汽车弹簧减震器阴极电泳涂装工艺设计说明书.docx
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汽车弹簧减震器阴极电泳涂装工艺设计说明书
南昌航空大学
材料科学与工程学院2011级专业课程设计任务书
I、专业课程设计题目：
汽车减震器弹簧的阴极电泳涂装生产线工艺设计
II、专业课程设计任务及设计技术要求：
1、按年产1000万个汽车减震弹簧设计生产线
2、工件材质：
60Si2Mn工件最大重量为1kg（见零件图）弹簧钢弹簧外径：
110mm
钢丝直径：
12.5mm自由高度：
390mm磷化膜厚度（2~2.5）g/m2（约5μm）；
采用黑色厚膜阴极电泳涂装膜厚≥28μm
该涂装线由前处理设备、电泳涂装设备、漆膜固化炉、悬挂输送系统、电控系
统、纯水设备、废水废气处理设备等组成。
3、确定工艺流程，选择前处理各工序的溶液配方及工艺参数（尽量选用节能环保
的工艺技术）和阴极电泳涂料类型。
4、编写工艺设计说明书及工艺卡；利用AutoCAD完成生产线工艺平面布置图（A3）
一张。
5、采用A4纸编写工艺设计说明书及工艺卡，工艺设计说明书编写不少于15页。
III、专业课程设计进度：
1、利用3周查阅相关资料并完成以上全部设计工作内容；
2、第4周周二上午提交初稿，周四上交正式稿，周五课题答辩。
11010132班级学号腐蚀与防护系金属材料工程专业类
学生：
郑宜绘
日期：
自2014.12.15至2015.01.09
指导教师：
周雅系主任：
刘光明
附件一工艺卡
附件二工艺平面布置图
工艺设计说明书
1设计依据
1.按年产1000万个汽车减震弹簧设计生产线
2.工件材质：
60Si2Mn弹簧钢弹簧外径：
110mm钢丝直径：
12.5mm
自由高度：
390mm工件最大重量为1kg
2车间任务和生产纲领
2.1车间任务
工件经前处理后，再进行底漆阴极电泳喷涂，最后喷上一层面漆。
工件需经过两次上下件的循环作业，第一次下件后需进行再次喷涂。
2.2生产纲领
1000+1000×5%=1050万（件）（5%为返工率）
3工艺设计
3.1工作制度
两班制，即一天二班，每班8小时。
3.2年时基数
以年工作日251天计（即365天除去双休日和固定节假日）
工人年时基数：
251×8－（251×8）×11％≈1787（h）
（11％为工人年时基数损失率）
设备年时基数：
251×16－（251×16）×4％≈3856（h）
（4％为设备年时基数损失率）
3.3生产节拍
指每件产品间的间隔时间
t=FK×60/A
式中：
t—生产节拍时间（min/挂）
F—设备年时基数（h）
K—设备利用系数（0.8～0.9，这里取0.88）
A—年纲领（挂/年）
t=3856×0.88×60/（10500000/4）
=0.078（min/挂）
3.4线速度
因工件外径为110mm，为了不让相邻的工件发生重叠，故取吊挂间距d为220mm。
吊挂方式采用一挂四，故年纲领A=1050万挂/年。
V=Ad/FK×60
式中：
V—输送机的计算速度（线速度）（m/min）
A—年纲领（挂/年）
d—吊挂间距（mm）
F—设备年时基数（h）
K—设备利用系数（0.8～0.9）
V=（10500000/4）×0.22/（3856×0.88×60）
=2.83（m/min）
故，线速度取2.85（m/min）。
4技术和设备特点
4.1涂装
1）底漆用阴极电泳涂装，提高耐蚀性。
2）喷漆枪采用德国瓦格纳尔公司生产的自动枪PEA-C4，自动枪喷不到的部位采用人工手动枪PEM-C4补喷。
喷枪不能对喷，必须错开，以防电力线相互干扰。
3）涂料固化采用电能作为加热源。
面漆烘烤时，在升温阶段采用热风对流加热，保温阶段采用热风对流加热辐射方式，既节能，又消除了出现针孔或辐射加热盲点导致的色差的问题。
4）控温系统、保温系统及精密度要求较高的设备需采用国外进口的。
4.2技术特点
根据以上的原则，涂装技术要达到以下标准：
磷化膜厚度（2-2.5）g/m2（约5μm）：
采用黑色厚膜阴极电泳涂装膜厚≧28um
如图4-1。
图4-1
5工艺过程及工艺参数
5.1前处理电泳工艺
生产准备→半成品检验→装挂→预脱脂→脱脂→热水洗→冷水洗，纯水直喷→表调→磷化→水洗，纯水直喷→阴极电泳→一次超滤水→二次超滤水→去离子水洗→电泳漆烘干→强冷
5.2面漆工艺
打磨擦净→中间转挂→面漆喷涂→烘干→冷却→工件下线→质检（→返修）→包装。
主要工艺流程如图5-1。
图5-1
5.3工艺参数
前处理联合清洗机采用3工位通过式，其工艺参数以及各工序参数设计见表5-1和表5-2。
表5-1涂装前处理工艺设计
序号
工艺名称
处理方法
处理时间（s）
温度（℃）
前沥
（mm）
工艺段（mm）
后沥
（mm）
小计
（mm）
1
预脱脂
喷淋
120
55～65
1500
3000
1100
5600
2
脱脂
喷淋
120
55～65
1500
3000
1100
5600
3
热水洗
喷淋
60
50～60
600
1500
1100
3200
4
冷水洗
喷淋
60
RT
750
1500
1100
3350
5
表调
喷淋
90
20～35
750
2250
1100
4100
6
磷化
喷淋
60
RT
750
1500
1100
3350
7
冷水洗
喷淋
60
RT
750
1500
1100
3350
合计：
28550
6工艺技术说明
6.1工件上线
进入前处理线的工件表面允许有油脂，但不允许有锈蚀现象，在手工清理工位将对局部油污较严重处进行手工清除，并将工件挂上悬链进入前处理电泳线。
6.2脱脂
本工序为彻底清除工件上油脂而设置的，槽液温度60℃～80℃；PH10～12，处理时间为2分钟，处理槽的槽体为碳钢制作，槽内设置蒸汽加热管组，槽液的温度将由人工设定；仪表自动控温，保持所需的处理温度。
每天在脱脂槽中补充适量药剂，脱脂槽液定期更换排放，并冲洗干净后再泵入新鲜的脱脂液，槽体设有保温层以防止热能的无效散失。
除油浸槽每小时循环3--4次。
脱脂剂配方及工艺条件如表6-1。
表6-1
组分及条件
Na3PO4.12H2O
Na2CO3
Na2SiO3
pH
T/℃
含量（g/L）
15-30
15-30
10-20
10
60-80
固定槽尺寸、数量的确定：
槽体长度：
L=nL1+（n-1）L2+2L3式中
L——槽子的长度；
n——沿槽长方向的挂具数；
L1——沿槽长方向的挂具宽度；
L2——沿槽长方向挂具间的距离（30~100mm,这里取80mm）；
L3——挂具边缘至槽壁的距离（100~200mm,这里取150mm）。
代入n=4,L1=110mm，L2=80mm，L3=150mm，得L=980mm据常见镀槽尺寸，选L=1500mm。
槽体高度：
h=h1+h2+h3+h4式中
h——槽子高度；
h1——挂具工作部位（工件）的高度；
h2——挂具（工件）下端距槽底的高度（100~200mm,这里选150mm）；
h3——挂具（工件）上端距液面的高度（80~100mm,这里选100mm）；
h4——液面至槽沿的距离（100~150mm,这里选150mm）。
代入h1=500mm，h2=150mm，h3=100mm，h4=150mm得h=900mm，
选择h=1200mm。
槽体宽度：
由常见槽体尺寸和上述槽长、槽高确定槽宽为b=1000mm。
脱脂中常见问题及解决方法如表6-2
表6-2
问题
产生原因
解决方法
脱脂效果不佳
1.脱脂剂选择不当
2.脱脂时间太短
3.脱脂温度偏低
4.喷淋压力太低
5.脱脂后水洗不彻底
1.更换脱脂剂
2.延长脱脂时间
3.提高温度
4.提高喷淋压力
5.加强水洗，水洗水要连续溢流
6.3水洗
水洗工序中采用工业水对工件进行浸洗和喷淋洗涤，设补加水的手工阀及溢流设施，随生产量的大小人工调节补水量。
采用热水洗的工序中槽体将有保温层，以防止热能的无效散失，在槽体内设置有蒸汽加热管道，槽内热水温度为40℃～50℃，槽体内壁涂刷防腐涂料。
（在本设计中，水槽一般不考虑加热。
）槽体尺寸如脱脂槽（L=1500mm，W=1000mm，H=1200mm）
6.4纯水洗
本工序采用的喷洗水，是已去除各类杂质离子的纯净水，在常温下对工件进行清洗，用以保持电泳槽液不致污染，并可提高电泳涂层的综合性能，纯水清洗槽由碳钢制成，内壁涂有玻璃钢涂层，以保持槽液不被污染，输送管道采用不锈钢材料制作。
供给的纯水电导率，应在，5～20μs/cm2之间。
槽体尺寸如脱脂槽（L=1500mm，W=1000mm，H=1200mm）
6.5表调
在水洗液中加入浓度为0.1‰～0.2‰钛盐，在常温下使用，可以促使工件表面得到致密的磷化膜。
该槽体由碳钢制成。
在入槽前，采用表调液冲洗，可提高活化的能力，喷淋压力为1.0--1.5帕；表调浸槽槽液每小时循环2次。
槽液的输送采用不锈钢管道。
表调液的组成如下：
K2TiF6适量
H2O余量
Na5P3O103g/L（三聚磷酸盐）
Na2HPO41g/L（磷酸一氢盐）
槽体尺寸如脱脂槽（L=1500mm，W=1000mm，H=1200mm）
6.6磷化
工件的磷化采用中温型磷化液，工件进行浸式磷化处理。
磷化液的组成（采用锌镍锰系磷化）
Zn（H2PO4）60-80g/L;Zn（NO3）280-100g/L
Mn（NO3）215-30g/L;Ni（NO3）20.5-1g/L
TA80-110点FA3-4点
T:
60-70℃t：
3-5min
处理时间：
3分钟
工作液的温度：
50℃～55℃
槽体由碳钢制成内壁涂敷玻璃钢，槽外设绝热层保温。
槽液的输送采用不锈钢管道。
槽体设外部循环系统及二级加热系统，可最大限度提高热效率，并减少槽液结渣和减少日常的设备维护保养的工作量，二级加热装置中的板式换热器，还设有专用的清洗系统，可保持热交换器及其管路系统的良好工况。
槽体尺寸如脱脂槽（L=1500mm，W=1000mm，H=1200mm）
磷化后水洗槽，作为临时储液槽，以供主槽清理时槽液存放用。
设备设有连续滤渣设施，可保持槽内溶液含渣量较低。
加料装置可在每班定时测定槽液成份后，补加槽液用。
工件出槽时，采用磷化液喷淋，喷淋压力为1.0--1.5帕；表调浸槽每小时循环2次。
磷化槽每小时循环3--4次，层流。
磷化装置设有温度自动控制装置，保持槽液的工作温度稳定，槽体上部的罩壳通道内，壁涂有1毫米厚的玻璃钢涂层，罩壳通道还设有送风及排风装置，以保持工件表面不被污染和保持车间厂房内的空气清洁。
6.7前处理液温的控制
采用蒸汽和热水加热，周末停工48小时后各槽液体的温度设定如下：
预除油：
12℃
除油：
28℃
磷化：
27℃
在此条件下，各槽槽液温度升至工艺温度所需时间为2小时，工艺温度及加热方式如图6-3所示。
表6-3各工艺温度及加热方式
预除油
除油
磷化
温度
50℃
60℃
60℃
加热方式
蒸汽间接加热
蒸汽间接加热
蒸汽两级间接加热
6.8电泳
本工序采用的是阴极电泳，工件处在负电位。
工件电泳时间：
3分钟
工作槽液温度量：
26℃～30℃
电泳工作电压：
约150V～250V
电泳干漆膜厚度：
18～22微米
电泳槽的两侧设有走步平台以便工作人员对电泳槽体设备进行检查和维修保养。
电泳槽的槽体用碳钢焊制，内涂5～8毫米厚的绝缘防腐层，该涂层外表面光滑平整，并能通过15000伏的耐高压试验。
电泳槽设有漆液循环系统。
槽液维持不间断循环，要求循环次数>16次/小时（增效）。
当电泳漆投入槽中以后该系统将不间断的工作，因此为了保证不停机，应对该系统配置“备用电源”。
槽内漆液将按一定的方向保持运动，液面的泡沫将被流口流入电泳槽副槽内。
电泳槽液100%过滤，过滤精度为25微米。
电泳漆槽的冷却系统，是为了保证槽液正常工作温度而设置的，其最大制冷量是以夏季电泳工作时的发热量为设计依据，冷却系统生产出低温水经过板式交换器冷却漆液。
该系统包括冷冻机组，冷却水循环系统，冷却塔等。
阳极采用全套板式电极，内有不锈钢制的阳极并与整流器的阳极相联接，阳极板的外面为电渗析膜，及保护网套，阳极罩内有循环阴极液，对电极板进行冷却及调整电极液的pH值参数。
电泳槽所采用的泵均为双机械密封防腐泵，并设有密封冷却系统的水接口及相应的循环系统。
电泳漆成分一般都是水溶性树脂类化合物，常用的是环氧树脂电泳漆。
此处还有腰果树脂电泳漆，氨基环氧树脂阴极电泳漆电泳调漆及补漆系统，每天由操作人员根据当天的电泳漆消耗量，进行原漆的调制及补加，补漆的操作宜在每个工作班次完成后进行，其设备有搅拌桶，输液泵及相应的管路系统。
电泳漆储罐为钢制储罐，内壁涂防腐涂层3毫米厚，储罐内设一组搅拌喷嘴，该储罐用于电泳槽清理或维修时存放电泳漆液，当电泳槽清理完毕以后，再由漆泵将电泳漆打回电泳槽中，漆罐用纯水清洗干净以后待下次再用。
电泳整流变压器将外电源电压（暂定～380伏）变为250伏左右，供给电泳整流器，整流器将提供合适的直流电压给电泳槽，最大额定电流为1200A
电泳槽的入口门设置电气联锁，电泳装置工作时不允许工作人员随便进入，并在工作时设警灯指示。
电泳槽规格尺寸：
高度：
H=h+h1+h2+h3+h4=500+250+200+200+240=1390mm
h为挂具工作部位的高度；
h1为工件距槽底的距离200-250mm；
h2工件距液面的距离100-200mm；
h3液面距槽沿的距离150-200mm；
h4为主槽槽体高度，一般为200-240mm
长度：
L=2×H/tanα+vt=2×1.39/tan35+2.85×3=14.42m
H为主槽高度；
α槽体两端的倾斜角；
V悬链运行速度；
t是电泳时间
宽度：
B=b+2（b1+b2+b3+δ）=110+2（150+80+100+300）=1370mm
b挂具工作部位的宽度；
b1工件至电极间的距离一般为150mm；
b2电极到槽内壁间的距离一般为80mm；
b3槽外壁到支撑型钢外沿的距离一般为90-100mm；
δ为槽壁夹套厚度，一般为150-300mm
6.9电泳后喷淋
该喷淋清洗段设有一台超滤装置，从电泳漆中透过的超滤液不断产出，以对工件进行清洗，出水量将满足工件清洗的需要。
超滤液出水量为800升/小时；PH2--11，
超滤液喷洗工序中共设三次喷洗，采用逆流方式工作，超滤液最后经槽上喷淋回入电泳槽中，工件经三次超滤水洗后最后进行两道纯水喷洗。
电泳后的超滤不仅减少了环境的污染,而且使电泳漆得到了回收,降低了生产的成本。
超泳装置生产的超滤液将由一储槽储存备用，超滤装置采用全套进口设备，设有反冲洗清洗系统，定期对超滤器进行清洗。
电泳后清洗槽液100%精过滤，每小时2--3次。
6.10制纯水设备
该设备将工业水经过离子交换柱处理后去除水中的杂质离子成为去离子（纯水），出水量将满足工艺的需求，该设备另配备有一个“储水槽”以便存放生产出的纯水。
纯水的电导值：
≤5μs/cm2
纯水的使用点：
（1）前处理结束后的浸喷淋。
（2）超滤以后的喷淋。
（3）电泳调漆。
（4）超滤水的制作。
（5）电泳循环泵密封槽。
（6）电泳极板极液槽。
该装置还配备有输水管道及供水泵，将纯水送到上述各使用点，槽液的输送采用不锈钢管道；有些小口径管道也可以采用PCV材料制作。
根据设计计算，前处理最大用量约为1.65t/h，电泳用量也大致一样，估计选择一台制水能力为4t/h的纯水装置就可以了。
6.11电泳漆烘道
烘道由碳钢骨架及保温壁板构成，采用天然气加热热风循环的方式，烘干室设有一个排风口，可将部分废气排放，另设有一个进风口把经过滤的补充空气吸入烘道。
烘道为桥式“U”结构。
升温时间为90分钟。
烘道烘干温度：
180℃
工件烘干时间：
30分钟
废气排放高空直接排放，按5.2kg/m2进行排放；本参数为一般设计参数，要与油漆制造商和环保部门协调认可。
出口和入口温度，不超过35℃；烘干室循环量6--8次左右/分钟。
烘干室（连续式单行程）规格尺寸：
长度：
L=l1+l2+l3=2.85×3+2+2=12.55m
l1=vt
V是悬挂输送机的速度，
t为烘干时间，
l2为进口区长度，一般为2-4m，
l3为出口区长度，一般为2-4m
宽度：
B=b+2R（n-1）+2b1+2b2+2δ=0.8m+2m+0.5m+0.3m=3.6m（单行程n=1）
b挂具工作部位的宽度
高度：
H=h+h1+h2+h3+δ1+δ2=0.8+0.5+0.4+0+0.1+0.1=1.9m
h为挂具工作部位宽度，
h1为工件顶部至烘干室顶部的距离，
h2工件底部至风管的距离，
h3循环风管的截面高度，
δ1烘干室顶部保温层厚度，
δ2烘干室底部保温层厚度
6.12面漆喷漆室（通过式）
根据环氧底漆与丙烯酸聚氨酯涂漆配套性，选择丙烯酸聚氨酯面漆（色漆），而金属面漆是用纯色漆与铝粉等金属颗粒调配成金属漆它是一种双组分丙烯酸聚氨酯涂料,同BF-4002丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆比较,耐候性略差,但优于普通聚氨酯、橡胶类、乙烯类涂料。
喷漆室采用上送风、下抽风的液力旋压式喷漆室，该室体由碳钢材料制成，顶部送入经处理后的洁净空气，室体下部设排风装置，室体内含漆雾的空气经液力旋压器的强烈洗涤后95%以上的漆雾将被水吸附带到循环水池中进行漆水分离。
水泵装置由水泵、调节阀门及液位计等组成，能自动调节水池内的水位以满足喷漆室的正常供水，水池内设置废漆渣分离回收设施，分离后的干净水再泵入喷漆室中继续使用。
水池内的漆渣定期由人工收集，集中处理；水池内的水液中每天经测试后加入适量的凝聚剂。
喷漆室的空调送风系统按照喷漆室内的喷涂区风速0.5m/s设计，送风系统将经过二级过滤的洁净空气，均匀地送至喷漆室内。
送风空调装置由过滤段、检修段、风机段、加热段、消音段等组成。
喷漆室的照明装置采用高效荧光灯组成的灯箱装置。
喷漆室、打磨室、擦净室等的照度按照GB14444-939.4.1条规定不低于500LX。
喷漆室设有向外开启的安全门，便于操作人员进出。
此外相应部位设有检修门和便于装卸、清理的格栅板。
所有声源均设有降噪、隔噪、减振、吸振设施。
排风风速将保证风速在15--17m/s范围内。
注：
采用三条生产线喷涂
6.13面漆烘干室
该室体由碳钢骨架及保温壁板构成，采用天然气热风循环加热的方式，烘干室设有一排风口，可将部分废气排放，另设有一个进风口把经过滤的补充空气吸入烘道。
烘道的最高工作温度为140℃，烘干时间为30分钟。
烘道为直通式结构，两端设置有风幕，以进行隔热。
升温时间为60分钟。
在烘干室内工件的温度在不同点测量，温差应在5℃范围内。
烘干室外表温度，不高于环境温度15℃。
废气排放按每小时3.26kg/m2进行排放，本参数为一般设计参数，要与油漆制造商协调认可。
根据目前烘干室先进的循环方式，烘干室使用气流搅拌器进行空气对流；与全循环对流系统相比能耗降低，因采用内循环可提高烘干室内的清洁度。
其最大优点是增加了热空气循环量以保证工件温度均匀。
烘干室总循环量4--6次/分钟左右。
6.14空调系统
本系统涉及到喷漆室供风。
喷漆室调温（仅升温）、调湿。
温度20--28℃可调，湿度65--75%（相对湿度）。
当夏季环境温度在32℃时，由于调湿效果，喷漆室温度可维持在28±2℃。
6.15漆料供给系统
本系统包括调漆系统、高压输送泵。
设调漆、储漆间，漆料按工艺要求输送到每一个模组。
所有漆料储备为满产两天储备量。
色漆、金属漆输漆泵压比值为1：
3。
系统都配置管路系统及相应手工出口模组、喷漆枪以及涂胶枪。
所有相关工位都需配置压缩空气管路。
6.16输送装置
输送系统由悬挂输送机、轨道吊装架、工件吊具、安全网等部分组成。
悬挂链输送系统采用承德市悬挂链输送机生产厂生产的产品（高温高强轮），包括轨道、模锻链条、驱动器、张紧机构、自动注油器、变频调速器等。
在适当的位置设置接油盘，以免油滴于工件上。
设有伸缩轨和检查轨，以及链子急停装置。
全部连续运行输送设备在人工操作部位均设有急停控制按钮，可防止意外事故发生时的应急停线。
6.17电控装置
全线采用集中与分散相结合的控制方式，采用PLC技术进行控制。
PLC装置为进口的日本三菱公司FX2系例产品，PLC将完成下列控制功能：
启动/停止自动状态；监测故障；监测各种工艺参数等。
PLC安装在所控制设备的电控柜内，电柜门上留有观察窗。
设中央控制室。
操作人员在中央控制室工作台上实行全线集中操作，并通过设在操作台的模拟显示屏实行全线监控。
其他的电控元器件均为进口的德国西门子公司产品。
特别是烘房电控柜中的大容量空气开关为西门子公司的EM系列产品；质量可靠、操作简便。
电气系统符合下列规范，健康和安全工作条例（1974）及工作用电规定（1989），
6.18消防设施
喷漆室的附近应设气体及干粉消防器材。
车间设计有消防通道，车间的外围应按国家标准设置消防水龙头接口。
油漆车间与其他车间的通道门，应是防火门，或取消不应有的通道门。
全淹没CO2系统用于调漆间及贮漆室的灭火和抑爆。
7废物处理设施
7.1废水处理工艺流程：
根据国内情况来看，可将废弃物委托专门工厂处理［2］
注意事项：
a.谋求资源的有效利用，减少废弃物的发生量
b.考虑资源回收，再利用
c.应将废弃物分类收集，并按废弃物种类采用最适宜的处理方法
d.防护火灾等事故
7.2废气处理
废气主要来源于前处理废气、喷漆室和烘道排出的废气，这些排入大气之前，应经过除尘器的净化处理。
可以用活性炭吸附法净化氮氧化物废气。
8车间组成、面积和人员
8.1车间组成
涂装车间按工作性质和设备布置生产部分和辅助部分。
生产部分包括：
前处理间、磷化间、静电喷漆间等。
生产辅助部分包括：
电源室、通风室、化学药品室、辅助材料室、挂具维修间、零件库、化验室、技术工艺室、废水处理池、纯水制备、空压机等。
生活间包括办公室、资料室、会议室、更衣室、浴室、厕所等。
8.2面积分布
各部分面积见表8-1。
表8-1面积分布
部门名称
工艺名称
面积（m2）
备注
生产部门
前处理生产区
30
磷化及其生产区
电泳及其生产区
喷漆及其生产区
小计
生产辅助部门
维修区
电源间
储存区
小计
办公
生活部门
办公区
生活区
小计
车间总面积
1728
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