文摘：将机电一体化技术与防热涂料喷涂经验相结合，研制出舱体内、外防热涂料自动化喷涂的工艺及其设备，提高了生产效率和产品质量，解决了喷涂料液搅拌不均匀问题，节约了喷涂料，显著改善劳动强度大、劳动环境极差的工况。
主题词：防热层；工艺设计；喷涂设备；研制；热喷涂http://www.sunspraying.com/kepuyuandi/
1 引言
根据某型号导弹批生产的需要，我们将导弹舱体一贯采用的手工喷涂防热层的工艺方法升级为自动化喷涂，解决了长久以来存在的手工喷涂生产方式效率低、喷涂质量较差、喷嘴易堵塞、材料浪费较大、劳动环境差的难题。
2 采用的技术原理与关键技术
2.1 工艺技术方案
自动化喷涂的工艺方案是基于原人工喷涂的工艺原理。同样面积喷涂同样多的配比均匀的涂料是决定涂层均匀性的基本工艺原理，而喷嘴与工件表面间的距离、喷枪的供气压力、搅拌的均匀性、喷嘴的内径、喷涂净化室气流组织状态、涂料中颗粒物及涂料张力引起的聚集状况等则与涂层的密实性、均匀性等质量状态参数直接相关，这些被生产过程验证的基本工艺原理，必须在自动化喷涂设备上进行协调并得到合理的应用。
人工喷涂时工件静止，喷枪沿其母线施喷，喷涂幅宽约为 20.5mm。喷涂中若喷嘴阻塞，则随时中断作业，疏通后找到断层可以接着喷。喷涂料的搅拌十分重要。所谓涂层均匀，就是组份搅拌均匀与喷涂均匀。人工喷涂时将团状组份在溶剂中搅开、搅匀，然后注入喷枪的料罐中，操作时一般是喷一会晃几下，籍此阻止沉淀，但是效果较差。
喷涂方式方法问题、喷嘴阻塞问题、料浆实时搅拌的问题，就是由人工喷涂转变到自动喷涂时必须要解决的基本工艺方法及装置问题。
解决的方案是：自动喷涂采用舱体与喷嘴间相对运动轨迹为圆柱螺旋线或圆锥螺旋线方法施喷。喷涂层搭接、重叠的合理性，则取决于舱体及喷枪运动链参数设计的合理性。解决喷枪阻塞不用疏导方法而采取措施使之不阻塞。泥浆状喷涂料是高黏度、高固份物体（不挥发份 60%），填加剂中固型物的最大粒度可达 80 目左右，解决的办法在理论上应是扩大喷嘴内径使之通过性适宜。然而，喷嘴内径的变化是有着广泛的牵连性的，它关系到了原有空气压力参数、特定涂层厚度下的枪与工件间的距离参数、工件与枪的运动参数以及喷涂幅宽参数等，因此，喷嘴内径的变化会使这些参数发生不同程度的变化和调整。采用什么样的搅拌方式可使泥浆状的料液搅拌均匀且不沉淀，方法之一是使料浆循环流动，但易堵塞和磨损循环泵；方法之二是设计一种可以产生紊流的高效混合装置进行扰动，使料浆处于不断地被混合搅拌状态，这就是目前采用的活塞式搅拌器的方案。本搅拌装置在原理上采用容积差的方式强迫料浆较强烈地流动并混合，产生紊乱的效果。
2.2 设备技术方案
在进行了必要的工艺或装置的设计原理试验并获取了预期结果的情况下，进行了防热层喷涂自动化设备的总体方案设计工作。自动喷涂设备由工件回转动力组件、喷涂组件、喷雾净化室、控制系统等基本功能组件组成。
2.2.1 工件回转动力组件
组件的基本功能首先是作为喷涂工件的载体并完成工件装夹及装夹调节、工件保护以及实现工件定轴匀速或匀加速转动。锥形体工件沿纵轴方向其截面周长是连续作递增或递减变化的，故设置了匀变速功能。为了可靠地约束工件运动过程中的动力加载可能引起的运动不稳定因素，采用了便捷且可靠的装夹及装夹调节机构；在技术方案上充分协调了回转传动链与喷枪运动传动链间的相关技术参数并与电气传动参数建立了正确的关系；在技术方案设计时考虑了喷涂工艺对运动精度的要求。
本组件由钢架结构的头尾架、具有自锁功能的减速器、丝杠副、装夹及装夹调节机构、滚动直线运动机构、工件喷涂保护机构、工件回转锁定机构、防尘装置、驱动及测速装置等组成。
2.2.2 喷涂组件
喷涂组件的基本功能是驱动喷枪及其搅拌装置沿工件纵轴方向或纵向及径向运动，喷嘴的运动轨迹与舱体母线平行，在进入锥段时增加一个沿工件横截面直径方向的运动，喷枪的运动为匀速或匀变速运动。喷涂机构与工件运动的复合结果为舱体表面相对喷嘴的运动轨迹为圆柱或圆锥螺旋线且相对线速度为常量。压缩空气通过电磁阀及输气管线供至喷枪及搅拌器，两条通道相互独立。根据试验结果，料罐设置在距喷嘴约 300mm 处，通过活塞上、下运动为喷枪供应均匀的涂料，这种随枪运动的小型高效搅拌罐使用效果是良好的。喷涂组件由可拆卸式龙门结构件、滚动部件、丝杠副、喷具导向复位机构、涂料搅拌装置、靠模及其调节机构、小型手动空气调节阀及输气管线、防尘构件、驱动及测速装置等组成。
工件回转动力组件与喷涂组件在技术方案上充分协调了回转传动链与喷枪运动传动链间的相关技术参数并与电气传动参数建立了正确的关系。在技术方案设计时考虑了喷涂工艺对运动精度的要求。
2.2.3 喷雾净化室
喷雾净化室系统具备两种功能，其一为净化喷雾，利用风力使喷雾进入水幕并通过水幕，从而使喷雾中的溶质或固形物留在水中。功能之二为控制与调节有机溶剂气体与空气的比例，因除烃类中的氯化物外，一般有机溶剂均具有闪点低、燃点低的特性，着火能量一般仅为 0.2～0.3 毫焦耳，易燃爆且又有毒性，利用通风换气的方法使空气与有机溶剂气体的比例达不到爆炸限，籍此维护生产环境的安全。本系统由净化室体、水箱、集气箱、水帘发生构件、潜水泵、风力管线及轴流风机等组成。
2.2.4 控制分系统
控制分系统的功能为依照设备方案要求实现回转组件及喷涂组件的启停及速度调节、准确控制喷具的位置、控制喷枪及搅拌装置的启停、采集来自位置、速度等传感器件的信息并同时管理照明、供水及净化系统的轴流风机，系统具备手动、自动功能和中断功能。手动一般应用于调机和设备维修，自动一般应用于生产过程，中断功能用于处理紧急及意外事件。自动和手动功能可以便捷地进行切换。在综合考虑系统精度及防爆要求的基础上，调速方案确定为交流变频调速方案。其技术原理是通过改变定子的供电频率来改变同步转速，在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速特性。本系统具备多轴同步比例联动调速功能。并对电器系统进行了必要的防爆选型设计。
系统的基本配置为可编程控制器 FX2n、交流变频调速器 FR-A500、位置传感器、光电编码器、防爆型交流感应式异步电动机、电磁换向阀、低压电器（固态继电器、固态接触器等）、指令开关、传输介质及应用软件等。
3 技术进步点和创新点
3.1 较好地解决了高固份（不挥发份占 60%）、难搅拌均匀且易沉淀、基料黏度较大的混合性喷涂料较普遍存在的喷枪喷嘴堵塞问题；解决了由于喷嘴结构参数变化及工件状态由静止变化为运动，使操作间，尤其是喷涂工件表面的气流组织发生了较大变化引起的喷涂供气压力、喷涂距离、喷涂幅宽、喷涂厚度、喷涂速度等参数的变化问题。
3.2 研究了由于喷涂料中的较大颗粒及喷涂料自身的张力在喷涂过程中引起的聚集及其积累（一般喷涂 10～15 层后、涂层厚度约 2.0mm时）的工况并进行了有效的处理；
3.3 研制了高效、适用的随喷具运动的涂料搅拌装置，有效地解决了 405-21C、405-21L 涂料实时均匀搅拌的问题，使喷涂料中的固型物不再沉积。
3.4 利用靠模或三轴比例联动技术、变频调速技术，简捷、有效地解决了自动喷涂中圆件、喷具的驱动及运动形式问题，使之适用于圆柱型或圆锥型舱体内、外表面喷涂。开发了导弹产品内、外表面防热涂料自动化喷涂的新的工艺途径及研制了自动化喷涂工艺设备，获得了较佳的工艺效果。手工喷涂与自动喷涂基本指标如表 1 所示。
4 结束语
本项目投入使用已经两年，喷涂导弹产品60 余发，喷涂质量满足设计要求，并已通过多次成功的飞行试验。使生产效率提高了3～4倍；彻底地改变了喷涂料液搅拌不均匀的工况；喷涂质量显著提高并使手工喷涂时严重影响涂层质量的微小裂纹或崩裂等缺陷彻底消失；节约喷涂料近20%；十分显著地改善了劳动强度大、劳动环境极差的工况。目前在本行业中投入使用的设备为：卧式I 型自动喷涂设备、卧式 II 型自动喷涂设备、立式 I 型三轴比例联动自动喷涂设备。立式喷涂设备具备舱体防热层内、外表面喷涂的功能。推而广之，本系列设备完全可以用于舱体其它功能或防护材料内、外表面的涂装，设备的生产效率目前为 120 发/年，其生产能力仍然存在着扩展的空间。
图略
参考文献略
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