工程机械结构件涂装成本控制

工程机械结构件涂装成本控制

复旦大学：王坤发顾广新

佐敦涂料有限公司：方瑶婧

徐工集团科技分公司：王帅寇向阳赵宏

【摘要】以某工程机械结构件涂装线为例，围绕涂装材料和涂装工艺进行涂装成本控制的分析。通过选择合适的钢丸、和原子灰、并且对喷涂方式、喷涂顺序进行优化，提高了涂层质量和喷涂效率，并使涂料利用率提升了23%。对烘烤温度及强冷工艺进行优化，减少了涂装的能耗，使每台车天然气费用降低了78元，大大降低了工程机械结构件的涂装生产成本。

【关键词】涂装材料；喷涂方式；喷涂顺序；涂装成本

随着我国工程机械的迅猛发展，其涂装质量也得到了很大提高。工程机械结构件的涂装一般都在主机厂完成，近年来不少主机厂纷纷取消对结构件的地摊式喷涂，先后建立了大型的涂装线，使涂装质量得打很大的改善。同时随着产量不断增加，涂装的每个工位节拍也越来越快。

大型涂装线的建立，不进设备投入巨大，而且运行成本也相应增加，如喷漆房的送排风及空调系统、循环水的能耗、烘房的能耗、强冷的能耗，这些分摊到涂装成本上占相当一部分比例。目前，工程机械的竞争越来越激烈，不仅存在质量上的竞争，更多的是价格上的竞争。因此，在不降低产品质量的基础上，如何降低生产成本，成为主机厂迫切需要解决的问题。对于结构件的涂装，涉及到降低涂装成本方面的因素很多。例如，涂装设备方面采用集中供漆系统，减少油漆的浪费；采用保温性能好的，减少能耗。本研究以某厂的结构涂装线为例，围绕涂装材料的利用率，降低运行能耗，达到降低涂装生产成本，提高产品市场竞争力的目标。

该厂结构件涂装工艺如下：

除油→屏蔽→上件→抛丸→清理→喷涂底漆→流平→底漆烘干→强冷→刮原子灰→原子灰烘干→强冷→检查/打磨→清理→喷涂面漆→流平→面漆烘干→强冷→去屏蔽→找补→下件。

其中生产节拍设计为6min，底漆喷涂和面漆喷涂为2个工位，底漆烘干、原子灰烘干、面漆烘干为5个工位，其余各为1个工位。

1、涂装材料的选择

1.1涂料的选择

工程机械结构件的涂装大多采用一底一面的涂层体系，所选用的涂料一般是环氧底漆和聚氨酯面漆，不考虑原子灰层的厚度，其涂层厚度在100µm左右，为了保证结构件的防腐性能，底漆的干膜厚度至少大于40µm.为了降低生产成本，工程机械涂料在选择时应着重考察以下5点要求：

1)选择高固体含量、低黏度的涂料。涂料固体含量高，在规定的膜厚下可以减少喷涂道数，提高涂装效率，节约人工成本。涂料黏度低，可以减少稀释剂的用量，降低VCO的排放及原材料成本。

2)涂料固化温度低，干燥速度快。固化温度低，可以降低烘房的烘烤温度，大大节省能量。干燥速度快，减少烘烤时间，提高生产效率。

3)涂料的抗流挂行能好。为了提高涂装效率和上漆率，涂装线一般不选用空气喷枪，而是需用流量大的混气喷枪或无气喷枪。这样每道喷涂的湿膜厚度大大提高，因此要求涂料的抗流挂性能要好。否则只能通过减少喷嘴口径和提高走枪速度来降低湿膜厚度，这样在规定

的膜厚要求下，喷涂道数相应增加。

4)涂料的流平性能好。涂料的流平和流挂是一对矛盾体，但对于工程机械涂料，必须掌握好这两者的平衡。为了提高涂装效率，降低涂装成本，工程机械涂装采用一底一面的涂装工艺，省去了中涂，但是工程机械对外观质量也有较高要求。由于结构件采用抛丸前处理工艺，钢铁存在一定的粗糙度，因此要求底漆具有较好的流平性，在一定程度上能掩盖钢材的粗糙表面，否则仅靠面漆的流平较难达到较好的表面效果。

5)底漆防腐性能好。工程机械对防腐的要求越来越高，因此其涂装采用防腐涂层体系。涂层的防腐寿命与选用的涂料和涂层的厚度有关。一般来说，涂料防腐效果差，只能通过提高涂层的厚度来保证同等防腐寿命，而涂料的防腐性能好。可以适当降低涂层厚度，特别是底漆厚度。

通过对8家涂料生产厂家的涂料进行性能测试，最后选择出2家符合表1性能要求的涂料。从现场使用情况来看，2道喷涂即达到规定膜厚，干燥速度快，不流挂，而且能很好地遮盖底材的缺陷，涂层耐腐蚀性能好，满足工程机械5a不锈钢及外观的相应要求。

表1工程机械底漆性能

项目技术指标检测方法固体分/%≥65GB/T1725-2007烘烤干燥(1)(65℃)/min≤30GB/T 1728-1979流过性能/µm≥150GB/T9264-1988流平性能/级≥7JB/T3998-1999耐盐雾性480h，划痕处单侧锈蚀宽度≤2mm,不起泡，不生锈GB/T1771-2007注：(1)--烘烤干燥时间在4min 钢板上测试。

1.2钢丸的选择

工程机械结构件大多采用热轧钢板焊接而

成，工件表面普遍存在着氧化皮和锈蚀，在喷涂涂料前采用抛丸工艺进行表面处理。工程机械结构件经过抛丸表面处理后，一般要求表面除锈等级达到Sa2.5级。并形成粗糙表面。抛丸中钢丸的选择与工件的清理效率、工件除锈等级、表面粗糙度、抛丸清理成本等息息相关。钢丸选择和利时，不但抛丸清理效果好、效率高，而且钢丸损耗小、循环使用寿命长、清理费用低。钢丸颗粒大小决定了抛丸清理效率和表面粗糙度[1]。

小粒径钢丸的清理效率高于大粒径钢丸。当钢丸的质量相同时，小粒径钢丸的颗粒数要多于大粒径钢丸的颗粒数，则小粒径钢丸的覆盖率高，清理效率高；另外，钢丸粒径越大越难在短时间内提升到很高的运动速[2]，也会导致清理效率降低。但是在相同的抛射速度下，钢丸粒径太小，其冲击力也小，容易造成工件表面的锈蚀清理不彻底，因此钢丸粒径也不宜太小。

钢丸的选择还需兼顾表面粗糙度的要求。表面粗糙度的存在增大了漆膜与底材接触的表面积，从而增加了涂层与金属表面的范德华引力，同时漆膜与底材表面产生机械咬合作用，进一步提高了漆膜的附着力[3]。一定的粗糙度与所需要用来填平表面轮廓的涂料用量是基本一致的，通常这个数值被称为“绝对值”[4]。表2是钢丸粒径与表面粗糙度和绝对值的关系。

表2钢丸粒径与粗糙度和绝对值的关系

项目钢丸粒径/mm0.60.81.0表面粗糙度/µm405570绝对值/(L.m-2)0.0270.0370.047从表2可知，钢丸粒度越大，所处理工件的表面粗糙度越大，达到规定膜的涂料用量增加。另外，工件表面粗糙度太大，在钢材表面的峰点处，涂料不能完全遮盖住底材或者该处漆膜厚度太薄，则会导致钢材表面产生点锈现象。为了满足防腐要求，只能增加漆膜厚度，从而造成涂料用量增加。

对于防腐涂层来讲，漆膜的厚度一般要求大于粗糙度的3倍，而目前工程机械的涂层普遍控制在100µm左右，因此最佳的粗糙度在30µm左右。但是选用0.6mm以下的钢丸在规定的时间内对锈蚀清理不彻底，而选用1.0mm钢丸，由于表面粗糙度过大，复合涂层盐雾