粉末外 。 溢风机或玻璃钢风机以耐腐蚀 。 现在比较先进的设备是由多管小旋风加脉冲反吹滤 3 . 3 喷粉及回收系统设计及设备配置芯除尘 器组成的2 级回收装置 。根据抽风量的多,小旋少 3 . 3 . 1 喷粉系统的设计与配置 一般每把高压静电喷粉风及滤芯 由 6,9 个组成,滤芯 材质为聚苯乙烯或羊皮,上纸 2 枪每分钟可喷涂 1 . 0,1 . 5 m, 部设置 6 以年产300 0t 为例, 工件运行速度1 . 1 m/ min组合高度为 ,2 ,9 个气动脉冲反吹阀,由脉冲控制仪控制调节 ,可依次顺序 2 m ,单面须喷涂面积2 . 2 m,则每一面须采用2 把自动喷 粉 打开 ,对滤芯进行反 吹。在抽风机正常工作,脉冲时 阀瞬间 枪 ,安装在升降器上,自动上下喷涂 ,升降器上下行程须分 别 可产生 0 . 7 M Pa 以上的压力,喷射速度可 达12,20 m/ s,以 大于工件组合高度各 100 mm 。由于铝型材形状复杂各, 异 将吸附在滤芯外表的粉末清除掉,脉冲频率及周期均可在 一 自动喷粉枪只能完成两侧面表面,有些弯喷涂 曲 、沟槽 、死角 定范围内调节 ,且并不影响回收系统正常工,回收使用作 效 的地方须加手动喷粉枪人工完成补喷工 。所以序,每一侧 面 果较好,但价格较高 。 新型建筑材料 3/ 2000 3?1 ? 装饰装修材料 () ( )3. 4 固化烘道 、脱水烘干烘道的设计 定的时间内 通常为4 0,50 mi n升到设定温 度如 180 ? 固化烘道的设计3. 4. 1 所需的电功率或热,值和正常工作时炉内每小时固化工件 所 国内目前常用的聚 、环酯氧 —聚酯及环氧粉,固化末 时 需的电功率或热值 2 种方式进行计算 、比,最后取数值较 大 的为准 。在计算中,要考虑工件本 身 、烘道内壁 、悬挂输送链 间为1 5,20 mi n ,固化温度为18 0 ?左右 。 由于铝型材长度 一般为 等吸收的热量和烘道外壁 、工件进出口处6 m ,如做成高架桥式烘,2道 过 、废气排放口等处 渡段会相当长,使总长 度 、总高度大大增,加厂房长 度、高 度散发的热量 。在进行初步总体设计,可先按烘道内腔容时 积 3 4. 0,4. 5 k W/ m进行初步估算。 也相应增大,很不经 济,所以一般只做成普通直通式烘 。考道 脱水烘干烘道的设计 3. 4. 2 虑到炉内温度为18 0 ?,两端口溢热量很,大所 以 ,进出口要 脱水烘干烘道在工艺设计时2 种处理方有 式,一种是 将 分别增加 2,3 m 的过渡段,并分别设计风幕以隔 。风热幕的 其做成长槽形,顶部采用电动 保温,板并列放置在前处理 最 设计形式有 2 种 ,一种是吹吸式,另 一种是双吹双吸。式吹 吸 式主要用于工件宽度不大400于 m m 的情况下,效果较 后一道工序好, 后 ,网篮里的铝型材经前处理后吊入烘箱,电 内 400,600 m m 时可采用后一种方 。式无论哪一种方,式须 注 动门自动关上,按工艺制 度进行烘,烘干后下干 件 。此种结构 意 2 点 :一是吹风口风速应1在0, 20 m / s 以内; 二是吹风宜采用电加热或燃油口 加热热风循环方式 ,以保证所有工件都 和吸风口角度可调 ,缝口宽度可调,以便现场调试 时,根据能吸收充分的热 实 量 ,使均匀烘干; 另一种方式就是做成直 通 际调节到最佳隔热效果状态 烘道形式 ,对于进口过渡,段以 3 m 左右 ,因烘干温度低,保温 层10 0 m m 厚即可, 由于时间 为宜, 风幕风速应控制1在0, 12 m / s ,以防粉末吹落,出口短 过 ,温度低,对工件表面要求不 ,只高要烘干水分就 ,行通 常 采用远红外辐射加热风循环混合即。可 渡段可取2 . 0,2. 5 m ,风幕风速应控制1在5, 20 m / s ,以最 3. 5 悬挂输送系统的设计大限度隔热,此时粉末已经固 ,化不会吹 落 。 固化烘道的宽度和高度应根据具体采用的加热方式铝型材悬挂输送系统与一来 般涂装生产线的设计原理相 确定 。如采用远红外辐射加热风循环混,则内壁距工件合 外同 ,但另有其特殊之 。处 表面单边距离以35 0 m m 左右为宜;如采用电加热或燃油 加( ) 1由于型材很长,上 下 、水平转弯需要足够的过渡长 热热风循环,则应 取50 0,600 m m 为宜; 如采用上送 风、上回度 ,所以, 最好全条输送线在一个水平,不要上下爬高度 行, 风 ,则内腔高度以吊具高度加上工件组合高度再加400 上以减少水平投影长 ; 度且水平 转弯尽量,少以减小厂房的 宽 m m 左右为宜,如采用下送 、风上回风,则以吊具高度加 工件度和长度 。 组合高度再加60上0 , 800 m m 为宜 。固化烘道的保温层为( ) 2悬挂链单点吊重50 k即可 。双点吊挂吊具间距要适 g 中 150 m m 厚的岩棉,内壁可采用进口的渗铝板或国产的镀 铝,间距过大将与转弯处 的立柱相干,迫使悬臂吊梁过涉 , 长 板 、镀锌板,外壁 采用普通的A 3 冷轧板即可 。渗铝板 、镀铝板 增加不稳定性;吊具间距 过小,转弯 时, 铝型材前后伸出距离 由于其黑度低,自身吸收热量 很,少而把大部分热量反射 回过长 ,占用输送链外沿沿线的有效空 。吊具间距定间为3. 5 , 3. 7 m 最为适中 。去 ,所以 ,其保温性能优于镀锌板或其它材,为内壁首选料 材 ( ) 3水平转弯半径以1 m 左右为宜 。2 水平转弯中心的直 料 。 线距离应大于 2 吊点间距,即大 于3 . 5 m ,不考虑设备本身宽 固化烘道的加热方式多种多,有远红外辐射加热风样 循 度因素 ,最小取3 . 7 m ,这样就能确保6 m 长的铝型材能顺 环混合 、电加热热风循 、环燃油燃气加热,其性能各 异。远 红 利地水平转弯而不受任何影响 。 外辐射加热风循环混,升温合 快,热效 率高,对于不 高、较 窄 ( ) 4张紧装置位置的排,有放 2 种方法: 一种是将张紧装 置设计在下件和上件的中间处 ,此处无工件通过,张紧装 置 的板件,温度易保持均 匀。但较宽 、较高, 形状复杂的工件,则 采用标准常规的即可 ,弯曲半径R = 600 m m 或 800 m m 都 工件表面吸热量不,易产生色均 差 。而采用电加 热、燃油、 燃 可以 ; 另一种是设计在端, 将头 2 水平转弯及直线连接段全 气加热,则不存在这些问 题 。电加热简便易,操作维修行 方 部做为张紧装置 ,采用双点重锤张,紧这样工件可通过张 紧 便 ,对于用电受到限,制电价高的地 方,则采用燃油间接加 热 区域 ,但支撑骨架结构庞大且复,建议尽量不要采杂 。用 较方便 ,但一次性投资较,高且维修工作量 大,还有安全性 能 收稿日期 : 1999 - 05 - 31 联系地址 :南京凤凰西街 14 号 不如电加热 。采用天然气 、石油液化 气、管道煤气加热可采用 联系电话 : 025 - 6507014 直接加热方式 ,热效率更高,但其安全性尤需重 ,目前运视 用 尚不广泛 。 固化烘道所需消耗的电功率或热值计,可按空炉在算 规 NEW BUILD I NG MA TERIAL S ?32 ?