PU涂层球墨铸铁管件喷涂工艺及其装备探讨

郄航，刘善江，储安林，苏建钢，刘晓凯

（芜湖新兴铸管有限责任公司，安徽 芜湖 241002）

0 引言

国家标准GB/T 13295中所述球墨铸铁管件公称口径从DN80到DN3000，型号有三通、弯头、盘承、盘插等上百种类型，常用规格上千种[1]。该产品最大的特点是多品种、多规格搭配使用，为满足需求生产过程中通常采用多规格共线生产的模式。给各工序生产带来不小的困扰，轻则降低效率，重则带来质量隐患。

近年我公司承接大批的PU涂层管件订单，在批量生产中为了提高效率、提升质量，对各规格管件的PU涂层喷涂生产问题进行了梳理，并提出了相应的解决方案。

1 管件PU涂装原工艺及存在的问题

通常承接小批量PU涂层的订单时，因单件小批生产，采用天车吊装、人工喷涂的方式，如图1所示，每个管件既需要喷涂内壁，也需要喷涂外表，在将工件加热到规定温度后一次性喷涂完成，按工艺要求须在整个喷涂过程中，保持工件本体温度在40～60 ℃范围，才能保证涂层表面质量[2]。

图1 天车吊装、人工喷涂

因手工喷涂效率低，涂层厚度及温度控制不精准，且在喷涂过程中工件固定在一个工位，使喷涂死角部位不便喷涂，容易产生局部滴流缺陷，以及花纹状、麻点状外观缺陷；且因多品种多规格共线生产，产品规格切换时需要更换吊具及喷涂设备，难以满足批量化连续生产要求。

2 喷涂工艺设计

通过在实践中探索，为方便组织批量喷涂生产，将喷涂工艺过程、每个环节的工艺要求细化，对每道工序的工艺参数进行固化，分工序控制过程产品质量，确保顺利生产。工艺流程为：毛坯表面打磨→精细抛丸→预热（40～80 ℃）→喷涂。

以上工序需逐一检验，以下道工序就是客户的理念严格把关工序自检；而下道工序则必须将上道工序视为自己的供应商，严格把好进货检验关，发现问题及时反馈给上道工序，处理后再流转。否则一个工序的不合格导致后续工作全无效。

毛坯表面处理必须确保表面轮廓清晰、完整，为精细抛丸打下基础，是精细抛丸基材处理的最后一关，既要外观好，还要有一定的表面粗糙度，为涂层建立有效的附着力打下基础。工件表面质量如图3所示。

图3 工序检验合格的毛坯

经精细抛丸表面粗糙度达到要求后可进入预热工序，预热须保证烘烤房的温度、烘烤时间，两者缺一不可，是保证PU涂层质量的关键。毛坯表面处理可以说是关键工序，是保证喷涂的基础，但也只是充分条件，而必要条件是喷涂预热合格，而预热不到位则喷涂后一定是废品。预热达到表面温度后还要保证达到烘烤时间，保证工件蓄热足够，在出烤房后能保持在喷涂工艺温度范围内，同时让喷涂操作有足够的时间进行。否则导致喷涂后流平性差，产生花纹缺陷及附着力不够等问题。为确保检验状态明确，在上述工序中工件建立流转质量验收单，每道工序验收后签字方可流转。

图2 涂层花纹状缺陷

为保证涂层质量，喷涂是最后一道工序，喷涂要重点保证喷涂的效率和喷涂均匀性。喷涂是跟时间赛跑，必须在工件烘烤达到工艺温度后，在工件温度下降之前，在喷涂的最低要求温度以上完成喷涂[3]。在比较简陋的条件下，要让各种规格的工件翻转自如，在工件的内表面、外表面各个部位均匀喷涂，是比较难的。尤其要实现连续生产，多规格快速切换，就必须考虑喷涂装备，采用机械化是必要条件。

通过喷涂装备机械化，使工件在回转状态下实施喷涂，喷涂结束后维持匀速旋转，直到涂层表干，能有效保证上述工艺要求。机械化喷涂效率更高、涂层厚度更稳定，且因喷涂过程中工件各部位的温度差较小，能更好地保证涂层的质量均匀性。因工件的品种规格繁多，要实现机械化回转喷涂，须将工件分类，分别设计相应的回转式装备，通过将工件在回转过程中喷涂，实现喷涂均匀、连续、高效。

3 喷涂工装选型设计

按照喷涂工艺要求结合工件大小及外形特征，将管件分为直管类、短管类、细长类三大类分别进行喷涂方案设计。

3.1 直管类

直管包括双盘短管、盘插、穿墙管等，其管体通常较长，长径比大于1以上，内壁和外壁皆需要喷涂，长径比大于1时更需要喷枪从两头分别伸进内腔进行喷涂。

该类管件喷涂时需要工件在回转的同时要留出喷枪的活动空间，需要将工件两头保持开放外露，管身外壁外露，便于喷涂。

1）工件回转方式。直通类管件可采用卧式托轮装置支撑其两端，托轮装置带无级变速驱动机构，实现工件均匀回转，通过调节控制机构调节转速达到喷涂所要求的转速，如图4所示。然后手持喷枪从工件的外表进行喷涂，如图5所示。

图4 托轮回转支撑装置

图5 回转中喷涂

2）喷枪运动方式。当喷涂工件外表时，工人站在工件外侧，保持喷嘴与工件之间一定的距离，固定在一个高度，即可实现对管件圆周表面进行喷涂，当需要喷涂管件内壁时，喷枪伸入工件内壁进行喷涂即可。喷涂过程中需要保持工件匀速回转，且喷涂结束后需要继续保持工件匀速转动，直到涂层表干后，停机卸下工件[4]。

对于长径比为1左右的工件可以手持喷枪从工件内孔一端伸进去喷涂完全程，对于内壁长度大于1 m以上的工件则只能从两头分别喷涂。如果需要控制喷涂时间，可以采用2把枪，同时从工件两头进行喷涂，缩短时间，如图6所示。

图6 两头对喷

3.2 短管、弯管类

盘承、盘插管件较短，在托轮上支撑不稳，回转过程中容易掉落，可采取一头装卡固定的方式，如图7所示，如此夹紧后，通过设备带动工件匀速旋转即可喷涂，喷涂方法同上述直管类。

图7 盘插类短管件悬臂式装卡喷涂

对11.25°、22.5°的弯头管件，采用装卡一头、另一头悬伸的安装方式，但因弯管结构特殊不能直接安装，需在弯管的一端加装工装张紧后安装到设备上，采用内撑式工装才能将工件装卡牢固，保持其在回转时稳固，不致于晃动影响喷涂，并可避免在回转过程中产生振动影响涂层均匀性，如图8所示，喷涂时管件的外壁、内壁均可从一头进行喷涂。

图8 弯头类管件悬臂式装卡喷涂

3.3 细长管件

除以上两种外，还有一种常见的细长工件，且规格较小，小于DN500以下的规格通常手工普通喷枪无法伸进管件内孔进行喷涂，如果长径比大于2，达到3甚至4的工件，其喷涂难度就更大。如图9所示，对上述这类DN200～DN500规格、长径比大于2以上的工件，采用以下方法实现回转喷涂：

图9 细长管件

1）回转方式。仍然采用本文第一种方案来实现。

2）喷涂。喷涂需采用一种新式喷枪，叫旋转式喷头，从圆周上喷出料来，且不停回转，实现对内壁均匀喷涂。如图11所示，通过一根细长杆支撑，让旋转式喷头伸进细长工件内壁进行喷涂，喷涂过程需调整好喷头进给机构移动速度，通过工件匀速回转，喷枪均匀移动，实现工件内璧喷涂[5]。

4 结语

综合分析管件的特点，找出其内在的规律，按长径比、大小规格分类，分别设计不同的喷涂工装，可确保实现回转式喷涂PU涂层，通过装备改进确保喷涂工艺要求得到落实，且通过采用专用装备来实现效率提升、质量稳定，实现管件产品批量化喷涂。喷涂后，对接口部位刷上红色环氧漆，成品如图11如示。

图11 管件成品

专用装备的设计可通过管件工厂自行设计、制造或者与专业厂家合作完成，但是喷涂工艺需要管件工厂自行设计提出，才有可能找到专业设备厂家合作开发适用的专机，以此提升管件加工装备的自动化水平，促进管件行业的发展。

图10 旋转喷杯