铝轮毂镜面涂装工艺开发及应用
来源:中国高新科技期刊社 | 作者:CAW | 发布时间: 2021-03-11 | 5000 次浏览 | 分享到:

0.引言

轮毂是汽车的重要配件,承担着支撑车身内部载荷作用,铝轮毂本身具有重量轻、振动小、外型美观、散热性能好等优点,使铝轮毂获得越来越多的汽车主机厂青睐。铝轮毂表面涂装工程不仅能够提升产品的外观装饰性,还能够对轮毂进行有效的表面防护,提高车轮的耐玷污性、运行可靠性,延长其使用寿命。

为了满足欧洲部分高端客户个性化需求,集团公司立项开发一款高清透明漆全涂装锻造铝轮毂,要求轮辐外观面达到镜面涂装效果,其余部分做普通亮面涂装,涂层性能符合技术协议要求。

1.涂装工艺及材料选型确认

1.1常见铝轮毂透明罩光涂装工艺

铸造铝轮毂机加工完成—气密性检查—前处理—烘干—喷底粉—烘干—喷底色漆—流平闪干—喷面漆—流平闪干—喷罩光清漆—流平闪干—烘干—合格包装入库。

1.2锻造铝轮毂镜面涂装工艺方案选择

第一种方案是喷透明粉,工艺流程为:锻造铝轮毂机加工完成—轮辐正面做精车/抛光表面处理—化学前处理—烘干—静电喷透明粉—烘干—合格包装入库。经喷涂试验发现喷透明粉后涂层厚度在80~120um涂层清晰度不如液体漆,不符合客户要求。

第二种方案是喷透明漆底漆+面漆,工艺流程为:锻造铝轮毂机加工完成—轮辐正面做精车/抛光表面处理—化学前处理—烘干—高清透明底漆—流平闪干—高清透明面漆—流平闪干—涂层固化—合格包装入库。

1.3涂装材料选型

备选涂装材料之一为耐黄变型铝材用UV漆,优点是油漆固体含量高,漆膜丰满光泽度、硬度高,使用紫外线照射3min固化,工艺流程短,节省能源,经过轮毂切片喷涂固化完成24h后做检测,发现耐水性测试试验不合格;

备选涂装材料之二为双组份金属PU漆,优点是附着力好耐黄变性佳,但是PU双组份漆会自干,在流水线上两组份配漆完成后如果4h内没有及时用完就会自然反应固化浪费材料,喷涂系统包括喷枪每次使用过程中,中间因为工人休息、吃饭,没有及时清洗会出现堵塞现象,容易浪费材料和时间,不适应流水线快速生产要求;

备选涂装材料之三为纳米高清透明烤漆,涂层表面具有荷叶效应。如图1所示,荷叶效应是指荷叶表面具有超疏水以及自清洁的特性。由于荷叶具有疏水、不吸水的表面,落在叶面上的雨水会因表面张力的作用形成水珠。换言之,水与叶面的接触角大于150。,只要叶面稍微倾斜,水珠就会滚离叶面。因此,即使经过一场倾盆大雨,荷叶的表面总是能保持干燥。此外,滚动的水珠会顺便把一些灰尘污泥的颗粒一起带走,达到自我洁净的效果,这就是莲花总是能一尘不染的原因。

图1 纳米涂层荷叶效应自清洁功能

涂装材料最终选择了某厂家送样来做试验的专利产品配套:纳米高清防腐底漆及耐玷污面漆都是单组分液体烤漆。其优点是:单组分涂料不用加固化剂,使用过程中没有高温烘烤不会自己固化堵塞管线、喷枪,但经过设定时间高温烘烤固化后产生镜面光泽效果,涂层硬度、附着力、耐水性、耐酸碱溶液、耐盐雾等性能测试均佳,尤其是面漆涂装施工完成后疏水的纳米涂料粒子产生自清洁功能,这一特点对于经常在各种路面奔驰的车轮来说具有十分重要的意义。

2.涂装线设备选型

2.1涂装运输线选择

(1)前处理工艺流程:上件—热水洗—预脱脂—脱脂—水洗1—水洗2—自来水直喷—酸洗—纯水洗1—纯水洗2—纯水洗3—新鲜纯水直喷—无铬钝化—纯水洗4—纯水洗5—自动吹水—烘干。前处理线全部采用喷淋方式,因此选择悬链运输线清洗效率和药剂利用率较高,污水处理量较少。

(2)镜面涂装烤漆使用低粘度高清纳米液体烤漆,在悬链线上立面喷涂容易产生涂层流挂等弊病,故选择水平地轨线。

2.2自动静电喷漆系统

涂装方法有手动喷和自动喷,手动喷涂的涂层厚度及喷涂质量不易控制,自动喷涂可以将涂层厚度的精度控制在10μm左右,且均匀,厚度还可根据顾客的要求进行调节;喷枪则有静电喷枪和空气喷枪,空气喷枪适用于普通喷涂,涂料利用率低,不易上膜厚,经过试验选择自动静电喷漆系统,不仅能解决厚度不均匀,还能提高涂料利用率,减少颗粒杂质。

3.技术难点

3.1涂装前表面光泽度达不到要求

做镜面涂装要想获得较好表面光泽度,对底材平整度要求很高,锻造铝轮毂机加工后通常有两种表面处理方法:抛光和精车。

抛光是利用机械、化学或电化学的方法,使工件表面粗糙度降低,以获得光亮、平整表面的加工方法。普通工人使用机械进行抛光会在铝表面产生丝状凹陷痕迹等缺陷,底材外观达不到做镜面涂装要求。而普通精车后表面光泽度也达不到镜面涂装要求。

3.2前处理清洗不掉蓝斑

锻造铝轮毂在机加工、精车过程中使用车削液遗留在铝合金表面发生反应,尤其在夏天高温高湿环境形成的蓝斑多,前处理化学清洗难以彻底清除干净,直接喷涂透明底、面漆缺陷明显,会严重影响外观,不解决蓝斑问题根本无法做出外观合格的涂层,更不用说镜面效果。

3.3涂层外观面其它不良率较高

客户要求:锻造铝轮毂高清透明涂装整个正面造型面气泡针孔、颗粒杂质数量N≤3个,杂质直径Φ≤0.5mm,且杂质之间距离S>5cm。

初期喷涂试验期间经常达不到上述品质要求。

4.解决方案

4.1解决精车光泽度差问题

镜面涂装需要很小的基底粗糙度才能获得高光泽度,采用单晶金刚石刀具做镜面车削加工,解决了精车光泽度差的问题。在精车加工中,车轮表面粗糙度与切削速度密切相关,因此可以采用较高的切削速度。但是,当切削速度达到一定水平时,由于高速条件下系统的刚性和平衡性,表面粗糙度不能继续下降,而是会略有增加,因此一般可保持在1500r/min。

4.2解决蓝斑问题

蓝斑问题是行业难点,原因分析主要是精车后裸露的铝合金很活泼,极易与其他物质起化学反应形成斑痕,经过多次试验,解决蓝斑关键措施是车削液加适量去离子水调配,镜面车后及时用去离子水清洗干净铝轮表面并吹干,控制在24h内做前处理化学清洗烘干-涂装,中间转线运输过程中用塑料薄膜覆盖保护,作业人员手掌不能直接接触轮毂表面,防止汗液污染。

4.3解决外观异常杂质问题

(1)喷漆室流平室及烘干室空气除尘级别≥10000级以上,温湿度控制,流平闪干温度时间控制;制定管理措施:作业人员进入自动喷漆控制室设置3道门,非工作人员不得进入喷漆控制室,目的是尽量减少外面杂质进入封闭的喷漆室、流平室、烘干室。

(2)涂装作业车间5S管理。喷漆室人员衣服每天下班做5S整理整顿清扫清洁,提高人员素养,作业时穿戴整洁,工作时候戴统一工作帽、白色品质手套。

(3)涂料储存及过滤。涂料进料细度≤15um,储存室保持温度在15℃~30℃符合供应商要求,不会变质返粗,配漆搅拌均匀后经过过滤加入现场储漆容器,喷涂机吸入口加200目过滤网。

5.结语

通过开发锻造铝轮毂高清透明镜面涂装工艺过程,解决了铝轮毂表面精车光泽度差、素材蓝斑难清洗、外观面异常杂质数量较多等诸多难题,满足了部分欧洲高端客户个性化需求,同时大大提升了集团铝轮工厂涂装制程能力和铝轮品质级别,为公司铝圈事业部积极融入全球汽车配件产业链,成为高品质铝轮毂供应商打下坚实基础。

作者:张官浩

本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第22期