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一．自动静电喷涂法及其装备 静电喷涂法是以接地的被涂物作为阳极，涂料雾化器或电栅作为阴极，接上负高压电，在两极间形成高压静电场，阴极产生电晕放电，使喷出的涂料滴带电，并进一步雾化，按同性相斥、异性相吸的原理，使带电的涂料滴在静电场的作用下沿电力线方向吸往被涂物，放电后粘附在被涂物上，并在被涂物背面的部分表面，靠所谓的“静电环抱”现象也能涂上涂料（图4-52）。因此它是自动喷涂的方法之一。 静电场的现象已早为人知，但在工业上获得应用需经过了漫长的几个世纪。在本世纪20年代静电喷涂工艺首次应用于工业，当初仍采用传统的空气喷枪向由阴极电栅和被涂物构成的静电场中喷射涂料，荷电后吸往被涂物，这种喷涂法称为阴极电栅静电喷少法（图4-53）。喷枪与荷电装置合在一个机构中可为提高喷涂效率提供了很大的可能性。 直到1950年才出现了第一支旋杯式静电喷枪，涂料的雾化和荷电合并在一个机构中。这种工艺命名为电喷枪静电涂装法（Ransburg II法）。它首次使喷涂效率有可能提高到955，这无疑是重大突破。 就这样使静电喷涂工艺成为一种成熟的技术，高转速旋杯式静电喷涂系统是其进一步的发展。基于它具有与众不同的特点，高转速旋杯式静电喷枪已成为应用最广的工业涂装设备，无论是从节省涂料和工时的角度，还是从减少污染物排放的角度（在有环保意识的人眼中是不可忽视的因素），静电喷涂工艺已确保了自身的重要地位。它已成为汽车车身涂装的主要手段之一。 （一）高转速旋杯式自动静电喷涂的优点 1．装饰性好、质量稳定 在传统的人工喷涂过程中，一般无法保证喷涂质量始终如一，因为人工操作过程是一个重复过程，而这一过程的重复精度与人的体质、责任心、熟练程度等有很大关系，采用自动喷涂机消除了这些不利因素，使喷涂的角度、距离、喷涂时空气压力、涂料喷出量、喷涂图形等参数始终控制在最佳状态保持不变，在调试过程中将各种参数固定下来，减少了偶然误差。 由于采用高速静电旋杯式，旋杯转速在空载下可达6万r/min，带负荷工作时旋转速度为3万r/min，在强离心力和静电的作用下，使少料雾化得很细，涂料液滴的直径可雾化到（50～100）μm，可形成优良涂膜的最大液滴直径为375μm，使喷涂后工件的外观质量，特别是平滑度、鲜映性、光泽能提高（1～2）个档次。 2．涂着效率高、节省涂料 由于使用高转速静电旋杯式喷涂法，使涂料在高离心力的作用下雾化成极小的涂料滴，在电场力的作用下，对工件包裹性良好，另外，由于机械喷少采用PLC程度控制，能对工件进行模拟仿形，可以对喷涂程序作很精确的编程，对于工件上的大平面则可增加涂料输出量，小面积诸如门窗等则减少输出量。大量涂料附着在工件上，只有极小量飞散在喷涂室的空气中，一般传统手工空气喷涂的涂着效率为（30～40）%，采用一般低转速杯式静电喷枪（50～60）%，而高转速旋杯式静电涂装的涂着效率可达90%以上。 3．节能降耗、保护环境 采用自动静电喷少代替人工喷涂在喷涂室的喷涂区风速由原先的平均风速.5m/s降低到（0.20～0.3）m/s，可使空调的耗能量减少一半左右。 随着人们对环境保护意识的加强，各国各地区纷纷对三废排放量提出更加严格的限制，对挥发性有机化合物（VOC）排放已由原先的只对排放浓度加以限制，而改变为对有机溶剂的排放总量加以限制。随着高转速旋杯式自动静电涂装法的涂着效率大幅度提高，单车或单位面积的耗漆量明显地下降，单位面积排放有机溶剂量也明显地减少，所以推广采用高转速旋杯式自动静电涂装机，是汽车车身涂装车间的每平方米涂装面积有机溶剂排放总量达到环保要求的重要措施之一。 4．使用方便、生产效率高 在转速成旋杯式自动静电涂装机的使用过程中，由于全部使用计算机PLG控制，所以操作方便，换色容易，且由于模拟工件形状，运行速度等进行编程，可使工件上外表95%的面积被涂覆，只是在边缘部位由于膜厚达不到要求而需人工局部补涂涂料，另外，由于喷杯高速旋转，即使使用高固体分涂料，或施工粘度稍高都对质量不会有很大影响，因而喷涂相同膜厚的效率就高得多，一次喷涂膜厚可达（35～40）μm，所以高转速旋杯式自动静电涂装法特别适用于多品种大量流水生产的车身涂装线。喷中涂、本色面漆生产线的链速高达7.5m/min（即为经济规模年产30万台车身的生产线的链速），喷涂金属闪光色面漆生产线的链速也可达（3～4）m/min。 高转速的旋杯产生的离心力能使固体分较高的、粘度较大的涂料良好雾化，一次喷涂较厚（35µm～40µm），也能获得良好的涂膜。 一般空气喷枪与高转速旋杯式静电喷枪的性能比较，列于表4-1。 表4-1 空气喷枪与高转速旋杯式静电喷枪的性能比较
（二）高转速旋杯式自动静电喷涂技术及其工艺参数 在选用高转速旋杯式自动静电涂装机和设计自动静电喷涂线时，以及在操作过程中应注意下列技术问题。 1．静电场的电场强度（电压和极距） 电场强度是静电涂装的动力，它的强弱直接影响静电涂装的效果（静电效应、涂着效率和涂膜的均匀性等）。在一定的范围内，静电场的电场强度越强，静电雾化和静电吸引的效果越好，涂着效率也就越高，反之，电场强度小到一定程度，电晕放电变弱（甚至不产生），涂料滴的荷电量变小，静电雾化和涂着效率就会变差。 静电场的电场强度主要取决于电压和极距（即被涂物与放电极之间距离）。它与电压高低成正比，与极距大小成反比。静电涂装用的静电场是不均匀电场，表示其强度一般也用平均电场强度来表示。 平均电场强度的计算公式为 E平= 式中E平——静电场的平均电场强度（V/cm）； U ——阴极电栅或电喷枪上所加的直流电压（V）； L——极距（cm）。 在一般的空气中，均匀电场火花放电的平均电场强度接近1万V/cm；而在不均匀电场中此值显著下降，超过4300V/cm就能产生火花放电。在不均匀电场中平均电场强度小于2000V/cm，电晕放电就很小，静电涂装效果就很差。根据经验，静电涂装最适宜的平均电场强度为（3900～4000）V/cm。 基于安全操作方便和工艺原因，被涂物与放电极之间的距离（极距）一般控制在（25～30）cm。静电涂装所采用的电压一般为（5～10）万V，自动静电涂装选用（8～10）万V，手提式静电喷涂（5～6）万V。 静电涂装采用的电源是高电压微安级、负极性的直流电。在静电喷涂场合涂着（传输）效率与工作电压是非线性关系（图4-54）。传输可通过测厚度来体现。 在采用旋杯式静电喷枪场合，带电的涂料滴沿离心力与静电吸引力的合力向被涂物方向的电力线运动，因而增高压可帮助涂料滴向电场力作用强处（旋杯的轴线向、被涂物的边缘、球状体等）传输，见图4-55。 2．影响涂料雾化的各种因素 静电涂装属于喷涂方法之一，喷涂所得涂膜外观都与涂布过程中的涂料雾化程度有关。一般认为在喷涂场合涂料雾化越细，涂膜的外观（光滑度、鲜映性）越好，静电效果也越好。在汽车工业的静电涂装中涂料的雾化主要靠压缩空气或高速旋转产生的离心力，除此之外，影响涂料雾化的因素还很多，德国BBHR公司对空气雾化和高转速旋杯雾化场合的各种因素的影响作了对比。 从图4-56a可知，在影响空气雾化的各因素中，涂料流率，粘度和压缩空气的流速对涂料的雾化影响较大；涂料喷出量增大、粘度增高会使涂料的雾化变差，而压缩空气量增大则会使雾化变好。涂料的表面张力、密度和喷嘴的有效面积等的影响相对来说比较小。 从图4-56b可知，在影响高转速旋杯式雾化的各因素中，角速度和表面张力对涂料雾化的影响较大，其次是雾化旋杯的口径和涂料的密度，涂料的粘度和流率对雾化影响较小，这就是高转速旋杯式静电涂装一次能喷涂较厚涂膜（40µm左右）的基础。 在实际生产中就根据涂料的特性、被涂物面积和生产线的速度，以达到最佳的喷涂效果。如对表面张力较大的水性涂料，则必须选用较高转速和口径较大的旋杯（又称喷杯），以增大旋杯的切向速度来雾化。 在一般静电涂装场合，涂料雾化除机械作用外，还有静电雾化，即涂料滴在静电场中荷电后受同性相斥的作用变成更细的单电荷的涂料滴。但在高转速旋杯式静电喷涂场合，静电雾化不起主导作用。 3．高转速旋杯式电喷枪的特性参数 喷枪的转速、涂料流率（又称涂料输出量）和限幅空气是高转速旋杯式电喷枪的三大特性，是直接影响涂料雾化、喷流幅度、静电喷涂质量的因素。 （1）旋杯转速 旋杯的转速是对高转速旋杯式雾化细度影响最大的因素。当其他工艺参数不变时，旋杯的转速越大，涂料滴的直径越小。在稍低速范围内，转速对雾化细度的影响比在高速范围内明显地增大。 旋杯转速会对膜厚有影响，其关系曲线见图4-57。当转速过低时会导至涂膜粗糙；而雾化过细时会导至漆雾损失（引起过喷），使涂膜厚度有波动；同时当雾化超细时则对喷涂室内任何气流均十分敏感。 旋杯的过高转速除会引起过喷外，还会导致透平轴承的过量磨损、清洗用压缩空气的消耗和涂膜所含溶剂量的降低。 最佳的旋杯转速可按所用的涂料的流率特性而定，因而对于表面张力大的水性涂料、高粘度的双组分涂料的旋杯转速比普通溶剂的要高。 一般情况下，空载旋杯转速成为6万r/min，负载时设定的转速范围为（1.0～4.2）万r/min，误差为±500r/min。 （2）涂料流率 它是单位时间内输给旋杯的涂料量。 除旋杯转速成外，涂料流率是第二个影响雾化颗粒细度摁素。当其他参数不变的情况下，涂料流率越低，其雾化颗粒越细，但同时这也会导致漆雾中溶剂挥发量增大。 涂料流率高会形成波纹状的涂膜，同时当涂料流量过大使旋杯过载时，旋杯边缘的涂膜增厚至一定程度，导致旋杯上的沟槽纹路不能使涂料分流，并出现层状漆皮，这会产生气泡或涂料滴大小不均的不良现象。 每支喷枪的最大涂料流率与高转速旋杯的口径和转速，涂料的密度等有关，其上下限由雾化的细度和静电涂装的效果来决定。经验表明涂料应在恒定的速度下输入，在小范围内的波动不会影响涂膜质量。 在实际的喷涂过程中每个旋杯所喷涂的区域不同，其涂料的流率也不相同，另外由于被涂物外形变化的原因，旋杯的涂料流率也要发生变化，以喷涂汽车车身为例，当喷涂门板等大平面时吐出的涂料量要大，喷涂门立柱，窗立柱时吐出的涂料量要小，并在喷涂过程中自动地精确控制吐出的涂料量才能保证涂层质量，涂膜厚度的均一，这也是提高涂料利用率的重要措施之一。 （3）旋杯的限幅空气（又称整形气体） 它的功能是调整漆雾流的幅度，并将漆雾推向被涂物；防止漆雾飞散，防止漆雾往后返，污染旋旋杯和导向的电晕电极环。 此气体从旋杯后侧均匀分布的小孔中喷出，用于限制喷涂幅度，这样便可影响各喷涂装置间交叠喷涂区域的涂膜厚度，涂膜厚度与限幅气压的关系曲线，见图4-58。但限幅气压并不能使产生在旋杯的边缘的机械雾化后的涂产滴再次雾化。 限幅空气压力增加，导致从旋杯边缘切向抛出的涂料滴微粒大幅度地朝旋杯轴向偏移。这样喷涂区域变窄，所用涂料集中在较小区域内，在涂料量不变的情况下，形成更厚的涂膜。 当限幅空气压力过高时，会明显地容易污染喷涂器件。例如，限幅空气过高的压力引起的干扰气流会促使涂料附着在旋杯的后侧。当限幅空气压力过低时，它对喷幅影响小，使喷涂产生相反的结果，但也会造成旋本的污染。尤其在外部荷电系统场合，为防止涂料残留在电极环上，需根据涂料量准确地调整限幅空气的压力，这点很重要。 限幅空气的压力值由涂料输出量、工件表面及喷少室的主要条件来决定，应根据实际经验进行调整和设定。 4．自动静电涂装机的工艺平面布置及电喷枪的配置 随着自动静电涂装技术与应用计算机控制技术的相结合，使自动静电涂装更适应汽车涂装的工艺要求，因而近10多年来自动静电涂装机在汽车涂装中得到广泛的应用，尤其是高转速（圆盘式和旋杯式）自动静电涂装机已占主导地位。高转速盘式自动静电涂装机已广泛地应用于汽车和摩托车零部件的涂装；高转速杯式自动静电涂装机在国外汽车车身的中涂和面漆喷涂工艺中已得到普及，而国内新建轿车车身涂装线也已开始采用。 随着静电涂装技术的进步和涂装机的革新，高转速旋杯式自动静电涂装机不仅适用于溶剂型中涂涂料和面漆（本色、金属底色漆和罩光清漆），其中包括单、双组分漆、而且适用于水性中涂和水性面漆（水性底色和水性罩光清漆），也可用于保护蜡（水性和溶剂型）的喷涂。 （1）工艺平面布置 采用圆盘式电喷枪喷零部件时，在涂装过程中使被涂物围绕喷盘的四周通过，运链弯曲成“Ω”形、“S”形或两个“Ω”形（图4-59）；在单个“Ω”形场合被涂物在喷涂过程中需自转。有时为扩大喷涂面积和提高涂膜的均匀性，可将盘式电喷枪安设在上下往复升降的装置上，或使盘形喷头在喷涂过程中象摇头电风扇那样摆动。 在“Ω”形静电喷涂场合可配置圆柱形的喷漆室，在下侧部设干过滤器和排风机。 采用高转速旋杯式静电喷涂汽车车身用的成套设备，可布置在标准型的汽车车身喷漆室中，每套占用区段长度一般为（7～7.5）m，根据所用侧喷机的大小和被涂车身的宽度不同，一般该区段的宽度为（5～6）m，如果将侧喷机机身设置在喷漆室外，则宽度可缩小。因静电喷涂区无人操作和为减小气流对漆雾的影响，静电喷涂区内自上而下的风速应控制在（0.2～0.3）m/s内，供风时可适当利用喷漆室的循环风。 汽车车身用的成套、高转速旋转本式自动静电喷涂机（缩写为ESTA）是由左右侧喷机和顶喷机组成。在产量大的涂装线上一般配九支旋杯型电喷枪，即左右两侧和顶部各三支（一书封面的照片）。在产量小、输关链速度较低的情况下，可将电喷枪安装在往复机上，这样可减少电喷枪的数量（可减到3支～6支），以节省投资和调整工作量。国外最现代化的汽车车身的中涂、面漆喷涂线是采用几套ESTA和机械手补喷涂配套，实现了全自动的无人操作。但一般还是用ESTA与人工补喷涂相结合的方法，即车身外表90%以上的面积靠ESTA自动静电喷涂，车身内部和ESTA喷涂不到的边角表面，靠人工采用空气喷枪或手提式静电喷枪进行补喷涂。 ESTA的工艺平面布置一般是侧喷机布置在前，顶喷机布置在后；如果在汽车车身顶部的涂层要求不严（如卡车的驾驶室顶盖）或面漆抗漆雾性好的场合，也可采用先顶喷机、后侧喷机的布置方式，总之ESTA的布置方式主要是满足外观装饰面的质量要求和适应涂料的性能。 德杜尔公司要求不同的涂料及其工艺要求，对汽车车身用的高转速旋杯式自动静电喷涂成套设备（ESTA）。推荐采用图4-60的a、b、c三种布置形式。 实例一（图4-60a）是典型的溶剂型涂料的静电喷涂系统（ESTA）它包括：一台鸵鸟毛EMU V5型自动除尘机、三套ESTABELL型侧喷机和三支ESTABELL型顶旋杯，三台高压发生装置。 喷涂车身侧面的旋杯和喷涂车身前、顶、后部的旋本分别以三支为一组，每组由一台高压发生装置供电。 实例二（图4-60b）是适用于多色水性涂料的中涂喷涂系统（双静电喷涂系统（double ES-TA）。它包括：一台鸵鸟毛EMU V5型自动除尘机、二组门式静电喷涂系统、两套每侧三支电旋杯的侧喷机、一套供两种颜色水性涂料和去离子水的供料装置。 这种布局特别适用于传送速度高的生产。 实例三（图4-60c）是适用于第一道和第二道金属底色的静电喷涂系统。它包括：一台鸵鸟毛EMU V5型除尘机、三套ESTABELL型侧喷机和三支喷机、配有自动空气喷枪的喷涂车身顶、侧面的喷涂机和四台高压发生装置。 此系统中，两台同一高度的侧喷机为一组，每组由各自的高压发生装置供电，顶喷机由一单独的高压发生装置供电。 （2）电喷枪的配置 一套ESTA系统需配置几支电喷枪、则取决于单位时间内需喷涂的被涂物面积、一次喷涂的涂膜厚度、单位时间内的供涂料量、静电涂着效率和每支电喷枪的最大吐出量等因素。在静电喷涂汽车车身场合，每个侧面每分钟的涂料量，可按下式算出 Q=（vhδρ）/（NV×TE） 式中Q——涂料量（ML/min）； v——运输链速度（m/min）； h——往复行程，或被喷涂物高度（或宽度）（m）； δ——一次喷涂所需的干涂膜的厚度（µm）； ρ——涂料的密度（g/cm3）； NV——在施工粘度下的固体分的质量分数（%）； TE——涂料的涂装效率。 再根据每分钟供涂料量（Q）和每支电喷枪的许可吐出量（Q1），以该枪的最大吐出量的70%-80%计，如SAMES公司的PPH508电喷枪的最大吐出量为1L/min则Q1为700ML/min左右，即可算出每个侧面所需电喷枪的支数（m） m=Q/Q1 在实际生产中因高转速旋杯式电喷枪及配套设备的价格昂贵，电喷枪的平均保证使用寿命为4000h，因而，在规划设计时尽可能减少电喷枪的支数，使其满负荷运行。 通过上述计算每侧面所需电喷枪支数需（2～3）支时，则选用分段喷涂的固定式，电喷枪仅作摆动或小范围的往复动作。当仅需一支电喷枪，又需喷涂较高的（或较宽的）被涂物（如汽车车身）时，则电喷枪安设在往复式侧喷机（或顶喷机）上进行喷涂。 在采用往复静电喷涂机的场合，为获得膜厚均一的涂膜，应正确地选用电喷枪的行走速度（即往复运行速度）、重复喷涂的次数以及对涂料喷出量的控制。电喷枪的行走速度（v）可按下式计算 v=v。Ln/P 式中 v——电喷枪行走速度（m/min）； v。——运输链速度（m/min）； L——理论最大行程（m）； n——重复喷涂次数； P——有效喷涂幅度（m） v。和L值的大小取决于涂装线的产是琢被涂物的最大喷涂宽度。一般L值要比最大的喷涂宽度大（0.4～0.5）m。 电喷枪行走速度（v）与n、P的相互关系如图4-61所示，重复喷涂次数、喷涂幅度的不等，将会造成涂膜的厚薄不匀。一般喷雾图样是边缘薄中间厚（请参见图4-55、图4-57、图4-58），所以要靠重复喷涂来消除涂膜的厚薄下均现象。一般轿车车身面漆涂层的重涂次数为（2～4）次。喷雾图样与喷涂次数的关系，如图4-61所示。 有效喷幅与电喷枪的类型、少料的喷涂量、旋杯的转速及喷涂距离（即极间距）等有关，一般有效喷幅为300mm以上，可实际测定之。 为保持适当的喷涂次数（或称重枪率），电喷枪行走速度必须是可调的。假如喷枪行走速度太快，喷涂过程中涂料粒子由于受到空气的阻力过大，而降低涂料的涂着效率。为保证获得良好的喷涂效率，应通过计算向调试选择适当的电喷枪的行走速度。 （三）自动静民喷涂设备（ESTA） 自动静电涂装设备以电喷枪的类型不同，可分为空气雾化型和高转速离心力雾化型，本节介绍的是后者。世界上能生产供喷涂汽车车身用的高转速旋杯式静电喷少成套设备的名牌厂家有美国并入ABB、Binks和Duer等集团公司。有些厂家虽也能提供ESTA设备，但有些关键部件还是从以上厂家购进或改装的。 ESTA设备主要包括：高转速离心力才化电喷枪、侧喷机和顶喷机、供漆系统、高压发生装置、控制设备等。现分别分强如下： 1．高转速离心力雾化的电喷枪（又称涂料雾化器） 按其喷头的形状不同可分为圆盘式和旋杯式两种，前者适用于汽车、摩托车的中、小零件涂装，组成“Ω”形涂装设备。供喷涂汽车车身的用的电喷枪均匀为旋杯式。现通过实例介绍它们的结构、特性。 （1）圆盘式电喷枪 图4-62为SAMES公司的PPH405A超高转速圆盘式静电喷枪，其规格性能列于表4-27中。它的特征是作用于涂料滴的离心力和静电引力几乎在同一方向（即电场方向）上，因而侵入性好；在喷涂时喷盘可作上下往复运转，以扩大喷涂面，且静电环抱性好；几乎可以不需补漆。涂料的吐出量大。 （2）旋杯式电喷枪 图4-63为SAMES公司的PPH307超高转速旋杯式静电喷枪的结构，其规格见表4-27。它的特征是雾化细且均匀，涂着效率高，涂膜外观好，吐出量（30mL/min～100ml/min），喷幅的直径为（300～800）mm，可调整范围广，适用于喷幅宽的大面积涂装和需有侵入力的喷幅小的涂装。在汽车（车身和部件）、家电、金属家具、农机具、电动工具机械，木制家具等工业涂装中应用较广。 表4-27 SAMES公司的超高转速静电喷枪的规格
注：枪体质量包括保护罩，不含胶管、电缆及空气阀。 BEHR公司的高转速旋杯式静电喷枪（图4-64），主要如下：由中心控制阀、透平室、透平旋平组成。 在喷涂系统中，旋杯以高于2万r/min的速度旋转，形成巨大的离心力，保证雾化很细且均匀，因而可获得高质量的喷涂面。压缩空气驱动透平，透平通过一根空心轴驱旋杯，使旋杯高速旋转，此驱动空气由微机控制，保持在允许的误差范围内。旋杯的实际转速通过反射盘、电缆和光电传感器反馈给电气控制装置。在空心轴周围的密封空气能在喷涂和清洗喷枪时阻止漆或溶剂进入空轴，从而避免杂物进入、防止透平轴承的损伤。为了快速准确地调整旋杯的转速和制动旋转，透平叶片同时受制动空气的作用。 可调压缩空气（整形空气，如图4-65）从旋杯后均匀分布的孔中排出，它用于支持涂料滴的传输、稳定喷枪周围的气流，从而通过限制雾化锥形来准确地调整喷幅，防止漆雾飞散，此气压值可通过微机进行设定。 涂料通过空心轴中的空针（主针）进入。涂料和清洗液都通过涂料喷嘴至旋杯，在其边缘发生雾化。旋杯是准确对称的部件，一般是用铝合金制造的。许多旋杯存在涂料的分流：质量分数80%的涂料可通过环隙经最短的途径供到雾化器的边缘，其余的20%由中心孔流过前端的导向环，对旋杯表面起到持久的刷洗作用，如图4-66所示。 上述静电喷枪由透平驱动旋杯（或圆盘）超高速旋转产生的离心力，保证涂料高质量的雾化，克服了过去静电喷涂对涂料的电特性和粘度等有特殊要求这一问题，现今高转速静电喷枪与涂料的物性（粘度和电阻率等）无关系，适用于静电喷涂以下所有类型涂料：常用的各种溶剂涂料（中涂、面漆、金属闪光底色涂料、罩光清漆、防锈涂料），水性涂料、高固体分涂料：溶剂型蔌水性防锈保护蜡；单组分或双组分涂料，中、高粘度的涂料等。 （3）外部荷电法 由于汽车车身用的水性面漆的颜色多，不能使用绝缘性荷电的原理（参见4.节，而是采用外部荷电法（即在高转速旋杯式涂料雾化器上安上荷电电极），参见图4-67、图4-68。 在外部荷电法中，所有的输漆系统与高转速雾化器均接地。 外部荷电的原理是根据涂料经机械方法雾化后，通过高坟强电场，涂料滴则在离子束的作用下带电。所需的高压电场由雾化器喷头上的，一定距离内均匀排列的高压电极产生。由于电极环是绝缘的，所以电极与接地的高转速雾化器不相联。 涂料滴在离心力作用下向最强的电场运动，并在限幅空气作用下改变方向。 经离子束后带电的涂料滴会被同性的电极排斥。导向的静电排斥力使漆雾向接地的工作运动。 外部设备荷电法的电压特性与普通的静电涂装完全不同。普通的静电涂装的恒压下工作，而外部荷电在恒流下工作（约450μA），工作电压依系统状况而定，约为75kV。它与普通ESTA的另一重要区别是每只雾化器分别使用独自的高压发生器。因此一套9只雾化器的ESTA则需9台高压发生器，不象普通的ESTA成组供应高压，只需3台高压发生器。 为有效地防止外部荷电系统的日趋严重的污染问题，需改变其电流-电压特性。总之，外部荷电系统控制复杂得多，需对系统参数进行优化控制。这就越来越明显地要求改变喷涂室的气候条件。这样就必须特别注意控制喷涂室的相对湿度。 2．侧喷机与顶喷机 根据喷涂车身的部位不同，车身用自动静电喷涂机可分为侧喷机和顶喷机两种。 布置在被涂物（发汽车车身）前进方向两侧，供喷涂被涂物侧面用的静电喷涂机称为侧喷机，可分为固定式和往复式两种。固定式的侧喷机是将高转速旋杯式静电喷枪固定的支座或吊架上，为使喷涂均匀和扩大喷幅，电喷枪头能上、下作一定角度的摆动。固定式侧喷机适用于高链速的大量流水生产线。如链速在3m/min以上，年产15万台车身的中涂或面漆涂装线，在车身两侧，随车身高度按上、中、下三个水平位置各布置三支电喷枪。 往复式侧喷机是将高转速旋杯式静电喷枪装的垂直方向的往复机上，使电喷枪在喷涂时能作上下往复和仿形运动，其喷幅较固定式侧喷机大，可包括车身侧面的整个高度。往复式侧喷机适用于中、低链速的中、小批量多品种的车身涂装。 顶喷机布置在汽车车身上方，供喷涂车身上表面和车身的前后端面用，按装挂方式可分为悬挂式和龙门式。 各公司生产的侧喷机、顶喷机的结构、工作原理和性能大同小异，有多种类型。它们的各种动作现今都靠伺服电机。现以德国杜尔、BEHR公司的侧喷机和顶喷机为例，介绍如下： （1）侧喷机 侧喷机和于轿车车身侧垂直表面的自动喷涂，配有一只高转速静电喷枪。它的钢架结构由塑料合封闭，喷枪臂和旋转关节均为塑料制成，驱动机构位于侧喷机的顶部。 侧喷机用于静电喷涂场合，一个工位一般装有六台侧喷机（每侧三台）。每侧的三台侧喷机的喷涂区域相互交错，从而使车身侧面的喷涂层均匀。同时保证喷枪定速运动，并与车身表面的垂直距离保持不变。为了使喷枪定速运动，并与车身表面的垂直距离保持不变。为了使喷枪的运动轨迹最佳地仿形于车身轮廓，侧喷机有三个运动轴，如图4-69所示。 A．轴1——垂直升降运动 喷枪臂在电机带动下通过曲臂作上下运动。通过重力补偿使作用力尽可能地小，同时其运动幅度可通过曲臂无级调整。侧喷机的喷涂区域也要作无级调整。一侧的三台侧喷机由一台电机通过联接轴带动。 B．轴2——水平运动 在水平方向上运动，即雾化器接近车体为例，有两种不同的形式： （A）利用伺服电机，编程控制 （B）在机械力作用下沿仿形（仿车体轮廓）弧线运动弧线形状可以调整，即当喷涂稍小的车体时，仿形轨道和相应雾化器臂可向车体移动。另一可选择的方案是侧喷机配备粗调装置，它可使侧喷机整体移动。此时，伺服电机通过蜗轮及链传动机构驱动移动装置，侧喷机则安装在此移动装置上。 （C）轴3——旋转运动 如图4-70所示，通过伺服电机的编程操作或通过仿形轨迹的机械力作用可使雾化器在垂直方向上摆动。 当雾化器臂上下动运时，所置的仿形轨迹的倾角会传递给雾化器臂的关节。由于仿形曲线和车体轮廓大体相同，所以喷枪可一直与车体表面保持适当的角度。 （2）顶喷机 顶喷机用于喷涂车身的前部、后部和顶部，一般一台顶喷机配有2～3支高转速旋杯式静电喷枪。同时顶喷机具有不同的类型。 为保证顶喷机构最佳地适应于不同的车身，它可作四种运动，如图4-71所示。 A．升降运动（顶部梁的垂直运动，约1600mm）。 B．转动（顶部梁的旋转运动，约±105°）。 C．摆动（三只雾化器整体左右摆动，300mm）。 D．线性进给（两只外侧雾化器的进给运动，各为100mm）. 顶喷机由升降机构支持，升降载体由高精度气缸或导轨导向。供漆系统和供电系统均安装在顶喷机的框架内。各种运动均由安装在框架内的电动机来产生，同时对升降机构装有配重装置，可保证升降机构的驱动很小。 3．供漆系统 系指附设在静电喷涂机上的漆量控制计量装置、换色、清洗装置如图4-72所示为供漆系统工作图，此图也表明了漆色A至漆色B的工作基本程序，两种色漆均流经下列部件，因而换时还需进行清洗： 换色阀、计量装置（此处为漆压调节器）、至旋杯的供漆通路（空心针和喷嘴）、喷杯、换色阀至旋杯的全部通路。 （1）漆量计量装置 在汽车涂装生产中，漆的计量主要有三种方法：漆压调节法、漆量调节法和齿轮计量法。 A．漆压调节法 漆由换色阀进入漆压调节器（图4-73），该调节器通过控制气管及联锁阀与位于电磁阀腔内的电控气动驱动器相联。漆压调节器在控制气的作用下，其球珠通过膜片反向于弹簧力的方向运动，脱离球座，从而使涂料通过。 根据预定的气压，一定量的涂料进入旋杯。为了准确地计量，可调节控制气在压力。例如，根据预定参考值与实际值的偏差来控制阀门的开关。在电控气动装置中将气压信号转换为电压信号，传输给电气控制卡，与预置参考值比较。若二者存在偏差，便调节相关的阀门使控制气压得到调整。 B．漆量调节法 涂料的流量由装于漆压调节器出口处的传感器感知，它采用流体计量原理，但传感器的使用按涂料的品种而变化。漆量调节法的气动元件与漆压调节法的相同。漆量调节法的优点是，随漆粘度变化而引起的变化可被检测和补偿。 C．齿轮计量法 经齿轮泵传输的液流量是恒定的，即由一对齿轮转动传输的涂料量一定时。驱动电动机带动齿轮泵，可通过控制电动机的转速来控制涂料的传输速率。伺服电动机和步进电动机均可用于计量泵的驱动电动机。伺服电动机由脉冲转换器调节作为模拟驱动装置。步进电动机是数字驱动装置，其驱动是纯粹的控制链。齿轮计量泵泵适用于汽车涂装生产上使用的各种涂料，同时对于双组分涂料的自动喷涂机，它几乎是独一无二的。 （2）换色阀 其结构图如图4-74所示。换色阀备有分配器，并在它上面装有各色漆的控制阀，以星形连接，同时每个换色阀的顶部分别装有溶剂和脉动空气阀。 换色期间，脉动空气和溶剂的阀门将交替地工作。控制气阀由电磁阀腔内部的气动阀门控制，其信号来自控制源。控制阀起动时，阀针克服弹簧脱离阀针座，从而使媒质通过控制阀。可准确地控制不同的媒质（涂料，固化剂，基漆，溶剂和脉动空气）。 中心控制阀是高转速雾化器的主要部件之一，它直接安装在雾化器上，其主要功能是控制涂料的进路和回路。为实现此功能，铝制阀体具有三路进出原料的空针，另外有控制气端口（图4-75）。 涂料通过空心主针供给旋杯，当换色和清洗时，溶剂也可通过此针供给并进入。当主针工作时，针尖脱离阀座，使涂料由喷嘴流入旋杯，针尖在弹簧作用下压紧阀座，从而阻断漆路（参见图4-64中的零件1中心控制阀）。 当换色和清洗载漆部件时，回漆阀（空针结构）用于传送多余的涂料和清洗液进入槽内。涂料的返回可防止上述物质进入喷涂室，从而避免溶剂的挥发和降低的污染程度。 涂料返回装置的空针在控制气在作用下，使涂料经主针通过回漆管和中心控制阀的通孔进入散开的回漆装置中。 短清洗阀保证的清洗旋杯的情况下，并不清洗仍然载漆的部件，如果短清洗之后仍继续用同一种涂料时，那么这居生产间断或间憩时是有利的，可防止旋杯外部设备或内部的涂料干结；当较长时间喷涂某一种涂料后，进行喷涂短清洗操作，即喷涂一定数量的车体后旋杯将得到清洗，即使涂料有沉积，也不会影响涂装的质量。 短清洗阀的空心针与一个从溶剂管供给清洗液的管路相联。在控制气作用下，短清洗阀打开，清洗液流过中心控制阀的通孔和回漆管至主针的阀座。主针打开相当短的时间，清洗液会流入旋杯的漆路中（参见图4-70）的零件6。当旋杯清洗时，整形空气（或形空气）的压力增大，以避免清洗污染车体。旋杯清洗之后，主针和短清洗阀关闭，漆压恢复，若仍使用清洗前的漆种时，便可立刻继续喷涂。 中心控制阀除了标准的结构外，另有如下两种形式： 无短清洗阀口的中心控制阀 它和标准型的唯一区别是无短清洗阀。 双组分漆的中心控制阀 它具有5个端口（基础漆、固化剂、溶剂、脉动空气和回路）及相应的控制气口。涂料在雾化器内部混合，此种阀则只能用于双组分漆。静态混合器装在雾化器的空腔内而不是主针内，按特定比例供给双组分阀的双组分在混合管路均匀混合。 4．高压发生器及供电系统 一个静电喷涂工位配置高压发生器的数目，是由系统类型及所用的漆种类决定。水性面漆采用外部荷电的方法，则每台喷涂设备均有其高压发生器。当应用普通的溶剂型涂料时，雾化器与高压发生器相联成组、或二组、或更多。 高压发生装置经特殊的高压电缆，将高压传输给喷涂室内的少料雾化器作为负极，车身接地作正极。 静电喷涂用高压发生器的类型很多，现常用的属于高压弱流（微安级）安全型的，采用以下原理： 在高压级联电路中，约1万V的交流电压经变压器可转换为100kV的直流高压。高压发生器的基本元件，见图4-76。中频率的高压发生器（约20kV）。 在被称为接触荷电的过程中，溶剂型涂料和水性中涂涂料是靠雾化系统自身带的高压电荷电。水性面漆通常在机械雾化后又在外围电极作用下荷电。 非绝缘性的接触荷电原理是溶剂型漆和双组分漆所用的标准的方法。此情况下，雾化器与地间绝缘。所有的供漆装置（换色阀，控制阀，测量装置等）均接地。 绝缘性的接触荷电原理只用于使用导电性涂料的情况，即水性涂料的情况。普通的静电喷涂装置不能用来喷涂水性涂料。因为水性涂料阻抗低，不能保证雾化器的供漆元件的绝缘，因而高转速喷枪上的高压会泄露至接地工件上，导致短路。 消除压差的一种方法是将输漆系统与高压装置相连（同雾化器一样）。这意味着供漆槽和清洗剂槽必须放在喷涂室内，同时由于需绝缘，不可由调漆间直接供漆。另外安装槽、喷涂室的供漆系统和雾化器均需与地绝缘。 另一个特殊的问题是如何由调漆间向槽中添涂料。当直接添涂料时漆流导电会引起短路。为了工业生产连续操作。需要安装供漆槽A的同时要安装间槽B；而槽B必须可借助接地开关进行在高压极端与接地间的切换（图4-77）。 当供漆槽需添涂料时，中间槽与高压装置相联；另一方面，当向中间槽中添涂料时，中间槽必须接地。 这种具有专利权的添加涂料过程，保证了水性涂料的连续供应。实际上，此原理只应用于颜色小的喷中涂区。在多色的面漆线上，基于经济与安全的原因，不能采用此原理，而是采用外部荷电法（请参见1节）。 在应用此原理的中涂线上，在喷涂室内的喷涂与输漆装置使用同一个高压发生器，其电压值与普通静电喷涂机的电压大体相同，但工作电流高得多。 应当提出的是含有铝粉颜料的金属底色漆，由于铝粉是片状结构，在电场作用下会垂直排列，产生与水平排列不同的颜色，影响外观和给今后的补漆产生困难。因此金属底色漆一般第一次喷涂采用静电喷涂而第二遍采用手工或自动喷涂。 5．控制系统 喷涂机控制为程序控制化自动控制，并有手动控制的功能，运输链因故障停止运动或突然发生停电时，设备能记忆当前状态，再起动时，设备和所有系统能将程序继续进行下去，当一台侧喷机或旋杯因故障停机时，系统其余部分仍能正常在自动方式下操作，喷涂机控制室控制的主要内容有：1）喷涂车型和颜色及其数据统计；2）运输链与喷涂机的同步控制；3）颜色和车型的同步移动；4）与运输链、喷涂室、烘干炉、防火系统的外部设备连锁；5）每天生产报告表（含产量、车型、颜色等）；6）换色、清洗控制；7）喷涂机的运行控制；8）安全控制；9）现场显示，一般采用屏幕显示；10）其他各种控制功能。 静电涂装系统控制流程如图4-78所示，进行喷涂时，首先检测被喷涂件的类型，将此数据传输给控制单元，控制单元中的控制程序对数据进行运算处理，并对外设（显示、拷贝、输入、输出等）操作控制。同时控制单元要与中央控制单元进行数据传输和数据反馈，从而在中央控制单元实现集中控制。 例如，一汽的大众涂装车间的面漆线所应用的静电涂装系统，对于每组静电喷涂设备（包括鸵鸟毛擦净机EMU、本色漆喷涂机BC-ESTA、喷涂机械手SPRAYMATE、罩光漆喷涂机CC-ESTA）均由各自的可编程控制器（PLC）进行控制。当喷涂机的PLC获得车型和漆色信息后由相关程序控制各相应的电磁阀及电机，从而驱动顶喷机和侧喷机的旋杯进行轮廓仿形，使旋杯达到最佳的喷涂角度和喷涂距离；同时，程序为实现对涂膜厚度的控制，可根据漆色、车型号和车身喷涂部位的不同调用相应的数据，对漆压（可计量泵转速）、高转速旋杯的转速、限幅空气及高电压值等相关量进行控制调整，从而达到最佳的喷涂效果；再者，各喷涂机的相应程序，也对控制旋杯上各输漆端口及相应气动端口的电磁阀进行控制，以保证喷枪能实现正确的喷涂、换色和清洗等功能；另外，喷涂室内的人身安全报警设施，如喷涂室门上触点开关、喷涂室出入口的光栅、高压发生器上的触点开关等，也直接受到可编程控制器监控，当任一项不符合要求时，均会使静电喷涂机停止工作。与此同时，喷涂现场的PLC均与中央控制制室联网，在中控室可进行总体监控，如故障信号显示、参数调整、总体起动等。 6．安全装置 高压静电旋杯采用的是高压静电，应注意安全作业，在自动喷涂机区的进出口处，需安装防爆高压信号灯，以便提高安全意识，在喷涂区前后装有安全栅栏，以防外人误入喷涂区，造成人身伤害事故，另外在每个喷涂机上装有防碰撞装置，以防止旋杯与工件距离过近，发生火花放电导致火灾。 一般情况下：当工件离旋杯距离小于100mm时，或者工人误入机械喷涂区内，人与旋杯距离小于100mm时，防碰撞装置会使喷涂机自动停止，高压发生器被切断，电压降为零，顶喷机回到最高位置，侧喷机回到边部。 喷涂机还具有快速除去残留电荷的装置，切断高压电后，迅速自动接地，消除残留电荷，即使人马上接触旋杯也十分安全。 静电涂装的设备维护和安全注意事项： （1）加强对静电涂装设备的检查和维护 A．确保静电少装机及其放电极的清洁 B．加强对电喷枪及其周围的电绝缘部件的清洁度的检查和清扫 C．加强对高压静电发生器工作善的检查。 （2）应经常检查被涂物是否接地良好一如果接地物与被涂物之间的绝缘电阻值超过1MΩ时，则表示接地不良。 （3）静电涂装机的高压部位与接地物体的距离 应注意静电涂装机的高压部位（电喷枪、荷电电极、高压电缆等）与接地物体的距离，不应小于规定的间距。 （4）注意配套设备的良好接地 喷涂室、输送装置等配套设备应接地良好，并应连锁动作。 （5）注意切断高压电源 静电涂装作业一停止，应立即切断高压电源接地放电。只有当确认良好接地放电的场合下，才允许接触静电涂装机的高压部位。 |
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