三维内喷涂在微波炉上的应用

BMA004

袁永壮(合肥学院机械系，合肥230022)     

    摘要:介绍了一种应用在家用电器喷涂中的内喷涂的高效装置———三维自动跟踪喷涂装置，分析其喷涂的程序和路径，计算其在内喷涂时的有效工作时间足以喷涂好工件的内腔。

    关键词:三维跟踪：内喷涂：微波炉：喷枪

    0引言

    在微波炉的日常使用中，由于水蒸汽及菜中的油盐酱醋等酸碱性食物都会对微波炉腔体具有不同程度的腐蚀性，使腔体锈蚀，直至微波炉损坏。因而微波炉的内部表面处理自微波炉问世以来就是一个令人非常关心的问题，它将直接决定微波炉的长期可靠性，如何解决内部防腐，一直受到人们的高度重视，在人们寻求其解决方案中，除了使用高成本的不锈钢腔体外，还曾使用各种耐蚀性钢板材料，在表面处理方面也想尽办法，而从产品的整体成本性能方面考虑，表面喷塑无疑是最有价值的处理工作，但在喷涂内壁时又有一个不可忽视的现象，就是内壁的拐角处由于静电的法拉第效应，静电喷涂很难完全覆盖拐角和缝隙，因而也影响微波炉的长期使用。本文介绍的一种内部喷涂方案在实际使用中能较好解决这一问题。

    1三维喷涂

    这种方法主要是三维自动跟踪内喷，其主要特点是针对微波炉等轻工产品的大批量连续生产，工件顺着生产流水线不断前行，在每一具体位置均不作停留，这样要想腔体内部喷涂较好是很困难的：尤其是拐角处相当于处于一个屏蔽的电场中，带电粉末粒子很难达到腔体壁面，所以拐角处经常会出现喷涂不上粉末或粉末覆盖不完全的现象，致使其耐蚀性受到限制，所以人们一直在想办法解决这个问题，甚至不得不进行腔体内壁预处理，将正常的表面喷涂分作两个阶段进行，这样等于给工件喷涂两遍，一方面浪费了大量能源，另一方面严重影响了生产效率。本文介绍的是在正常喷涂中专门设置两把喷枪在三维运动控制下对腔体进行内部的专门喷涂。由于微波炉的腔体内尺寸很小，而喷枪本身也具有一定空间尺寸，要想两把喷枪同时进入微波炉腔体内部几乎是不可能的，即使一把喷枪进入都需要格外小心，否则不是不能正常喷涂就是没起到内部喷涂的作用：而一把喷枪在进入腔体内部时，由于工件是在生产流水线上运动，若喷枪的运动不是很稳定或跟踪不好极易造成碰工件的现象，但是一把喷枪对有四个角和八条边的长方体的开口内壁，同时进行喷涂是非常困难的。本试验使用两把枪在两个工位上分别进行喷涂，但同时又是在一套系统的带动和控制下进行的，用前一工位的喷枪(图1中的喷枪I)的喷嘴稍微与水平线向上倾斜，重点解决上边和上拐角的喷涂：后工位的一把枪(喷枪II)的喷嘴稍微向下倾斜，解决下边及下拐角的喷涂，这样的安排方式，每个工件基本上都是考虑了两次内喷涂。因而能较好的解决问题。每把枪在整个喷涂过程中都要进行三个方位的运动，首先它得有进入工件的Y向运动，进入以后喷枪要有跟随工件一道前行的X向运动，同时由于腔体内壁的空间不是喷枪进入后喷一下就能完全覆盖的，必须要有一个在腔体内上下的Z向运动，同时伴随着X向运动，这样才可能将小容量微波炉腔体内部的每一个边角都覆盖住，这里的三维运动关键就是如何正确选取各个运动的参数。对于小容量微波炉腔体内部的喷涂，假定腔体尺寸是230mm×260mm×280mm，相当于市场上的18L的微波炉。一般粉末喷枪的外形截面尺寸为80mm×80mm，而喷枪喷涂时离腔体的距离是有要求的，最少得40mm，加上考虑生产线的运动不稳性，该距离最好预留至50mm，这样喷枪能在腔体内运动的空间就只有50mm×80mm×100mm。这是个很小的空间区域，需要认真计算再配合仔细现场调整确认。按一般工厂的生产线速度4m/min计算，喷枪进入工件的速度要达到12m/min，上下行速度在0～40m/min可调，这里我们使用3m/min，喷枪返回原工位的运行速度是0～10m/min可调，这里采用的是8m/min尽可能缩短返程时间就可跟踪较多的时间，这样在计算喷枪在腔体内有效的工作时间是12s，在短短的几秒要实现同时解决内部四角八边的涂装，喷枪的各个运动图中以箭头示出(见图1)，喷枪先在图示中①的位置，当工件进入喷涂区喷枪便沿着图示路线进入腔体达到②的位置，紧接着喷枪作Z向运动，由位置②向上运动至位置③，稍作停留，又由位置③运动至位置④，再稍作停留由位置④运动至位置⑤，再开始在X向运动速度减慢，由原来的跟踪速度4m/min减至1。5m/min，工作2s再恢复到工件运动的速度的4m/min，并进行图1所示的由位置⑥按顺序运动至位置⑩，完成一个完整的工作过程，再开始返回原位置，进行下一工件的喷涂。根据工件、喷枪尺寸及其运动参数来计算如下:喷枪开始位置距工件工作面距离为170mm，根据上面列出的工件参考尺寸可知Y向可运动的尺寸为230mm，即喷枪运动的距离要有400mm，由喷枪进入工件要2s，再考虑Z向运动，因为其运动量很小只有50mm，即位置②与位置③间的距离只有25mm，只需0。5s，由位置③到位置④有一个变向需要停留0。5s再运行1s，再停留0。5s作变向，由位置④运动到位置⑤需0。5s，然后开始减速至1。5m/min跟踪2s，再开始同前所述的方式完成由位置⑥至位置⑩的运动，这样当喷枪达到位置⑩的过程共需要12s，根据生产线速可知工件位置间距离相当于18s的路程，这样也就是说喷枪有6s可用于返回原位置点，在6s内工件前行距离为400mm，剩余的800mm就是喷枪返回所走过的距离，即喷枪返回速度要为8m/min即可，而这样的速度是完全可以达到的。从上列计算可知运动是可以保证能够完成的，但在实际使用中运动仅仅是能够喷好的保证，还不是必然的，还需要进行喷涂本身参数的调整，因为内喷不同于外喷，受空间限制，它不可能是喷枪离工件很远，因而电压、出粉量、气压、气流强度都是需要调整的，实际生产中采用4～6kV的喷涂电压，若太高则会造成喷涂时产生放电火化，同时也会射出凹凸不平的涂层，影响表面质量。若太低则同样使粉末带电不足而上粉不好，影响喷涂效果不能达到预期的目的。气流与外喷相比也要小得多，否则会将粉末反吹掉，造成喷涂厚度过薄，这里使用的气流强度约为外喷涂的60%，工作中采用0。8～1。2巴的气流，出粉量等均是需要经过实验而调整到合适的水平，图2是喷涂距离与上粉的关系，即与喷涂膜厚的关系。



    图1同时在两个工位喷枪运动示意图



    图2不同时间下喷涂距离与膜厚的关系

    由图2可看出喷枪与工件有一合适的距离，因而对内喷来讲时间短需离较近效果才会好，在这里的内喷距离是要调整到一合适值，实际中逐步摸索发现，喷嘴离工件最合适的距离是5cm左右，这样的喷涂效果较理想。这样喷涂出的腔体内壁，在各项质量检测中指标都很好，通过加速盐雾试验发现其耐蚀性与正常外喷达到同样效果。当然若前述工件尺寸不是那么小而是很大的话，喷枪的运动还可以考虑在图1中的顺序⑤与⑥中间位置增加一个Y向运动，来解决上下面的喷涂质量问题。

    2结语

    在许多日用品的生产中都会采用内喷涂，良好的内壁喷涂质量会使产品更加美观，使用寿命更长，这些因素促使人们不断地探索内喷涂工艺，以期达到最佳喷涂效果，保证消费者使用，本文介绍的三维内喷在现有技术条件下在工艺上的实现是很方便的，投入成本也相当少，只需增加两把喷枪系统，及一块PC控制步进电机运动系统，在实际使用中效果也非常好。