一种静电喷漆雾化器的改进

0引言

静电喷漆是通过带高电压的喷头产生细小的雾化颗粒,借助气动装置使喷碟高速旋转,使油漆或涂料经过喷碟分散成均匀而微细的带负电荷雾滴,将涂料喷涂于被涂物表面的一种方法^[1],主要用于汽车零配件、家具、乐器、木器以及金属件表面的喷涂。目前金属件表面的喷漆操作有的已使用气动静电喷漆设备,它克服了以往人工喷涂时效率低、油漆雾对人身有危害的缺陷,但是受限于不良的轴承支撑,喷碟转速不快,加之结构不尽合理,雾化不够均匀,喷漆效果不理想^[2]。

本文介绍了一种改进的气动静电喷漆雾化器,它主要改进了主盖、轴承套、喷头、喷碟的设计,使得喷碟旋转更快,喷出的静电雾滴更细更均匀。

1静电喷漆雾化器的一般结构和原理

静电喷漆系统一般由静电喷房、高压发生器、静电雾化器、供漆装置、工件挂具、输送装置组成,有固定式、通过式两类,其中静电雾化器(俗称“喷枪”)是系统中的关键部分。一般喷枪由支撑结构、绝缘棒、 风盖、叶轮、主轴、喷头、喷嘴、喷碟(或旋杯)和密封件组成,其中喷碟(或旋杯)是装在枪头部位的一个高速旋转的喇叭口型零件。静电喷涂效果主要取决于喷碟的结构和转速。通常带电导体的曲率半径越大,电荷分布密度越大,电场强度越大。锐边结构的喷碟因为曲率半径大,电荷分布密度大,电场强度大,喷漆雾化和附着效果好,一般以近似刀锋的形状最好。喷碟内壁的光洁度在0.8以上,应选用轻质、强度高的铝合金或不锈钢。静电喷枪因为带高电压而要求枪身结构材料应具有良好的绝缘性能。

喷碟式静电喷漆是电气离心雾化—由压缩空气驱动喷碟(或旋杯)高速旋转,带负电的漆料依靠离心力、高压静电场的斥力、静电引力而发生雾化,喷涂于工件表面。漆料微粒是沿着离心力与高压静电场引力的合力方向而吸附于工件表面,小部分微粒由于离心力大于静电引力就向离心力方向“跑飞”了,降低了涂料利用率^[1]。

喷碟式静电喷涂的整个涂形呈“中空”圆环形且喷涂范围小,喷碟转速越高,漆料极性越好,“中空”也越小,采用适当的喷杯运动轨迹(如作上下直线运动、左右摆动),会取得较好的喷涂效果。

2 主要的改进之处

根据静电喷漆雾化器存在的问题和静电喷漆原理,对原设计做了以下主要改进。

2.1主盖、轴承套的改进

改进前的主盖功能之一是排出主盖腔体内驱动叶轮的气体,功能之二是固定轴承,使其保持较好的同轴度和稳定性,使主轴能保持高速旋转,是喷雾器最重要的零件之一。

主盖原设计如图1所示,主盖与轴承套一体,存在一体加工工艺复杂、加工难度大、加工时间长、材料损耗严重等问题。改进前的主盖采用6061铝材加工成型,安装轴承位置容易由高速旋转产生振动而松动,影响高速旋转。

通过重新设计,将主盖拆分为主盖和轴承套。新设计的主盖如图2所示,它内部设计有型腔,上部开设多个环形排风口,使气体排出更顺畅。新的主盖设计减少了加工工艺步骤和材料损耗,提高了加工效率。

研究表明,喷碟(或旋杯)转速高,喷漆雾化效果好^[3]。为此,新设计的轴承套如图3所示,材质改用低碳钢材料,低碳钢的刚度、韧性更好,主轴高速旋转下,与轴承配合的结构更稳定、更耐磨。轴承套内环上部与两个轴承外圈固定连接,下侧内环与轴承外圈固定连接,轴承内圈与主轴连接,保证了轴承、轴和轴承套同轴定位,可获得更好的同轴度,为主轴高速旋转提供了更有利条件;主轴限位台阶与轴承内环弹簧套和叶轮固定连接,保证轴向稳定,改善了目前主盖内孔上方安装一个轴承,内孔下方安装另一个轴承,中间用弹簧压紧固定的安装方式,解决了安装轴承孔位因加工、装配误差影响主轴转速的问题。

如表1所示,经实测对比,在相同气源压力下,本实用新型设计(23款)比原设计(20款)转速提高了10%~15%。

2.2 喷头的改进

喷头主要功能是排出带电荷涂料和气体。改进前的喷头如图4所示,它设计简单、加工也容易,但其上的排气管道和涂料管道需要与主盖配合安装连成通道,因而要求在加工过程中确保配合面加工平整度好,安装时孔位要准确,否则容易出现涂料渗漏、气体泄漏等问题。重新设计的喷头如图5所示,它采用一体加工成型,排气管道和涂料管道全部集中在喷头上,能获得更顺畅的排料、排气通道。新设计解决了原管道出现的涂料渗漏、气体泄漏和装配要求孔位准确等问题,使用效果更好。

2.3 喷碟的改进

喷碟主要功能是将喷头排出的带电荷涂料通过通料孔分散再通过喷碟边缘喷出。改进前的喷碟如图6所示,它采用45个通料孔和平面碟状设计,主要存在不容易雾化、雾化颗粒较大和涂料溢出等问题。改进后的喷碟如图7所示,通过将通料孔增加至60个,提高涂料通过性;缩小内腔倾角,增加内腔体积,减少涂料溢出情况;更改喷碟盘面角度,使涂料雾滴更流畅滑动至喷碟顶部外缘;新设计喷碟顶部外缘开设齿口,使喷出来的静电雾滴经过二次击打雾化更细、更加均匀,解决了喷涂雾滴过大、黏附性不好的问题,且降低了涂料损耗。

3 改进效果

通过新型设计,将主盖拆分为主盖和轴承套,轴承套部分原设计用的铝材,现材质改用低碳钢,刚度、韧性更好,与轴承配合的结构更稳定、更耐磨;重新设计主盖型腔、排气孔,使气体排出更顺畅。新型设计中,管道部分全部集中在喷头上,解决了涂料和气体渗漏的问题,获得了更好的使用效果。本实用新型设计中,通过重新设计喷碟,在其顶部外缘开设齿口,使喷出来的静电雾滴经过二次雾化更细、更加均匀,解决了喷涂不均匀、黏附性不好的问题,且降低了涂料损耗。改进设计后的气动静电喷漆雾化器的主体结构如图8所示。

4 结束语

静电喷漆雾化器是静电喷漆系统的关键部件,之前该部件受限于不良的轴承支撑,喷碟转速不快,加之结构不尽合理,雾化不够均匀,喷漆效果不理想。通过改进主盖结构,增加轴承套,重新设计喷头和喷碟,较好地克服了之前的问题,取得了良好的效益。

[参考文献]

[1]汪成榕.静电喷漆[J].电镀与环保,2000,20(4):28一30.

[2]胡伟.汽车涂装车间喷涂设备改造研究与实践[D].重庆:重庆理工大学,2014.

[3]羌龙瑞.拖拉机覆盖件的涂装工艺[J].拖拉机与农用运输车,2002(1):36一39.

2024年第15期第17篇