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陰極電泳塗裝設備的改進及工藝維護


陰極電泳塗裝具有很多優點,如塗膜均勻、密著性強,可簡化或取消常規電鍍流程,降低生產成本、縮短作業時間,提高生產率,並可實現自動化大生產;泳透力好,塗膜的耐腐蝕性好;塗層色彩鮮豔,采用不同的顏料及配比,可以得到各種顏色的塗層;塗膜的外觀好,烘幹時有較好的展平性及延展性;采用閉路循環超濾裝置及超濾液淨化器,塗料的使用率可達98%以上;尤其是漆液中不含有毒及重金屬離子,排放水幾乎不需處理,有利於環境保護,是低公害塗裝最新方法之一。

    鑒於以上優點,陰極電泳塗裝在國內外金屬表麵處理領域中得到迅速發展,國內中小型手動式陰極電泳漆生產線不斷上馬。 然而,有些廠家由於缺乏技術管理經驗,不能形成連續、大批量、穩定的生產。筆者總結了從業近6年來的工作經驗,供讀者參考。

 設備 掛具

    目前,手動式陰極電泳漆生產線加工的產品主要為漁具、自行車、摩托車和各種日用小五金配件等,產品特點為:工件數量大、表麵積小。實踐表明,在電泳塗裝過程中,掛具設計和製造至關重要,直接影響生產效率。電泳塗裝掛具在設計、製造及使用時應注意以下幾點。

 掛具與工件的電接觸

    掛具經電泳塗漆處理,其掛鉤因覆蓋電泳漆而絕緣。陰極電泳工藝使用高電壓、低電流。實踐表明,工件與掛鉤之間隻要有“針尖”大小的接觸點就能滿足導電的要求。目前有些廠家直接把工件懸掛在掛具上,生產時工件來回晃動易碰撞,而且每次電泳後需進行掛具退漆處理,成本增加,生產效率不高,研究確定掛鉤部分采用彈簧鋼絲製造,掛鉤的形狀根據產品類型靈活選擇,一股采用三點或四點接觸形式,掛鉤的尖部在下料時最好保持45°斜角,掛件時把工件來回轉動一下,使掛鉤尖部的電泳漆層被劃破,這樣就能避免掛具退漆處理,保證工件充分導電,降低了成本,提高了生產效率。

 掛鉤的固定

    目前,有些廠家采用銅焊或錫焊的方式組裝掛具,存在以下缺陷:①銅的熔點為1083℃,采用銅焊時,彈簧掛鉤退火,失去了彈性,不能滿足生產要求;②陰極電泳漆的烘幹溫度一般都在160℃以上,錫加熱至160℃即變成脆錫,很容易粉碎,采用錫焊接的掛具,工作一段時間後,掛鉤就會脫落。

    我廠采用機械裝配的方法組裝掛具,連續使用3年多,無一損壞,降低了生產成本,提高了生產效率。

 掛具的清洗

    對於形狀複雜及有盲孔的工件,為使盲孔內的溶液空淨回收,掛具上下都設有提手,正反兩次清洗,不但能徹底洗淨工件,而且能除去粘附在漆膜表麵的浮漆,杜絕漆膜出現花臉現象。

 超濾裝置  原理與組成

    超濾是一種壓力驅動的膜分離過程,采用特定的多孔隔膜分離方法。在施加壓力下,有機溶劑、水、無機離子等及分子質量相對低的溶質透過超濾膜,而槽液中懸浮的顏料和高分子樹脂無法透過超濾膜,全部流回電泳槽中。

    超濾裝置一般由預濾器、超濾器、磁力驅動泵和清洗貯液槽組成。

 作用

    超濾裝置是電泳塗裝的主要設備之一,它的性能及使用直接影響電泳塗裝質量及生產成本,其作用如下:

①穩定槽液,提高漆膜質量

    雜質離子的存在對漆液的電沉積特性、穩定性及漆膜質量產生極壞的影響,但在連續生產中,漆液不可避免地要帶入雜質離子。因此,必須嚴格控製其含量在一定的範圍之內。電泳槽液中的雜質離子、有機溶劑、小分子樹脂等可以通過超濾液的排放來控製,從而保證生產穩定連續地進行。

②回收電泳塗料,節約大量衝洗水

    使用超濾裝置,實現電泳後的“封閉回路”水洗方式,利用超濾液充分洗滌除去粘附在被塗物上的電泳塗料,再配合使用超濾液淨化器,塗料回收利用率可達98%以上,節約電泳塗料,減少汙水處理量及費用,有利於環境保護。而不使用超濾裝置,其電泳塗料使用效率僅為70%~80%

 超濾裝置設計、製造、使用的注意事項

①分別設計超濾係統、循環係統和反衝洗係統,並且3個係統都應能獨立操作,這樣可以形成連續化的大生產。

②管道製造必須封嚴,完全杜絕滲漏的不良現象。

③嚴格按照使用說明書操作,避免超濾膜壓力過大而破裂、失效,或反衝洗時因反衝洗液濃度太高而損壞超濾膜,停用時要及時作係統滅菌處理。

 使用現狀

    目前,有些中小型廠家考慮到設備的投資費用,在生產中省去了超濾裝置,剛開始時還能維持生產,但隨著雜質離子在溶液中的積累,電泳漆液的穩定性遭到破壞,造成各種漆膜弊病,漆液不能繼續使用,不得不報廢,既影響生產又造成極大浪費。

    筆者曾經走訪了幾個廠家,均發現他們存在以上問題。凱時優質運營商根據各廠家的實際情況對陰極電泳漆生產線作了整改,效果顯著,提高了電泳塗漆質量,降低了生產成本,一套超濾裝置的設備費用不到半年時間就收回,得到廠家的一致認可和好評。

 烘幹設備

    烘幹設備是電泳塗裝工藝中主要設備之一,它的好壞直接影響塗膜的外觀和各項性能。燃油或燃氣烘幹設備的能耗較低,但是設備投資費用大,故中小型廠家很少采用,多用電加熱烘幹設備。電加熱烘幹設備在設計、製造及使用時應注意以下4個問題:

①為使烘幹室內溫度均勻,確保塗層質量,最好采用對流式烘幹設備,以提高熱傳導的效果。

②由於漆膜在烘烤過程中易產生氯化氫、二氧化硫、二氧化碳、三氯乙烯、水蒸氣和助溶劑等廢氣,與漆膜表麵瞬間接觸時,起催化劑的作用,促進塗膜表麵硬化,隨後塗膜內部出現收縮現象,由此產生針孔或外觀不良等缺陷。這些廢氣也可能在烘幹室出入口上方冷凝,滴落在被塗物上造成漆膜缺陷。因此在設計時,應在烘幹設備頂部設置廢氣排放管、蝶閥及止間閥或者設計成自拔風筒的形式,隨時把烘幹過程中產生的廢氣排出烘幹室外。

③在出入工件時為減少熱量損失,烘幹設備可設計為兩麵開門敞開式,爐內及爐外應當鋪設導軌,配備兩輛烘幹小車交替使用,小車的底部應鋪設鑽有許多孔的鋼板,防止烘幹時工件掉人烘幹室內不易取出。加熱元件應采用電加熱管,不宜采用電阻絲,電加熱管應鋪設在烘箱的底部及兩側壁上,以使爐內溫度均勻。

④為防止烘箱內壁鐵鏽和室外灰塵進人烘箱汙染漆膜,建議烘箱內壁采用不鏽鋼板。為保證漆膜的烘幹質量,采用熱電偶測量溫度時,熱電偶應當設在工件的位置,必要時直接用溫度計測量。

 電泳塗裝電源

    電泳塗裝電源是電泳塗裝工藝中主要設備之一,它的特點是高電壓低電流,電源選擇是否恰當直接決定塗膜的性能及生產的連續性。

    目前絕大多數中小型陰極電泳漆生產廠家,用手動式矽整流器作為電泳塗裝的電源,存在以下缺點:

①手動式調壓,無軟起動裝置,由於工件通電時衝擊電流大,易出現漆膜外觀粗糙、桔皮籌疵病。

②穩定精度小,紋波係數大,波形波動大,漆膜易出現花紋及不均勻等疵病。

③不能自動完成設定的各種電泳工藝曲線,質量不穩定。

④保護功能不全,易損壞保險絲、二極管和碳刷等,不能形成大批量的連續生產。

    針對以上不足,我廠選用了KZYF係列可控矽風冷式整流設備,連續生產2年多,元件無一損壞,提高了生產效率,降低了生產成本。該設備具有以下特點:

①具有0180s任意設定軟起動功能,杜絕了因衝擊電流大而造成漆膜外觀粗糙等疵病。

②采用微機數字觸發控製技術,不需轉換即可實現對負載的恒壓、恒流自動控製,穩壓精度為±3%,紋波係數<5,漆膜產生孔隙的幾率小,質量好。

③采用專用晶閘管多功能控製器,能自動完成設定的各種電泳工藝曲線,質量穩定,可以滿足連續大生產要求。

④該設備保護功能齊全,設短路、缺相、超溫、過流、過壓和過載等保護功能,並且節省電,成本低。

 循環裝置

    為確保得到優良的電泳塗膜外觀質量,維護槽液的穩定性,電泳槽液自配槽後應連續循環攪拌。循環裝置是由循環攪拌、過濾和熱交換裝置組成的一個封閉式回路。

作用

①保持槽液各成分混合均勻,防止顏料沉澱至槽底,從而降低槽液固體成份。

②防止顏料沉降到工件上,影響其表麵質量。

③經過濾器除去槽液中雜質顆粒及沉澱凝聚的塗料粒子和油汙。

④保持槽液溫度均勻、恒定。

⑤排除電泳過程中產生的氣泡,保證漆膜具有良好的外觀。

    電泳塗裝設備還包括化驗設備、電泳槽、水洗槽、除油槽和純水機等輔助設備,在此不一一詳細說明。

 工藝維護

    為確保電泳塗裝正常進行和獲得穩定的塗層質量,必須嚴格工藝管理。

 助溶劑含量的測試

    助溶劑可改善樹脂的水溶性及漆膜的外觀,同時可以調節漆液的粘度,提高漆液的穩定性。助溶劑含量必須適宜,含量過高,漆膜過厚,泳透力和破壞電壓下降,再溶現象嚴重;含量過低,槽液的穩定性差,漆膜幹癟。

由於氣相色譜儀等檢測設備價格較高,中小型廠家均無此配備,故一般都不化驗助溶劑含量,隻憑經驗加入,助溶劑的含量很難控製在一定的工藝範圍之內,產品質量不穩定。筆者經過大量的試驗總結出了一種測定助溶劑含量的方法,已應用於生產。

 試樣

    20mm×60mm的不鏽鋼板3個。

 漆膜的製備

    取樣板一個,采用改性環氧型陰極電泳漆,在槽液溫度為23℃,工件電壓為150V,時間為l.5min下電泳塗膜,由於助溶劑具有揮發性,故樣板經電泳清洗後立即測試。

 分析方法

    用右手大拇指與食指稍用力捏電泳漆膜,當有粘感,並且捏後留有手紋,用手擦不掉,此時助溶劑在工藝範圍之內;當有手紋,且有拉絲現象並且手指粘有少量漆膜,此時說明助溶劑含量偏高;當無粘感,並且捏後無手紋時,說明溶劑含量過低。

 極板的刷洗

    由於中小型廠家一般都無陽極隔膜裝置,故在陰極電泳過程中,陽極區不斷地產生有機酸與其它雜質的反應產物,沉積在陽極板上,形成黃色的有害物質,影響電沉積性能及產品質量,應及時把極板刷洗幹淨。有些廠家直接用布蘸取硫酸或甲酸等擦洗極板,此法不但危害工人身體健康,而且殘餘的酸液易帶人槽液從而影響槽液的穩定性。建議采用布蘸取助溶劑刷洗極板,此法不但易於洗淨極板表麵的黃色有害物質,減少對工人身體的危害,而且不影響槽液的穩定性。

 水洗

    水洗主要包括前處理水洗與後處理水洗。

    前處理各階段水洗的好壞將對整個前處理及漆膜的質量產生嚴重影響。除油與酸中和後,水洗要徹底,防止酸、堿殘液帶入電泳槽液中與之發生反應凝聚成顆粒附著在漆膜表麵,影響漆膜的外觀質量,建議采用超聲波清洗,前處理的最後3次水洗必須采用去離子水,以防止自來水中的雜質離子帶入槽液中,影響槽液的電沉積特性、穩定性及漆膜的性能。最後一次去離子水洗的電導率應控製在≤20μs/cm,電泳槽液所用去離子水的電導率應控製在≤5μs/cm,去離子水更換時應采用倒槽的方法。後處理水洗的目的是除去工件在電泳塗漆過程中粘附在沉積漆膜表麵的浮漆,以防止電沉積漆膜出現“花臉”、粘附漆液造成電泳漆膜再溶等疵病。為把漆膜表麵上的浮漆徹底洗淨,采用正反2次清洗,可在空中停留2030s,讓浮漆自動脹破。由於水的酸堿度及硬度都會直接影響漆膜質量,因此電泳後最後一道水洗必須采用去離子水洗,或在自來水中加入0.5%~3.0%的表麵活性劑,對改善電沉積漆膜外觀,增加光潔度,克服“水痕”等均有益。在水洗過程中,不允許互相碰撞,因為此時漆膜很軟且帶有粘性,極易損傷表麵。

鋅合金壓鑄件電泳塗裝技術

    鋅合金壓鑄使形狀複雜的零件一次成型,具有生產效率高、價格低廉、加工精度高的特點。鋅合金壓鑄件重量輕、有一定的強度及表麵光亮度,廣泛應用於日用五金、輕工、家電、機械、電子、汽車工業和工藝品製造中。但在加工過程中,鋅合金壓鑄件電鍍合格率低,電鍍成本高,從而限製了它的使用。作者根據生產實踐,對鋅合金壓鑄件經適當前處理後直接進行電泳塗裝處理,大大提高了產品合格率,降低了成本,又克服了材料本身的缺陷.已在生產中推廣應用。

 工藝流程

    鋅合金壓鑄件→沙滾光→水洗→上掛→自來水清洗(2道)→活化→自來水洗(2道)→純水洗(3道)→電泳→水洗→烘幹

 沙滾光

    采用海沙或河沙滾光,除去毛坯表麵毛刺、分模線、飛邊和油汙等缺陷。采用六角形清理滾筒,轉速控製在2060r/min,應先裝滿工件,然後再裝入海沙,用自來水衝入,再加入適量的OP乳液及磷酸三鈉,滾光的時間控製在3050min

活化

    活化的目的是除去製件表麵所形成的極薄氧化膜,使之顯露出金相組織從而提高基體與塗層的結合力,筆者經過大量的試驗,最後確定了以下配方:

氫氟酸(AR級) 35ml/L

濃硫酸(濃度為98%CP級) 810ml/L

 t 520s

 T 室溫

    活化液最好采用去離子水配製,活化時間以工件表麵有均勻小氣泡冒出,並呈現輕微變色為最佳狀態,此時應立即出槽,清洗幹淨後轉入下道工序。

不良鋅合金壓鑄件電泳漆層退除工藝

    濃硫酸(工業級) 100%

 T 室溫

攪拌 壓縮空氣攪拌(空氣中應無水)

t 210min

注意:入槽前工件表麵應幹燥無水

實踐表明,在槽液電導率較高時,可選擇低電壓,同時減少電泳時間,降低槽液溫度,防止電泳漆膜既粗又厚,產生針孔,桔皮等不良現象。電導率較低時,可選擇高電壓,延長電泳時間,提高槽液溫度,從而提高電泳漆層的厚度、分散能力和亮度等。

小結

    雖然陰極電泳塗裝在工業生產中的應用僅有20多年曆史,但是由於它自身的特點,不僅在金屬表麵處理的防腐、裝飾方麵得到廣泛應用,而且在功能性電泳塗裝及環境保護方麵發揮著重要作用。隨著中國加入WTO及電泳塗裝工作者的不斷努力,它將會顯出更旺盛的生命力。

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