PU涂層球墨鑄鐵管件噴涂工藝及其裝備探討

郄航，劉善江，儲安林，蘇建鋼，劉曉凱

（蕪湖新興鑄管有限責任公司，安徽 蕪湖 241002）

0 引言

國家標準GB/T 13295中所述球墨鑄鐵管件公稱口徑從DN80到DN3000，型號有三通、彎頭、盤承、盤插等上百種類型，常用規格上千種[1]。該產品最大的特點是多品種、多規格搭配使用，為滿足需求生產過程中通常采用多規格共線生產的模式。給各工序生產帶來不小的困擾，輕則降低效率，重則帶來質量隱患。

近年我公司承接大批的PU涂層管件訂單，在批量生產中為了提高效率、提升質量，對各規格管件的PU涂層噴涂生產問題進行了梳理，并提出了相應的解決方案。

1 管件PU涂裝原工藝及存在的問題

通常承接小批量PU涂層的訂單時，因單件小批生產，采用天車吊裝、人工噴涂的方式，如圖1所示，每個管件既需要噴涂內壁，也需要噴涂外表，在將工件加熱到規定溫度后一次性噴涂完成，按工藝要求須在整個噴涂過程中，保持工件本體溫度在40～60 ℃范圍，才能保證涂層表面質量[2]。

圖1 天車吊裝、人工噴涂

因手工噴涂效率低，涂層厚度及溫度控制不精準，且在噴涂過程中工件固定在一個工位，使噴涂死角部位不便噴涂，容易產生局部滴流缺陷，以及花紋狀、麻點狀外觀缺陷；且因多品種多規格共線生產，產品規格切換時需要更換吊具及噴涂設備，難以滿足批量化連續生產要求。

2 噴涂工藝設計

通過在實踐中探索，為方便組織批量噴涂生產，將噴涂工藝過程、每個環節的工藝要求細化，對每道工序的工藝參數進行固化，分工序控制過程產品質量，確保順利生產。工藝流程為：毛坯表面打磨→精細拋丸→預熱（40～80 ℃）→噴涂。

以上工序需逐一檢驗，以下道工序就是客戶的理念嚴格把關工序自檢；而下道工序則必須將上道工序視為自己的供應商，嚴格把好進貨檢驗關，發現問題及時反饋給上道工序，處理后再流轉。否則一個工序的不合格導致后續工作全無效。

毛坯表面處理必須確保表面輪廓清晰、完整，為精細拋丸打下基礎，是精細拋丸基材處理的最后一關，既要外觀好，還要有一定的表面粗糙度，為涂層建立有效的附著力打下基礎。工件表面質量如圖3所示。

圖3 工序檢驗合格的毛坯

經精細拋丸表面粗糙度達到要求后可進入預熱工序，預熱須保證烘烤房的溫度、烘烤時間，兩者缺一不可，是保證PU涂層質量的關鍵。毛坯表面處理可以說是關鍵工序，是保證噴涂的基礎，但也只是充分條件，而必要條件是噴涂預熱合格，而預熱不到位則噴涂后一定是廢品。預熱達到表面溫度后還要保證達到烘烤時間，保證工件蓄熱足夠，在出烤房后能保持在噴涂工藝溫度范圍內，同時讓噴涂操作有足夠的時間進行。否則導致噴涂后流平性差，產生花紋缺陷及附著力不夠等問題。為確保檢驗狀態明確，在上述工序中工件建立流轉質量驗收單，每道工序驗收后簽字方可流轉。

圖2 涂層花紋狀缺陷

為保證涂層質量，噴涂是最后一道工序，噴涂要重點保證噴涂的效率和噴涂均勻性。噴涂是跟時間賽跑，必須在工件烘烤達到工藝溫度后，在工件溫度下降之前，在噴涂的最低要求溫度以上完成噴涂[3]。在比較簡陋的條件下，要讓各種規格的工件翻轉自如，在工件的內表面、外表面各個部位均勻噴涂，是比較難的。尤其要實現連續生產，多規格快速切換，就必須考慮噴涂裝備，采用機械化是必要條件。

通過噴涂裝備機械化，使工件在回轉狀態下實施噴涂，噴涂結束后維持勻速旋轉，直到涂層表干，能有效保證上述工藝要求。機械化噴涂效率更高、涂層厚度更穩定，且因噴涂過程中工件各部位的溫度差較小，能更好地保證涂層的質量均勻性。因工件的品種規格繁多，要實現機械化回轉噴涂，須將工件分類，分別設計相應的回轉式裝備，通過將工件在回轉過程中噴涂，實現噴涂均勻、連續、高效。

3 噴涂工裝選型設計

按照噴涂工藝要求結合工件大小及外形特征，將管件分為直管類、短管類、細長類三大類分別進行噴涂方案設計。

3.1 直管類

直管包括雙盤短管、盤插、穿墻管等，其管體通常較長，長徑比大于1以上，內壁和外壁皆需要噴涂，長徑比大于1時更需要噴槍從兩頭分別伸進內腔進行噴涂。

該類管件噴涂時需要工件在回轉的同時要留出噴槍的活動空間，需要將工件兩頭保持開放外露，管身外壁外露，便于噴涂。

1）工件回轉方式。直通類管件可采用臥式托輪裝置支撐其兩端，托輪裝置帶無級變速驅動機構，實現工件均勻回轉，通過調節控制機構調節轉速達到噴涂所要求的轉速，如圖4所示。然后手持噴槍從工件的外表進行噴涂，如圖5所示。

圖4 托輪回轉支撐裝置

圖5 回轉中噴涂

2）噴槍運動方式。當噴涂工件外表時，工人站在工件外側，保持噴嘴與工件之間一定的距離，固定在一個高度，即可實現對管件圓周表面進行噴涂，當需要噴涂管件內壁時，噴槍伸入工件內壁進行噴涂即可。噴涂過程中需要保持工件勻速回轉，且噴涂結束后需要繼續保持工件勻速轉動，直到涂層表干后，停機卸下工件[4]。

對于長徑比為1左右的工件可以手持噴槍從工件內孔一端伸進去噴涂完全程，對于內壁長度大于1 m以上的工件則只能從兩頭分別噴涂。如果需要控制噴涂時間，可以采用2把槍，同時從工件兩頭進行噴涂，縮短時間，如圖6所示。

圖6 兩頭對噴

3.2 短管、彎管類

盤承、盤插管件較短，在托輪上支撐不穩，回轉過程中容易掉落，可采取一頭裝卡固定的方式，如圖7所示，如此夾緊后，通過設備帶動工件勻速旋轉即可噴涂，噴涂方法同上述直管類。

圖7 盤插類短管件懸臂式裝卡噴涂

對11.25°、22.5°的彎頭管件，采用裝卡一頭、另一頭懸伸的安裝方式，但因彎管結構特殊不能直接安裝，需在彎管的一端加裝工裝張緊后安裝到設備上，采用內撐式工裝才能將工件裝卡牢固，保持其在回轉時穩固，不致于晃動影響噴涂，并可避免在回轉過程中產生振動影響涂層均勻性，如圖8所示，噴涂時管件的外壁、內壁均可從一頭進行噴涂。

圖8 彎頭類管件懸臂式裝卡噴涂

3.3 細長管件

除以上兩種外，還有一種常見的細長工件，且規格較小，小于DN500以下的規格通常手工普通噴槍無法伸進管件內孔進行噴涂，如果長徑比大于2，達到3甚至4的工件，其噴涂難度就更大。如圖9所示，對上述這類DN200～DN500規格、長徑比大于2以上的工件，采用以下方法實現回轉噴涂：

圖9 細長管件

1）回轉方式。仍然采用本文第一種方案來實現。

2）噴涂。噴涂需采用一種新式噴槍，叫旋轉式噴頭，從圓周上噴出料來，且不停回轉，實現對內壁均勻噴涂。如圖11所示，通過一根細長桿支撐，讓旋轉式噴頭伸進細長工件內壁進行噴涂，噴涂過程需調整好噴頭進給機構移動速度，通過工件勻速回轉，噴槍均勻移動，實現工件內璧噴涂[5]。

4 結語

綜合分析管件的特點，找出其內在的規律，按長徑比、大小規格分類，分別設計不同的噴涂工裝，可確保實現回轉式噴涂PU涂層，通過裝備改進確保噴涂工藝要求得到落實，且通過采用專用裝備來實現效率提升、質量穩定，實現管件產品批量化噴涂。噴涂后，對接口部位刷上紅色環氧漆，成品如圖11如示。

圖11 管件成品

專用裝備的設計可通過管件工廠自行設計、制造或者與專業廠家合作完成，但是噴涂工藝需要管件工廠自行設計提出，才有可能找到專業設備廠家合作開發適用的專機，以此提升管件加工裝備的自動化水平，促進管件行業的發展。

圖10 旋轉噴杯