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1.引言

涂装表面处理的质量直接影响着涂层的使用寿命和装饰效果，不良的表面处理会使锈蚀在涂层内蔓延，造成漆膜脱落。据报道，表面处理充分与否的零件表面用暴晒法进行涂层比较，寿命可相差4-5倍。

国外农机行业含有薄板的焊合件已经采用整体除锈，效率高，工件抛丸后粗糙度和金属颜色一致，为后续的涂装工艺奠定了良好的基础，其抛丸设备参数的控制水平和零件材质强度要高于我国。我国抛丸设备主要是针对铸件、厚壁零件，零件转速、抛射强度单一，不能根据零件的形状或厚薄进行调整，没有针对含有薄板的焊合件的抛丸设备，所以目前我国大批量生产的薄板类零件由于抛丸变性难题而采用酸洗除锈方式，厚板类（大于5mm）才采用抛丸除锈。近几年我国工程机械行业通过改变产品设计和材质的技术进步，取消了一些焊合件的除锈工艺。而我国农机行业焊合件以热轧板（管）为主，辅以薄的冷轧板焊接做侧围，热轧板在储存、加工过程中容易生锈或产生氧化皮，普遍采用酸洗除锈工艺。 随着环保要求的日益严格，酸洗工艺对设备、环境和人员的危害较大，逐渐被冷轧板、免酸洗材料或机械除锈取代。本文通过对含有薄板的复杂焊合件进行抛丸除锈与薄膜前处理、电泳配套工艺试验，探索以抛丸除锈取代含有薄板的复杂焊合件现有酸洗除锈工艺对涂装性能影响，为实现工艺切换和提升提供思路和依据。

2.表面处理及抛丸（喷砂）的作用

表面处理能够给工件提供合适的表面粗糙度，增强基材与涂层的附着力、配套性和相容性，提升涂层的防护性。其对涂装质量的影响较大，约占涂装影响因素的近50%（表1）。

表1 表面处理对涂装质量的影响程度

抛丸（喷砂）是将直径约在0.2～3.0mm的弹丸(有铸钢丸、钢丝切丸、不锈钢丸等不同类型)抛向工件的表面进行除锈的，与酸洗除锈比，抛丸（喷砂）处理是清理锈蚀金属底材最彻底、最通用、最高效的方法，通过调整抛丸的参数可以达到不同粗糙度的工件，还可改变工件的焊接拉应力为压应力，去除焊烟，提高工件的使用寿命和附着力。酸洗除锈虽然清理锈蚀很干净，但其表面过于光滑不利于涂层附着。

3.焊合件抛丸除锈工艺实验

通过对焊合件抛丸除锈进行一系列相关工艺试验，分析验证含薄板焊合件机械除锈的可行性；探索抛丸除锈粗糙度的控制指标，以及抛丸件与电泳配套的关系，对防护级外观装饰性的影响；与传统化学除锈进行对比。主要试验如下：

3.1 抛丸对薄板工件除锈的变形试验

3.1.1试验条件:

(1)设备名称：吊钩式抛丸清理机

(2)抛射功率：3*15kW；5*7.5 kW；

(3)钢丸规格：φ1.2mm钢丝切丸；φ1.0mm铸钢丸；

(4)抛射速度：60~70m/s；

(5)工作状态：间歇式，往复+旋转；单侧抛打+旋转

3.1.2试验零件：挡泥瓦，板厚2mm；焊合件，板厚1.2~5 mm

3.1.3试验目的：验证抛丸清理对薄板件表面除锈及变形的影响

3.1.4试验内容及效果：

表2 挡泥瓦抛丸试验

图1 挡泥瓦抛丸试验除锈效果图

图2 挡泥瓦抛丸粗糙度及变形效果图

图3 挡泥瓦焊合后抛丸变形情况

3.1.5 试验结论：

（1）除锈能力：本次零件表面生锈状态为分别为A、C级，经抛打后观察，A级锈蚀基本除掉；C级锈蚀严重部位未完全除掉。

（2）工件变形情况：随着抛打时间的增加，无论是单个薄板件还是焊合件，薄板均有不同程度变形，随着抛打时间的增加，变形更大。

3.2 抛丸件粗糙度的检测与控制试验

3.2.1试验零件：热轧板、热轧管、冷轧板

3.2.2试验目的：验证抛丸时间、粒度对粗糙度的影响    

3.3.3试验内容及效果：

(1) φ0.8mm 钢丸对热轧管、板抛丸试验

表3 抛丸机试验参数

图4 第一批样件抛丸粗糙度检测值

图5 第二批样件抛丸粗糙度检测值

试验结论：本次试验用 φ0.8mm钢丸对热轧板（管）抛丸5min后，检测粗糙度Ra最大12.72μm，最小1.26μm，平均在10μm，抛丸的均匀性受抛丸设备影响较大；由于抛丸功率较大，抛丸粗糙度大于钢丸粒度对应的Ra8。

(2)在同一抛射参数下，用不同钢丸粒度的抛丸试验

表4 不同钢丸粒度、抛射时间对热轧钢板粗糙度的影响

表5 φ0.5mm钢丸抛射2min的钢管粗糙度检测值

试验结论：

★钢板分别采用φ0.8mm、φ0.5mm钢丸抛射1.3min，粗糙度值随钢丸变小而减小，分别为Ra8、Ra6；

★在钢丸粒径相同情况下（φ0.5mm）随着抛射时间延长到2min，其粗糙度减少为Ra5；

★本次试验检测的粗糙度值集中度较高，说明抛丸零件吊挂及抛射方式较合理。

（3）抛丸试验控制要素 

按照由易到难、由试验样件、零件到焊合件循序渐进的原则，进行抛丸工艺验证。分别利用不同厂家的抛丸设备，在不同的参数条件下对热轧板、热轧管、免酸洗管、免酸洗板、挡泥瓦薄板件、焊合件等六种零件进行抛丸处理；通过粗糙度检测、数据归类处理及对比分析，得出控制要素如下：

图6 不同零件抛丸试验图片

★工件要求：参照GB8923-88的规定，对于农机行业焊合件产品，锈蚀等级为A即“全面地覆盖着氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面”，这样可最大限度地降低弹丸速度，为保证表面粗糙度要求创造条件。 

★设备参数： 

抛射功率：7.5kW(含有薄板类零件功率太大，易变性)。

抛射速度：变频控制，抛射速度≤70m/s。 

弹丸要求：弹丸粒径￠0.6的铸钢丸。 

通过型式：单侧抛丸+工件旋转。 

室体构成：抛丸+补喷清理的两室结构，并在设计时注意“适度降低抛丸强度，注重局部人工补喷”。 

★ 质量控制参数： 

表面粗糙度：≤6μm

表面质量：Sa2.5级 

清洁度：1级 

覆盖率：≥98%

★薄板变性控制：

对薄板件抛丸应慎重，可以采取以下措施防止薄板变形：

a) 薄板采用Q275替代Q235，并在中间冲压凹凸曲面增加刚度；

b) 抛丸设备应能根据零件不同部位的厚薄通过PLC变频调整抛射速度、出丸量和抛射功率，才能实现薄板件不变形，以及焊合件抛丸均匀性和覆盖率的要求，国外已经有针对含有薄板焊合件的抛丸设备，并实现了整体抛丸的良好效果； 

a) 采取薄板防护措施；

b) 最好是厚板焊合件抛丸后再通过焊接或螺钉、铆钉连接方式固定薄板。

通过采取以上措施可以实现含有薄板的焊合件整体抛丸除锈工艺，但对抛丸设备要求较高，控制程序比较复杂。

4.抛丸件与硅烷、电泳配套性对比试验

共进行了五轮盐雾防护试验。

4.1 选用普通、高边缘、厚膜三种阴极电泳漆与不同粗糙度的试样、酸洗试样、免酸洗试样配套，其结果为：

4.1.1、酸洗热轧板、免酸洗管、冷轧板电泳膜厚17-22微米，耐盐雾试验816小时出现起泡及零星锈蚀点；

4.1.2、抛丸冷轧板电泳膜厚17-22微米，耐盐雾试验144小时出现较严重锈蚀点；

4.1.3、抛丸酸洗热轧板、免酸洗管、冷轧板电泳膜厚46-55微米，耐盐雾试验816小时板面无变化。

图7 不同材质零件抛丸试验对盐雾的影响

图8 抛丸件采用不同电泳漆试验对盐雾的影响

4.1.4、试样粗糙度越大，漆膜耐盐雾性越差，与不抛丸采用同样电泳标准膜厚（18~22μm）比，不能满足产品耐盐雾性能1000h指标的要求； 

4.1.5、粗糙度在Ra=6μm时，且阴极电泳漆膜厚度增加到35μm以上（Ra值的6倍），其耐盐雾性能基本与酸洗工艺接近； 

4.1.6、抛丸样件的漆膜外观麻点严重（高边缘阴极电泳漆流平性差，麻点更加严重），在底、面漆膜厚与酸洗工艺一样的情况下漆膜光泽、鲜艳性下降；需提高面漆的膜厚。 

4.1.7、厚膜阴极电泳漆产品耐盐雾指标为700h，低于产品涂装标准1000h要求，不能选用； 

4.1.8、抛丸采用恒定抛丸参数的焊合件会存在抛丸不均匀的阴阳面，涂装后漆膜外观将出现局部光滑与局部麻点的明显对比面，影响整体外观效果，

4.2 不同材质件抛丸后用不同厂家的薄膜前处理与同一电泳漆配套与磷化对比试验

表6 抛丸件与薄膜、磷化、电泳漆、面漆配套工艺试验

4.2.1. 电泳底漆800h耐中性盐雾试验后，冷板磷化工艺和转化膜工艺，最大单边扩蚀都不大于2mm，表面无锈蚀点。按QY/T305.5标准，都符合标准要求。

4.2.2. 电泳底漆800h耐中性盐雾试验后，抛丸后的热板和方管单边扩蚀小于2mm，但表面都出现了锈蚀点，说明经过抛丸处理后，与底漆的附着力增强了，但是抛丸件表面各点的粗糙度不均匀，有的点超过要求粗糙度范围，底漆膜厚覆盖不了高点，易出现点锈蚀。

4.2.3. 喷涂面漆后，复合涂层表面未出现点锈蚀。 

5.抛丸除锈对电泳设备投资运行成本的影响

表7 .抛丸对电泳成本的影响

驾驶室使用抛丸工艺后，将使电泳面积增加1.2~1.5倍，进而对电泳设备的阳极系统、电泳电源、温控系统等设备的投资与运行产生影响：阳极系统的阳极棒数量增加1.2~1.5倍、阳极泵功率增加1倍以上；电泳电源功率增加1.6倍；温控系统制冷量增加65%。电泳电源投资成本增加85%；超滤纯水投资成本增加1倍；制冷系统投资增加65%；电泳漆材料成本增加80%（膜厚由22um增加到45um)；整套电泳设备运行成本增加1.06倍（运行功率由576.88kW增加到1187.92kW）

6.结束语