挂镀锌自动生产线自动吹干系统的改进

张小勇*，潘雄，韩秀台，曹聚涛，陈亚辉，刘新伟，李艳娜，张雄，崔仲良

（河南北方星光机电有限责任公司，河南 邓州 474150）



挂镀锌自动生产线自动吹干系统的改进

张小勇*，潘雄，韩秀台，曹聚涛，陈亚辉，刘新伟，李艳娜，张雄，崔仲良

（河南北方星光机电有限责任公司，河南 邓州 474150）

介绍了某电镀锌自动线上自动吹干系统的设计及后续两次改进的过程，解决了镀锌钝化后吹干效果不佳所引起的胶点、色差等质量问题。

电镀锌；钝化；自动生产线；吹干系统；镀层缺陷

First-author's address: Henan Beifang Xingguang Electromechanical Co.， Ltd.， Dengzhou 474150， China

影响镀锌件外观质量的因素非常多，特别是镀后处理过程中，镀件的色差常遭受客户抱怨，甚至招致退货，而胶点问题会影响主机厂装配。在镀锌后处理（如钝化、封闭）过程中，工件在进入烘箱干燥前需要吹掉工件表面多余的水分（即工件表面明显的水珠），否则烘干后的六价铬彩色钝化工件挂水部位与其他部位有明显色差，挂钩处易掉膜，封闭后的三价铬钝化工件挂水部位则易产生胶点，其他钝化膜挂水部位会有明显痕迹，俗称“水印”。为了防止以上镀后疵病的发生，需要在自动线上设置自动吹干或手动吹干系统，确保工件的吹干效果。

手动吹干系统的吹干效果比自动吹干好，但是要浪费更多的时间，使生产节拍相应地延长。因此为了提高挂镀锌自动线的生产效率，常在自动线上设置自动吹干系统。

笔者所在公司有一条典型的碱性挂镀锌自动生产线，建于2002年。由于当时技术条件的限制，再加上在设计吹干系统时存在先天缺陷（吹干槽两侧未预留任何空间，只能将吹干装置安装在吹干槽内部），使该线的自动吹干系统自正常投产以来，吹干效果不佳，且故障率高。2013年9月曾对其进行了改造，但投入使用不到半月，吹干效果依旧不佳，故障频繁。2014年下半年，随着麦格娜、凯毅德、KCZ、岳阳万力等许多重要客户对电镀质量的要求越来越高，均不允许彩钝膜有大的色差，封闭后的三价铬彩钝工件不允许表面有明显的胶点、胶印等，于是不得已在自动线上增加了手动吹干，每个节拍延长3 min，导致生产能力不足。因此，自动吹干系统成了制约电镀生产的瓶颈，急需对该系统进行改造，提高自动吹干效果，提升电镀生产能力。然而在吹干槽内部设计吹干系统，空间狭小，给改造带来了困难。为此，对该系统进行了多次改造，才最终达到了预期的目标。现将改进方案及效果予以总结，供同行参考。

1　挂镀锌自动线自动吹干系统的最初设计方案

该挂镀锌自动生产线投产于2002年底，由于建线时槽的设计存在先天缺陷，导致吹干装置只能设置在吹干槽内部，参观其他电镀厂时发现吹干装置均设置在吹干槽外。将吹干装置设置在槽外有以下优点：避免槽液（清洗水、封闭剂等）落在吹干系统的传送装置上，且传送装置在槽外便于维修和维护。该自动吹干槽的内部尺寸为：长3 000 mm，宽780 mm，高1 500 mm。

气嘴支架在电机正反转的驱动下利用钢丝绳传动做往复运动，吹干工件表面残留的水珠。具体方案见图1。

图1 自动吹干系统的最初设计方案Figure 1 Preliminary design scheme of automatic drying system

1. 1 机械部分的最初方案设计

整体机械传动部分采用电机带动钢丝绳，钢丝绳牵引双侧气嘴支架南北移动。在槽体南端上方V型座导轨上安装一驱动电机（见图2），电机上有一开了2个槽的轮，在槽体高度1/2处的4个角安装4个可以随意转动的滑轮；在槽体南端高度的1/2处，电机的正下方安装2个滑轮。将直径3 mm的钢丝绳绕电机的轮2周后，沿槽体南端的滑轮分别固定在东西2个气嘴支架的中央，尔后用另一根钢丝绳沿槽体北端的滑轮分别固定在东西2个气嘴支架的另一侧。安装时确保槽体4个角上的4个滑轮在一条水平线上，驱动电机一侧正下方的2个滑轮用来改变钢丝绳从垂直到水平的牵引方向，确保气嘴支架在钢丝绳的牵引下匀速运动（见图1）。

图2 自动吹干系统驱动电机的安装方式Figure 2 Installation of the motor of automatic drying system

气嘴支架的安装：气嘴支架放置在直径20 mm的2根水平的圆柱形导轨上做往复运动。气嘴移动支架采用6分钢管制成，在朝向槽体中央的一侧开有直径10 mm的孔安装气嘴，双侧气嘴的数量共计72个。

进气管与气嘴支架的安装连接方式：进气管采用外径40 mm、内径26 mm的橡皮软管双侧进气（见图3），沿槽东西两侧底部进入，接在气嘴支架上。由于进气橡皮软管要随气嘴支架做往复运动，为了防止橡皮软管在气嘴移动过程中偏向槽体中央而被挂具挂坏，只能将橡皮软管卡在直径20 mm的2根水平的圆柱形导轨的内侧，并用挡板固定。

1. 2 控制部分

在槽体的南端两侧距槽沿100 mm处安装接近信号开关和限位开关，两个开关的方向与水平方向平行。当东边的气嘴支架移动到槽体南侧，感应到接近信号开关时，西边的支架正好移动到槽体北端，此时电机反转；当西边的气嘴支架移动到南端的接近开关时，东边的气嘴支架刚好移动到槽体的北端，此时电机正转。

图3 自动吹干系统进气示意图Figure 3 Schematic diagram showing air inflow of automatic drying system

限位开关的作用是防止意外情况发生。若气嘴支架的定位片偏离接近开关的检测距离，则南北气嘴支架移动到槽体南端接近开关处，由于接近开关未接收到信号，将继续向南移动，定位片撞到限位开关后，电机停止工作，待该故障排除后，才能恢复正常运行。

采用电磁阀控制吹气时间。当有工件放入吹干槽后，采用 PLC（可编程逻辑控制器）控制电机正反转，同时打开压缩空气进气电磁阀（压缩空气压力范围0.4 ～ 0.6 MPa），气嘴有了压缩空气；当行车将工件从吹干槽移向下一个工位后，电机停止工作，同时进气电磁阀关闭。

1. 3 使用过程中存在的问题

上述最初设计方案在使用过程中故障频繁，主要存在以下问题：

（1） 系统运行稳定性差，气嘴支架易冲过信号开关。长度为3 000 mm的直径20 mm的2根水平的圆柱形导轨经长时间使用，中间部位变形，导致气嘴支架在移动过程中东西偏移幅度大于接近开关的检测距离后，气嘴容易冲过接近开关，电机停止运行，导致吹干系统停止工作。

（2） 用于牵引气嘴支架移动的钢丝绳易脱落。气嘴支架的来回移动采用钢丝绳牵引，在气嘴移动过程中，钢丝绳受力松弛后易从滑轮上脱落，导致吹干系统停止工作。

（3） 钢丝绳在图2中电机附带的轮中相互摩擦，易拉断。

（4） 气嘴支架易在移动过程中滑出导轨。

（5） 吹干气嘴偶尔被挂具挂掉。

（6） 整体吹干效果差。

2　挂镀锌自动线自动吹干系统的初步改进方案

该线初建时，由于产量较高（自动吹干节拍时间为7 ～ 8 min/飞巴、7挂/飞巴，手动吹干节拍时间为10 ～11 min/飞巴、7挂/飞巴），生产能力明显富足。在自动吹干效果不好的情况下，可以采取增加手动吹干，每天两班制就能按时完成生产任务。但自2006年以来，电镀件逐渐增多，且年产量有递增趋势，需三班制不停生产才能满足市场的需要。随着客户对电镀件外观的要求越来越高，自动吹干系统已经成为了影响电镀质量的关键因素，是制约电镀产能的瓶颈问题。于是2013年9月对该自动吹干系统进行了改进。由于自动控制部分没有问题，因此当时只对机械传动部分和吹气部分进行了改造。

自动吹干系统初次改进方案示意图见图4。

2. 1 初步改进方案

（1） 提高设备运行稳定性：将长度为3 000 mm的直径20 mm的2根水平的圆柱形导轨改为30 mm × 50 mm × 3 000 mm的矩形导轨；气嘴支架由1 100 mm × 600 mm（长 × 宽）改为1 100 mm × 330 mm，由6分钢管改为30 mm × 30 mm方管。

（2） 钢丝绳易从滑轮上脱落的改进：将位于槽体上方的驱动电机安装在槽体南端槽外，水平传送钢丝绳（见图5）。

图4 自动吹干系统的初次改进方案Figure 4 Scheme of preliminary improvement for the automatic drying system

图5 用驱动电机带动连杆上带有槽的轮转动Figure 5 Motor-driven rotation of the wheel with groove on connecting rod

（3） 直径3 mm的钢丝绳易拉断的改进：将用于传动的钢丝绳的直径由3 mm改为5 mm。

（4） 加大双侧喷嘴之间的间距，由410 mm加宽至450 mm（即普通水洗槽的宽度）。

（5） 整体吹干效果改进：将开口直径为1 mm的气嘴改为能吹扇形风的气嘴（内径6 mm），改后的气嘴宽度小于0.2 mm（见图6）；将气嘴数量从原来的72个增加至84个。

（6） 将原先单侧槽壁一根橡皮管进气改为槽底3根蛇形管进气（见图7）。

2. 2 改进后的自动吹干系统仍存在的问题

经改进的自动吹干系统使用半月后因故障依旧频繁、吹干效果差而停止使用，主要存在以下问题：

（1） 由于气嘴风量小，吹干效果差。虽然输送至气嘴的进气管口径小（外径13 mm），然而每侧槽壁的气嘴有42个之多。经过分析确认，气嘴风量小的主要原因是：蛇形管盘的圈数多，使压缩空气在蛇形管内有阻力而流速不够，再加上气嘴开口过小，使最终气嘴吹气量小，气嘴吹出的压缩空气不能有效地作用在工件上。

（2） 钢丝绳易脱落。气嘴支架的来回移动采用钢丝绳牵引，在气嘴移动过程中，钢丝绳受力易从固定在气嘴支架的卡子上脱落，导致吹干系统停止工作。

（3） 气嘴支架易在移动过程中滑出导轨。

（4） 进气管（外径13 mm）易脱落。

图6 将普通气嘴改为吹扇形风的气嘴Figure 6 Changing the ordinary nozzle with the one blowing fan-shape stream of air

图7 将进气管由1根40 mm橡皮管改为3根直径13 mm的蛇形管连接Figure 7 Changing the single 40 mm rubber pipe to three connected 13 mm coiled pipes for air inlet

2. 3 小结

本次改造将鸭舌型气嘴改为扇形风气嘴，开口为0.2 mm，吹气的效果极差，连改造前的吹气效果都不如。将导轨由3 000 mm长、直径20 mm的圆柱导轨改为30 mm × 50 mm × 3 000 mm的矩形导轨后，用于气嘴支架移动的塑料导向轮槽由半圆形改为方形，槽深8 mm，但是仍存在气嘴支架滑出方形导轨的问题。进气管由外径40 mm、内径26 mm的橡皮软管改为外径13 mm的蛇形伸缩管后，蛇形伸缩管易脱落。因此本次改造未能达到预期效果。

3　挂镀锌自动线自动吹干系统的二次改进方案

3. 1 二次改进方案

初次改造后的自动吹干系统没有达到预期的效果，表面处理产能依旧严重不足，为了按时完成交付，不得不将一部分需要电镀的零件外协加工。为了解决目前该自动吹干系统存在的缺陷，计划再对吹干系统进行改进，具体方案（见图8和图9）如下：

图8 自动吹干系统二次改进方案侧视图Figure 8 Side view showing the secondary improvement scheme of automatic drying system

图9 自动吹干系统二次改进方案俯视图Figure 9 Top view showing the secondary improvement scheme of automatic drying system

（1） 改善气嘴风量，提高吹干效果。计划将吹干气嘴的进气管外径由13 mm改为40 mm（橡皮软管）。气嘴数量由单侧42个改为22个。气嘴开口需要增大，有待进一步试验验证。另将进气管由蛇形管改为直管，确保进风量。

（2） 将用于牵引的钢丝绳改为链条（规格为10A-1）传送，确保吹干系统运行稳定（见图10和图11）。

（3） 提高吹干系统的稳定性和可靠性。计划将用于气嘴支架移动的导向轮槽深由8 mm改为15 mm，确保气嘴支架在移动过程中不脱离方形导轨（见图12）。

图10 自动吹干系统传动部分二次改进前后图片Figure 10 Photos showing the transmission part of automatic drying system before and after secondary improvement

图11 二次改造后的自动吹干系统槽外机械传动部分Figure 11 Mechanical transmission outside the bath of automatic drying system after secondary improvement

（4） 进气管平铺于槽底，为了使其在气嘴支架移动过程中转动灵活，进气管与气嘴支架的连接采用旋转接头（HD型，规格DN25，右旋向）连接（见图13）。槽底西边的进气管连接东边的气嘴支架，东边的进气管连接西边的气嘴支架。

二次改造后的机械传动结构如图14所示。

图12 用于气嘴支架移动的塑料轮槽Figure 12 Groove supporting the plastic wheel for the motion of nozzle holder

图13 连接进气管与气嘴支架的旋转接头Figure 13 Rotary joint connecting the air inlet pipe and nozzle holder

3. 2 二次改进方案的效果

经过二次改造后的自动吹干系统，整体吹干效果比前几次都要好，达到了预期的效果，其整体效果见图15。经测试，机械部分用链条传动的稳定性比改造前好了很多，但吹气部分将气嘴开口由0.2 mm改为0.5 mm后，气嘴的吹气量依旧很小，吹干效果与原来相比提升不明显，于是将气嘴的开口再由0.5 mm扩至1 mm，气嘴的吹气量和改造前相比有了明显提升。通过生产线上对工件自动吹干效果的验证，确定了一般件自动吹干7挂的时间为3 min（一般件指平板件、单头折弯的杆件、基板）。至于壳体、容易积水的基板、两头折弯的杆件，仍需要手动吹干。

图14 二次改造后的机械传动结构Figure 14 Structure of mechanical transmission after secondary improvement

图15 自动吹干系统二次改造后整体内部结构Figure 15 Whole internal structure of the automatic drying system after secondary improvement

3. 3 PLC程序的改进

由于该线的设计特点，六价铬彩色钝化件、军绿色钝化件、黑色钝化件自动吹干时间为2 min，三价铬彩色钝化 + 封闭的工件自动吹干时间为1 min。若三价铬 + 封闭的工件入烘箱之前下部挂水部位有明显水珠，烘干后的工件将有明显胶点，而彩色钝化、军绿色钝化、黑色钝化将有明显水印，导致色差。另外，改造后的吹干系统由于银白钝化吹干时间不够，吹干效果依旧满足不了生产的需求。为了使自动吹干时间达到3 min，确保自动吹干效果，尚需对二班自动线C行车进行程序改进。

3. 3. 1 银白色钝化工件自动吹干时间短的原因

彩色钝化、军绿色钝化、黑色钝化的工艺路径如下（将吹干槽作为交换槽）：

因此银白钝化工件自动吹干时间只有1 min，而其他钝化工件自动吹干时间有2 min。

3. 3. 2 银白色钝化程序的改进

银白色钝化程序的改进方案如下：

修改后的银白钝化自动吹干时间与其他钝化一样，都只有2 min。由于经过试验验证，要使工件下部的水珠完全吹干需要3 min，于是对PLC的程序作如下改进：行车使烘干后的工件出槽后，在自动吹干工位停留1 min，待自动吹干时间到了3 min后，再将吹干槽中的工件放入烘箱。

4　效果评价

4. 1 二次改造后的效果

经二次改造的自动吹干系统的自动吹干效果有了明显提升，压缩空气在0.4 ～ 0.6 MPa压力下测试的数据如下：

（1） 某锁销部件三价铬钝化 + 封闭后自动吹干2 min，观察工件表面仍有少许水滴，又吹干了1 min，表面基本吹干了，无明显水珠，烘干后合格率可达到98%以上。

（2） 某壳体六价铬彩色钝化后自动吹干3min，烘干后下部有轻微水印，100%合格。

（3） 某基板部件镀后三价彩色钝化 + 封闭，自动吹干3 min，烘干后合格率达到了99%。

通过以上数据可以看出，改造后的自动吹干系统在0.4 ～ 0.6 MPa的压力下，自动吹干时间3 min，完全可以代替人工手动吹干。

4. 2 表面处理产能提升效果的评价

改造后的自动吹干系统投入使用，可以使自动线的生产节拍由原来的11 ～ 12 min缩短至8 ～ 9 min，从而提高了生产能力，为顺利完成公司的市场交付提供了可靠保障。改造前后的产能对比见表1。

表1 自动吹干系统改造前后的产能对比Table 1 Comparison of productivity of automatic drying system before and after improvement

从表1可以看出，自动吹干系统改造后锁销部件每月增产58万件，年增产696万件，而卡板每月增产97万件，年增产1 164万件。

5　结语

对于自动吹干效果差导致的电镀疵病，除了操作者的因素之外，设备也是关键。从上述效果评价可以看出，改造后的自动吹干系统达到了预期的目的，取得了良好的效益，提高了一次下线合格率，保证了生产进度，为按时完成交付提供了强有力的保障。

［ 编辑：温靖邦 ］

Improvement of automatic drying system of an automatic rack zinc electroplating line

ZHANG Xiao-yong*，PAN Xiong， HAN Xiu-tai， CAO Ju-tao， CHEN Ya-hui， LIU Xin-wei， LI Yan-na， ZHANG Xiong， CUI Zhong-liang

The design and subsequent twice improvements of automatic drying system for an automatic zinc electroplating line were introduced. The quality problems of passivated zinc coatings such as glue spot and color difference caused by poor drying effectiveness were solved.

zinc electroplating； passivation； automatic production line； drying system； coating defect

TQ153.15

B

1004 - 227X （2016） 11 - 0582 - 08

2016-01-13

2016-04-27

张小勇（1982-），男，河南南阳人，专科，工程师，长期从事碱性无氰锌酸盐镀锌及其后处理方面的工作，积累了丰富的生产实践经验。

作者联系方式：（E-mail） 79618194@qq.com。