一種靜電噴漆霧化器的改進

0引言

靜電噴漆是通過帶高電壓的噴頭產生細小的霧化顆粒,借助氣動裝置使噴碟高速旋轉,使油漆或涂料經過噴碟分散成均勻而微細的帶負電荷霧滴,將涂料噴涂于被涂物表面的一種方法^[1],主要用于汽車零配件、家具、樂器、木器以及金屬件表面的噴涂。目前金屬件表面的噴漆操作有的已使用氣動靜電噴漆設備,它克服了以往人工噴涂時效率低、油漆霧對人身有危害的缺陷,但是受限于不良的軸承支撐,噴碟轉速不快,加之結構不盡合理,霧化不夠均勻,噴漆效果不理想^[2]。

本文介紹了一種改進的氣動靜電噴漆霧化器,它主要改進了主蓋、軸承套、噴頭、噴碟的設計,使得噴碟旋轉更快,噴出的靜電霧滴更細更均勻。

1靜電噴漆霧化器的一般結構和原理

靜電噴漆系統(tǒng)一般由靜電噴房、高壓發(fā)生器、靜電霧化器、供漆裝置、工件掛具、輸送裝置組成,有固定式、通過式兩類,其中靜電霧化器(俗稱“噴槍”)是系統(tǒng)中的關鍵部分。一般噴槍由支撐結構、絕緣棒、 風蓋、葉輪、主軸、噴頭、噴嘴、噴碟(或旋杯)和密封件組成,其中噴碟(或旋杯)是裝在槍頭部位的一個高速旋轉的喇叭口型零件。靜電噴涂效果主要取決于噴碟的結構和轉速。通常帶電導體的曲率半徑越大,電荷分布密度越大,電場強度越大。銳邊結構的噴碟因為曲率半徑大,電荷分布密度大,電場強度大,噴漆霧化和附著效果好,一般以近似刀鋒的形狀最好。噴碟內壁的光潔度在0.8以上,應選用輕質、強度高的鋁合金或不銹鋼。靜電噴槍因為帶高電壓而要求槍身結構材料應具有良好的絕緣性能。

噴碟式靜電噴漆是電氣離心霧化—由壓縮空氣驅動噴碟(或旋杯)高速旋轉,帶負電的漆料依靠離心力、高壓靜電場的斥力、靜電引力而發(fā)生霧化,噴涂于工件表面。漆料微粒是沿著離心力與高壓靜電場引力的合力方向而吸附于工件表面,小部分微粒由于離心力大于靜電引力就向離心力方向“跑飛”了,降低了涂料利用率^[1]。

噴碟式靜電噴涂的整個涂形呈“中空”圓環(huán)形且噴涂范圍小,噴碟轉速越高,漆料極性越好,“中空”也越小,采用適當的噴杯運動軌跡(如作上下直線運動、左右擺動),會取得較好的噴涂效果。

2 主要的改進之處

根據靜電噴漆霧化器存在的問題和靜電噴漆原理,對原設計做了以下主要改進。

2.1主蓋、軸承套的改進

改進前的主蓋功能之一是排出主蓋腔體內驅動葉輪的氣體,功能之二是固定軸承,使其保持較好的同軸度和穩(wěn)定性,使主軸能保持高速旋轉,是噴霧器最重要的零件之一。

主蓋原設計如圖1所示,主蓋與軸承套一體,存在一體加工工藝復雜、加工難度大、加工時間長、材料損耗嚴重等問題。改進前的主蓋采用6061鋁材加工成型,安裝軸承位置容易由高速旋轉產生振動而松動,影響高速旋轉。

通過重新設計,將主蓋拆分為主蓋和軸承套。新設計的主蓋如圖2所示,它內部設計有型腔,上部開設多個環(huán)形排風口,使氣體排出更順暢。新的主蓋設計減少了加工工藝步驟和材料損耗,提高了加工效率。

研究表明,噴碟(或旋杯)轉速高,噴漆霧化效果好^[3]。為此,新設計的軸承套如圖3所示,材質改用低碳鋼材料,低碳鋼的剛度、韌性更好,主軸高速旋轉下,與軸承配合的結構更穩(wěn)定、更耐磨。軸承套內環(huán)上部與兩個軸承外圈固定連接,下側內環(huán)與軸承外圈固定連接,軸承內圈與主軸連接,保證了軸承、軸和軸承套同軸定位,可獲得更好的同軸度,為主軸高速旋轉提供了更有利條件;主軸限位臺階與軸承內環(huán)彈簧套和葉輪固定連接,保證軸向穩(wěn)定,改善了目前主蓋內孔上方安裝一個軸承,內孔下方安裝另一個軸承,中間用彈簧壓緊固定的安裝方式,解決了安裝軸承孔位因加工、裝配誤差影響主軸轉速的問題。

如表1所示,經實測對比,在相同氣源壓力下,本實用新型設計(23款)比原設計(20款)轉速提高了10%~15%。

2.2 噴頭的改進

噴頭主要功能是排出帶電荷涂料和氣體。改進前的噴頭如圖4所示,它設計簡單、加工也容易,但其上的排氣管道和涂料管道需要與主蓋配合安裝連成通道,因而要求在加工過程中確保配合面加工平整度好,安裝時孔位要準確,否則容易出現(xiàn)涂料滲漏、氣體泄漏等問題。重新設計的噴頭如圖5所示,它采用一體加工成型,排氣管道和涂料管道全部集中在噴頭上,能獲得更順暢的排料、排氣通道。新設計解決了原管道出現(xiàn)的涂料滲漏、氣體泄漏和裝配要求孔位準確等問題,使用效果更好。

2.3 噴碟的改進

噴碟主要功能是將噴頭排出的帶電荷涂料通過通料孔分散再通過噴碟邊緣噴出。改進前的噴碟如圖6所示,它采用45個通料孔和平面碟狀設計,主要存在不容易霧化、霧化顆粒較大和涂料溢出等問題。改進后的噴碟如圖7所示,通過將通料孔增加至60個,提高涂料通過性;縮小內腔傾角,增加內腔體積,減少涂料溢出情況;更改噴碟盤面角度,使涂料霧滴更流暢滑動至噴碟頂部外緣;新設計噴碟頂部外緣開設齒口,使噴出來的靜電霧滴經過二次擊打霧化更細、更加均勻,解決了噴涂霧滴過大、黏附性不好的問題,且降低了涂料損耗。

3 改進效果

通過新型設計,將主蓋拆分為主蓋和軸承套,軸承套部分原設計用的鋁材,現(xiàn)材質改用低碳鋼,剛度、韌性更好,與軸承配合的結構更穩(wěn)定、更耐磨;重新設計主蓋型腔、排氣孔,使氣體排出更順暢。新型設計中,管道部分全部集中在噴頭上,解決了涂料和氣體滲漏的問題,獲得了更好的使用效果。本實用新型設計中,通過重新設計噴碟,在其頂部外緣開設齒口,使噴出來的靜電霧滴經過二次霧化更細、更加均勻,解決了噴涂不均勻、黏附性不好的問題,且降低了涂料損耗。改進設計后的氣動靜電噴漆霧化器的主體結構如圖8所示。

4 結束語

靜電噴漆霧化器是靜電噴漆系統(tǒng)的關鍵部件,之前該部件受限于不良的軸承支撐,噴碟轉速不快,加之結構不盡合理,霧化不夠均勻,噴漆效果不理想。通過改進主蓋結構,增加軸承套,重新設計噴頭和噴碟,較好地克服了之前的問題,取得了良好的效益。

[參考文獻]

[1]汪成榕.靜電噴漆[J].電鍍與環(huán)保,2000,20(4):28一30.

[2]胡偉.汽車涂裝車間噴涂設備改造研究與實踐[D].重慶:重慶理工大學,2014.

[3]羌龍瑞.拖拉機覆蓋件的涂裝工藝[J].拖拉機與農用運輸車,2002(1):36一39.

2024年第15期第17篇