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公司新聞
聚氨酯高壓噴涂機在高品質(zhì)汽車(chē)涂裝關(guān)鍵技術(shù)研
覆蓋件涂裝是汽車(chē)制造過(guò)程中的關(guān)鍵工藝環(huán)節，目前，國內所用涂裝工藝關(guān)鍵聚氨酯高壓噴涂機裝備仍依靠國外引進(jìn)，有關(guān)提高汽車(chē)覆蓋件噴涂自動(dòng)化程度和質(zhì)量控制技術(shù)的研究，具有重要的理論和工程應用價(jià)值。本博士論文緊密結合東風(fēng)汽車(chē)公司金屬漆全仿形自動(dòng)靜電噴涂機開(kāi)發(fā)，圍繞靜電噴涂涂料霧化機理、高速氣浮渦輪設計、噴涂工藝參數優(yōu)化和軌跡規劃等關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展了深入的研究工作，取得如下創(chuàng )新性研究成果:
根據流體連續性和運動(dòng)方程，建立了靜電噴涂涂料在高速離心旋杯內運動(dòng)的數學(xué)模型，分析了涂料顆粒離心運動(dòng)規律，闡述了靜電和離心霧化機理及其影響因素;在此基礎上，構建了離心力作用下涂料各組分漆液分離模型，并根據仿真結果，研制新型離心旋杯;搭建了離心旋杯霧化試驗裝置，驗證了理論仿真結果。
基于傳統高速氣浮渦輪結構特點(diǎn)，研制了新型高速氣浮渦輪樣機，該樣機采用三個(gè)徑向支承氣浮軸承，光纖傳感器檢測轉子速度，非常有效地提高了轉子的支承剛度和運動(dòng)穩定性，并己在國內汽車(chē)制造企業(yè)獲得良好應用。
通過(guò)高速氣浮渦輪徑向和軸向支撐氣浮軸承的承載力建模與仿真，研究了氣浮噴漆渦輪靜壓剛度與節流孔孔徑及軸頸軸套間隙的內在關(guān)系，提出了基于剛度分析的高速?lài)娡坑脺u輪氣浮軸承結構優(yōu)化設計方法，該方法可有效地提氣浮式軸承式噴涂用渦輪系統的靜剛度。結合樣機開(kāi)發(fā)和試驗，形成了一套完整的轉子動(dòng)平衡、裝配工藝與性能評估規范。
聚氨酯保溫發(fā)泡機設計了五自由度金屬漆全仿形靜電噴涂系統，并成功應用于車(chē)身噴涂生產(chǎn)。解決了如下關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題:基于西門(mén)子SCOUT軟件生成的插補曲線(xiàn)，建立了自動(dòng)噴涂頂噴機各運動(dòng)軸運行速度與輸送鏈速度之間關(guān)系的數學(xué)模型;基于自動(dòng)噴涂流程，提出了分布式控制系統總體設計方案，以及控制系統硬件配置和通信關(guān)系;建立了噴涂系統各自由度運動(dòng)速度與噴霧疊幅之間的關(guān)系，為軌跡規劃提供了理論基礎。
本文結合了作者多年從事汽車(chē)涂裝工藝和裝備技術(shù)的工程實(shí)踐經(jīng)歷，跟蹤新技術(shù)發(fā)展趨勢，在以下幾個(gè)方面進(jìn)行課題研究，即本論文的主要研究?jì)热荨?/div>
1.汽車(chē)涂裝工藝技術(shù)研究
重點(diǎn)從工藝角度闡述了汽車(chē)噴涂的工藝、方法及新裝備技術(shù)，結合與本專(zhuān)業(yè)密切相關(guān)噴涂設備總成及關(guān)鍵部件總成進(jìn)行了說(shuō)明。
C1)汽車(chē)涂裝工藝技術(shù)的發(fā)展，是隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)總體技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展進(jìn)步。汽車(chē)涂裝工藝技術(shù)發(fā)展依賴(lài)于科技進(jìn)步、裝備水平的提升。
C2)汽車(chē)涂裝質(zhì)量是汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)和消費者共同關(guān)注的問(wèn)題，是汽車(chē)制造中一個(gè)非常重要的環(huán)節，開(kāi)展對汽車(chē)涂裝技術(shù)的深入研究是十分重要的，但目前還不夠普遍。通過(guò)研究噴涂理論和工藝技術(shù)，可以有效地保證噴涂質(zhì)量和預防涂膜缺陷。
(3)環(huán)保要求的日益提高，要求汽車(chē)涂料的無(wú)害化日益明顯。水性涂料、高固體份涂料等越來(lái)越多的應用于車(chē)身涂裝生產(chǎn)，對噴涂設備系統提出了新要求，要求跟上涂料技術(shù)的發(fā)展的步伐。
(4)闡述了高品質(zhì)汽車(chē)噴工藝的內涵，即采用新型高性能、環(huán)保型的汽車(chē)涂料，使用可靠的自動(dòng)噴涂設備、設計和控制合理的工藝參數，所獲得的多涂層體系的涂膜具有高防腐性、高裝飾性。
2.涂料的霧化機理研究
C1)建立了高速旋杯式靜電噴涂時(shí)，涂料在旋杯內部運動(dòng)的數學(xué)模型。
C2)闡述了離心力霧化和靜電霧化的原理。
(3)分析了離心力霧化、靜電霧化影響因素:旋杯轉速n和靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強度(電壓與極距)對霧化的影響大，其次是旋杯的結構參數:旋杯的直徑d及其錐角2H和涂料的密度A，涂料的粘度戶(hù)和流量Q對霧化影響相對較小。這對噴涂裝備研究具有理論意義。
(4)建立了高速旋杯式靜電噴涂時(shí)，在巨大的離心力作用下，涂料中的顏料在涂膜中不均勻的分布、甚至與漆液分離的數學(xué)模型。
(5)顏料與漆液兩相密度差△P是使顏料在漆液內產(chǎn)生不均勻分布、甚至分離的必要條件，旋杯高速旋轉產(chǎn)生的離心力是使顏料組分被分離的外在因素。顏料顆粒的直徑ds、涂料的粘度戶(hù)、涂料的流量Q、以及旋杯的幾何參數(直徑cl ,錐角2H)對其均有較大影響。
3.氣浮軸承渦輪研究
以汽車(chē)涂裝領(lǐng)域廣泛應用的自動(dòng)靜電噴涂設備的關(guān)鍵部件一高速?lài)娡坑脺u輪為研究對象，從理論、結構創(chuàng )新設計方面進(jìn)行了深入闡述，以期滿(mǎn)足氣浮軸承的高轉速、支承剛度和運動(dòng)穩定性。
(1)研究了噴涂用氣浮軸承渦輪靜壓剛度與氣浮軸承節流孔孔徑及軸頸軸套間隙的關(guān)系，提出了基于剛度分析的高速?lài)娡坑脺u輪氣浮軸承的結構優(yōu)化設計方法，該方法可有效地提高氣浮軸承噴涂用渦輪系統的靜剛度。
(2)對高速氣浮軸承進(jìn)行了創(chuàng )新設計，采用了三個(gè)徑向支承氣浮軸承，大大地提高了氣浮軸承的支承剛度和運動(dòng)穩定性，克服了原有進(jìn)口渦輪存在的運行穩定性不足的缺陷。
(3)氣浮渦輪在高速狀態(tài)下運行，要求有良好的動(dòng)靜平衡，渦輪軸一渦輪盤(pán)等須具有很高的精度，在設計時(shí)要充分考慮到到材料選擇、制造工藝、總成組裝等諸多因素。采用了技術(shù)手段完成了轉子的動(dòng)平衡測試。
(4)自動(dòng)噴涂所采用的渦輪裝置在運行時(shí)需要穩定的轉速，以保證涂膜的均勻性。采用光纖傳感器采集渦輪旋轉的脈沖信號，實(shí)時(shí)進(jìn)行速度反饋檢測。
4.自動(dòng)噴涂系統裝備技術(shù)研究
聚氨酯噴涂機結合汽車(chē)涂裝生產(chǎn)中關(guān)鍵的自動(dòng)噴涂裝備技術(shù)，針對目前使用的自動(dòng)噴涂機，開(kāi)展相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)研究，結合具體的項目工程取得成果。
C1)針對被涂車(chē)身噴涂工藝和柔性仿形系統的工作特點(diǎn)，對自動(dòng)噴涂機的運動(dòng)軌跡規劃和機械結構開(kāi)展研究，對5自由度頂噴機和3自由度側噴機的傳動(dòng)系統進(jìn)行設計?；谖鏖T(mén)子SCOUT軟件生成的插補曲線(xiàn)，建立出頂噴機和側噴機各自由度運動(dòng)速度與輸送鏈速度之間對應的數學(xué)關(guān)系。由于輸送鏈速度是可測量的，所以可根據公式算出頂噴機各自由度的運動(dòng)速度，使頂噴機旋杯運行軌跡得到優(yōu)化。
(2)針對噴涂工藝的特點(diǎn)，研究設計自動(dòng)噴涂機的控制系統，使之適應柔性化生產(chǎn)。采用分步式控制系統的設計方案，實(shí)現自動(dòng)噴涂;采用伺服電機驅動(dòng)噴涂機各自由度運動(dòng)，實(shí)現了噴杯工作位置的精確控制;采用高性能西門(mén)子PLC使控制系統響應快速、準確、穩定;監控畫(huà)面方便噴涂機的使用與維護。
(3)完成了金屬漆7杯站的現場(chǎng)設備調試與工藝調試。設備調試結果數據顯示，該項目各個(gè)仿形運動(dòng)參數均達到設計要求，而且在控制范圍;設備前期設計的工藝參數與工藝調試結果吻合，調試數據在設計的規定范圍內。金屬漆的噴涂結果抽測數據顯示，膜厚及誤差均達到設計要求，設備選型正確沒(méi)有出現漆膜、顆粒等缺陷，油漆利用率達到設計要求，噴出的車(chē)身漆膜指標符合技術(shù)要求產(chǎn)品合格，項目的按期完成實(shí)施并達到預期目標。
5.商用車(chē)車(chē)身噴涂實(shí)現高品質(zhì)化
對于汽車(chē)涂裝特別是商用車(chē)車(chē)身涂裝而言，高品質(zhì)涂裝的內涵主要體現在采用現代化自動(dòng)噴涂機系統，高效率、穩定地完成金屬漆的自動(dòng)噴涂，獲得均勻、較少漆膜缺陷的涂膜，提高車(chē)身整體的裝飾性、防腐性，增加產(chǎn)品附加值。
東風(fēng)汽車(chē)公司商用車(chē)車(chē)身廠(chǎng)全仿形金屬漆自動(dòng)噴涂機項目的圓滿(mǎn)完成，是高?？蒲信c企業(yè)工程實(shí)踐相結合成功典范?，F場(chǎng)設備與工藝調試數據、噴涂結果表明，該項目的完成促進(jìn)了商用車(chē)車(chē)身噴涂質(zhì)量高品質(zhì)化的實(shí)現。同時(shí)，氣浮渦輪樣機的成功試制，為實(shí)現噴涂渦輪早日實(shí)現國產(chǎn)化做出貢獻，也是為汽車(chē)涂裝高品質(zhì)化進(jìn)程中增添了更多的中國元素。
6.2工作展望
C1)因環(huán)保要求日益提高，新型涂料的開(kāi)發(fā)成果不斷出現。新材料新工藝的出現，要求新裝備要與時(shí)俱進(jìn)。跟蹤和研究新的汽車(chē)涂裝工技術(shù)，保持清新開(kāi)闊的視野，是做好汽車(chē)涂裝事業(yè)的基礎。
C2)理論研究是保持技術(shù)領(lǐng)先重要手段。開(kāi)展諸如涂料霧化機理、渦輪結構與原理研究，在既有理論的指導下進(jìn)一步深化和創(chuàng )新研究，以適應在未來(lái)更高的環(huán)保標準下，完成高質(zhì)量的汽車(chē)涂裝生產(chǎn)。
(3)跟蹤世界技術(shù)，在Q5200聚氨酯涂裝設備硬件設計開(kāi)發(fā)方面下功夫，繼續在高速?lài)娡坑脺u輪系統的抗干擾性和穩定性上做進(jìn)一步的深入研究，完善柔性自動(dòng)噴涂機系統的設計。目前，許多涂裝設備仍依賴(lài)進(jìn)口，但不能說(shuō)明國產(chǎn)化沒(méi)有機會(huì )，而是存在機遇和發(fā)展空間，有理由去創(chuàng )造涂裝裝備的國產(chǎn)自主品牌。
(4)將自動(dòng)噴涂系統的理論與實(shí)踐相結合經(jīng)驗提煉總結，以系統的思維梳理其中有價(jià)值的東西，為企業(yè)的提供如自動(dòng)噴涂系統技術(shù)與管理支持，促進(jìn)汽車(chē)高品質(zhì)涂裝工藝和技術(shù)向更高更新的方向發(fā)展。
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