CN116329042A - 一种小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天航空紧固件加工技术领域，具体涉及一种小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，采用自动喷涂设备进行所述外螺纹紧固件的表面喷涂；其主要包括以下步骤：S1、配料；S2、对螺纹紧固件进行清洗、烘干，备用；S3、螺纹紧固件和锆球加入带加热部件的滚筒中；S4、调整自动喷枪的距离为13～15cm；S5、启动自动喷枪、滚筒和加热部件；S6、喷涂过程中，每隔5～10min，取样，检查样品涂层厚度及螺纹通止情况；S7、喷涂结束后，将螺纹紧固件取出冷却。本发明通过控制喷涂距离、喷涂频率、压力、出漆量、转速、温度和添加锆球等操作，达到控制涂层质量的效果，保证了涂层厚度的一致性和稳定性。

Description

一种小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺

技术领域

本发明涉及一种小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，属于航天航空紧固件加工技术领域。

背景技术

螺纹紧固件是一种有内螺纹或是外螺纹的机械零件，在航空航天领域是非常重要的零部件，飞行器的复杂结构依靠螺纹紧固件将成千上万个零部件连接组成一个整体，在飞行器飞行时，螺纹紧固件需要承受压力变化、速度变化带来的载荷和变形，还要经受长期在不同的温湿度环境下使用对其表面的腐蚀，因此，需要对螺纹紧固件的表面进行处理，从而使其达到防腐蚀、耐温变等性能需求。

涂层厚度均匀性和一致性是评价铝涂层防接触腐蚀和牺牲阳极防腐蚀性能的重要指标,紧固件任何与连接件相接处部位的涂层厚度均应满足标准要求(5～12.7μm),否则很容易发生接触腐蚀,引起质量安全事故。

现有的外螺纹紧固件的主要加工方式为人工手动喷涂，一般采取多个外螺纹紧固件混喷的方式，受手持喷枪移动速度、喷涂距离、翻动力度、翻动次数等多方面因素影响，导致紧固件表面涂铝层存在涂层厚度均匀性较差问题，难以满足外螺纹紧固件所有工作面(包括光杆、支撑面、螺纹)均为5～12.7μm的厚度要求，因此，需要一种减少人为主观因素对涂层质量的不良影响，在满足外观、结合力要求的前提下，提高涂层厚度一致性和稳定性的喷涂工艺。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，减少人工喷涂带来的厚度不均匀的情况。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，采用全自动温滚喷设备进行所述外螺纹紧固件的表面喷涂；所述全自动温滚喷设备包括滚筒、自动喷枪和加热部件；所述加热部件和自动喷枪均安装在所述滚筒外侧，所述自动喷枪的喷嘴伸入所述滚筒内部；

其主要包括以下步骤：

S1、配制涂料备用；

S2、对螺纹紧固件进行检测筛选，挑选合格的螺纹紧固件进行清洗、烘干，备用；

S3、将步骤S2处理后的螺纹紧固件放置在带加热部件的滚筒中，再加入锆球，所述锆球与螺纹紧固件的质量比为1：1～2；

S4、调整自动喷枪的与滚筒内螺纹紧固件的距离为13～15cm；

S5、启动自动喷枪、滚筒和加热部件，自动喷枪将涂料喷出，加热部件加热滚筒内部物料，滚筒转动带动螺纹紧固件和锆球运动；

S6、喷涂过程中，每隔5～10mi n，取样，检查样品涂层厚度及螺纹通止情况；

S7、喷涂结束后，停止自动喷枪、滚筒和加热部件，将螺纹紧固件取出冷却。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下的改进：

进一步，喷涂过程中，控制自动喷枪每喷涂2～3s停机1s；控制自动喷枪的雾化压力为0.15～0.2MPa，总压力表为0.3～0.4MPa。

采取上述进一步技术方案，通过控制喷枪的喷涂频率和压力，保证喷涂外螺纹紧固件的外观和结合力满足要求，同时提高喷涂效率。

进一步，喷涂过程中，控制自动喷枪的出漆量为(10～12)cm×(8～10)cm。

在喷枪喷幅一定的前提下，出漆量决定了漆雾在产品表面的覆盖面积。采取上述进一步技术方案，通过控制自动喷枪的出漆量，提高自动喷枪的喷涂效率，改善涂层的表面粗糙度，提高涂层厚度均匀性。

进一步，喷涂过程中，控制滚筒转速为20～23r/mi n。

采取上述进一步技术方案，通过控制滚筒转速使喷涂更加充分、均匀。

进一步，喷涂过程中，控制滚筒内的温度为75～85℃。

采取上述进一步技术方案，通过控制温度加快涂层的固化，改善涂层表面的粗糙度，减少螺纹紧固件之间的表面发生粘接的情况。

进一步，所述锆球中，氧化锆的含量为10％～20％，所述锆球的直径为2mm～4mm。

采取上述进一步技术方案，对于外螺纹紧固件产品，在滚筒转动过程中可能会造成产品碰撞，产生磕碰伤，影响螺纹通止及产品质量，在喷涂的过程中加入锆球可以起到缓冲的作用，减少磕碰伤，改善涂层表面的粗糙度。

进一步，喷涂时间为20～130mi n。

本发明的有益效果是：

本发明通过采用自动喷涂设备取代人工喷涂，减少人为主观因素对螺纹紧固件涂层性能的影响，并且通过控制喷涂距离、喷涂频率、压力、出漆量、转速、温度和添加锆球等操作，达到控制涂层质量的效果，保证了涂层厚度的一致性和稳定性。

附图说明

图1为实施例4结合力检测示意图；

图2为出漆量检测示意图；

图3为实施例5的产品外观示意图；

图4为实施例3的产品外观示意图；

图5为对比例1出漆量为13cm×11cm的产品外观示意图；

图6为对比例1出漆量为9cm×7cm的产品外观示意图；

图7为对比例2的温度为90℃的产品外观示意图；

图8为对比例2的温度为70℃的产品外观示意图；

图9为对比例3的雾化效果图；

图10为对比例3的产品厚度测试结果图；

图11为本发明实施例使用的全自动温滚喷设备的结构示意图。

附图标记说明：1、滚筒；2、自动喷枪；3、加热部件；4、滚筒转速调节模块；5、喷涂频率调节模块；6、温度调节模块；7、计时模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参见图11，本发明实施例使用的全自动温滚喷设备包括滚筒1、自动喷枪2、加热部件3和调节模块；所述加热部件3、自动喷枪2均安装在所述滚筒外侧1；所述调节模块包括滚筒转速调节模块4、喷涂频率调节模块5、温度调节模块6和计时模块7。

本发明实施例与自动喷涂设备配套使用的涂料按质量比2:1:8的比例取涂铝液、固化剂、稀释剂，配制喷涂用涂料。

本发明实施例用于喷涂验证的产品为螺栓，规格包括4-10、5-4、6-8(其中第一个数字代表螺纹直径，单位：mm；第二个数字代表夹层长度，单位：mm)。

在喷枪喷幅一定的前提下，出漆量决定了漆雾在产品表面的覆盖面积。出漆量的检查方式，是取一张绘有1cm×1cm网格的A4纸，在喷涂间歇的1s内将网格纸置于产品表面并保持不动，接收完整2～3s的喷漆量于网格纸上。喷涂检测示例见图2。

涂层质量检测项目、检测方法及合格判定标准如下所示：

外观采用目视法进行检测。要求涂层应光滑、均匀，且应无针孔、暗洞、气泡、凸起、凹坑或其他不平整缺陷；出现涂层缺失、堆积、划痕等情况即判定不合格。

厚度采用显微镜法检测，分别对支撑面、光杆、螺纹进行随机取样，每个部位测5个点，取平均值。要求厚度5～12.7μm；超过限值即判定不合格。

结合力采用胶带法进行检测，选用3M公司250号胶带贴于紧固件表面，按压胶带使之贴紧贴紧固件表面，在与螺栓表面垂直的方向上将胶带猛力去除。要求涂层应连续、紧密的附着在基体金属上，试验后在4～6倍放大镜下进行检查，涂层不应出现与基体金属接触面分离的现象；涂层脱落即判定不合格。

螺纹通止通过适用的环规进行检测。要求通规顺利通至锁紧部位，止规止2扣以内；在涂层厚度合格情况下，通规无法通至锁紧部位即判定不合格。

实施例1～9的参数设置和性能测试结果如下。

实施例1的设备参数设定情况见表1。

表1实施例1的设备参数设定

实施例2与实施例1的喷幅、涂料配比、压强、锆球配比设定相同；温度设定为80℃，喷涂距离14cm，喷涂频率为喷3s停1s，滚筒转速21r/mi n，出漆量10cm×10cm，时间70mi n。

实施例3与实施例1的喷幅、涂料配比设定相同；喷涂距离设定为13cm,温度75℃，压强设定雾化压力表0.15MPa，总压力表0.3MPa，锆球配比锆球：产品＝1:2(质量比)，喷涂频率喷3s停1s，滚筒转速20r/mi n，出漆量12cm×10cm，时间130mi n。

实施例4与实施例1的喷幅、涂料配比、喷涂距离、温度、压强、锆球配比、喷涂频率、出漆量、时间设定相同，滚筒转速设定为22r/mi n。

实施例5与实施例1的喷幅、涂料配比、压强、锆球配比设定相同，喷涂距离设定为14cm，温度80℃，喷涂频率喷3s停1s，滚筒转速21r/mi n，出漆量10cm×10cm，时间75mi n。

实施例6与实施例1的喷幅、涂料配比设定相同，压强设定为雾化压力表0.15MPa，总压力表0.3MPa，锆球配比锆球：产品＝1:2(质量比)，喷涂距离13cm，温度75℃，喷涂频率喷3s停1s，滚筒转速20r/mi n，出漆量12cm×10cm，时间120mi n。

实施例7与实施例1的喷幅、涂料配比、喷涂距离、温度、压强、锆球配比、喷涂频率、出漆量、时间设定相同，滚筒转速设定为21r/mi n。

实施例8与实施例1的喷幅、涂料配比、喷涂距离、温度、压强、锆球配比、喷涂频率、出漆量设定相同，滚筒转速设定为21r/mi n，时间30mi n。

实施例9与实施例1的喷幅、涂料配比、压强、锆球配比设定相同，喷涂距离设定为13cm，温度75℃，喷涂频率喷3s停1s，滚筒转速20r/mi n，出漆量11cm×10cm，时间100mi n。

喷涂并固化结束后，使用金相法检测涂层厚度及均一性，验证数据汇总见表2-3。

表2实施例1～9的涂层厚度数据表

表3实施例1～9的涂层质量测试数据表

由表2和表3数据可知，采用本发明的涂料和工艺加工的规格为直径4mm、5mm、6mm的产品,其光杆、支撑面、螺纹涂层厚度较均匀，不存在螺纹比其它部位薄的问题；产品外观光滑、均匀；结合力能够满足标准要求；通止合格。

在本发明的实施例中，需要注意的是：

(1)在喷涂过程中，应定期使用测温仪检查零件实际温度，零件实际温度应控制在75℃～85℃。

(2)滚筒转速设置在20～23r/mi n，零件规格越大，滚筒转速应设置的越低，防止零件碰伤。

(3)产品的喷涂时间根据螺栓的表面积确定，表面积越大，则喷涂时间越长。

(4)加入的锆球，在确保不被产品夹带的前提下，应尽量选用小规格。

(5)喷涂过程中，每隔5～10mi n，应取样，检查产品涂层厚度及螺纹通止。涂覆完成后，将产品取出，进行固化。

自动喷涂涂层质量受很多因素影响，包括喷幅、涂料配比、喷涂距离、温度、压强、出漆量、滚筒转速、喷涂频率、喷涂时间、锆球加入比例等，本发明通过对外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺的参数进行考察和优化，找到了影响涂层质量的关键参数，并且进一步研究了工艺关键参数与涂层质量的关系，从而得到了工艺关键参数与涂层质量的关系如下：

1、如果出漆量过小、喷涂频率过低、喷涂距离过大、抽风过大时会导致喷涂时间过长，降低生产效率。

2、当出漆量过小、喷涂频率过高、喷涂距离过大、喷幅过大、抽风过小、温度过高时会使产品表面粗糙，影响涂层质量。

3、当出漆量过大、喷涂频率过高、喷涂距离过小、转速过低、喷幅过小、抽风过小、温度过低时，会使产品表面粘结，影响涂层质量。

4、当加入锆球过多时，延长喷涂时间，减少单次加工产品数量，降低生产效率；当加入锆球过少、转速过高时，起不到缓冲效果，导致产品磕碰。

对比例1

对比例1进行两组产品的喷涂，对比例1与实施例1的喷幅、涂料配比、压强、锆球配比、温度、喷涂距离、滚筒转速、喷涂频率、时间设定相同；与实施例1不同的是，对比例1的两组产品的出漆量分别设定为13cm×11cm、9cm×7cm。

参见图5，当出漆量设定为13cm×11cm时，喷涂过程中出现产品粘结现象；参见图6，当出漆量设定为9cm×7cm时，喷涂时间延长至35mi n，且产品外观有磕碰、起皮；涂层质量数据见表4、表5。

对比例2

对比例2进行两组产品的喷涂，对比例2与实施例2的喷幅、涂料配比、压强、锆球配比、喷涂距离、滚筒转速、喷涂频率、出漆量、时间设定相同；与实施例2不同的是，对比例2的两组产品的喷涂温度分别设置为70℃和90℃。

参见图7，当温度设置为90℃时，头下圆角、螺纹部分出现起毛现象，外观不合格；参见图8，当温度设置为70℃时，产品喷涂过程中出现黏连，固化后表面刮花，厚度不均匀；涂层质量数据见表4、表5。

对比例3

对比例3与实施例3的喷幅、涂料配比、温度、锆球配比、喷涂距离、滚筒转速、喷涂频率、出漆量、时间设定相同；与实施例3不同的是，对比例3的雾化压力为0.1MPa，总压力为0.2MPa

参见图9，当压强设定为雾化压力为0.1MPa，总压力为0.2MPa时，漆雾雾化效果差；涂层质量数据见表4、表5。

对比例4

对比例4进行两组产品的喷涂，对比例4与实施例4的喷幅、涂料配比、温度、锆球配比、喷涂距离、压强、喷涂频率、出漆量、时间设定相同；与实施例4不同的是，对比例4的两组产品的滚筒转速分别设置为19r/mi n和24r/mi n。

参见图10，当滚筒转速为19r/mi n时，固化后产品涂层厚度均匀性差；当滚筒转速为24r/mi n时，产品表面出现磕碰，螺纹通止不合格；涂层质量数据见表4、表5。

对比例5

对比例5进行两组产品的喷涂，对比例5与实施例5的喷幅、涂料配比、温度、锆球配比、喷涂距离、压强、滚筒转速、出漆量、时间设定相同；与实施例5不同的是，对比例5的两组产品的喷涂频率分别设为喷1s停1s和喷4s,停1s。

喷涂过程中发现，当喷涂频率为喷1s停1s时，滚筒内漆雾排出不及时，导致头下圆角及螺纹处出现起毛现象；当喷涂频率为喷4s,停1s时，导致产品表面黏连，烘干不及时，影响外观及厚度均匀性；涂层质量数据见表4、表5。

对比例6

对比例6进行两组产品的喷涂，对比例6与实施例6的喷幅、涂料配比、温度、喷涂频率、喷涂距离、压强、滚筒转速、出漆量、时间设定相同；与实施例6不同的是，对比例6的两组产品的锆球配比为锆球：产品＝2:1或者1:3。

结果表明，当锆球配比为锆球：产品＝2:1(质量比)时，喷涂效率降低，涂铝液浪费严重；当锆球配比为锆球：产品＝1:3(质量比)时，锆球缓冲作用不明显，产品表面出现磕碰，影响外观，厚度均匀性及螺纹通止，涂层质量数据见表4、表5。

对比例7

对比例7进行两组产品的喷涂，对比例7与实施例7的喷幅、涂料配比、温度、喷涂频率、锆球配比、压强、滚筒转速、出漆量、时间设定相同；与实施例6不同的是，对比例6的两组产品的喷涂距离分别设置为12cm和16cm。

结果表明，当喷涂距离为12cm时，落在产品表面的漆雾雾化效果差，涂层厚度不均匀；当喷涂距离为16cm时，产品头下圆角及螺纹处出现起毛现象；涂层质量数据见表4、表5。

表4对比例1～7喷涂质量数据表

由表4数据可知，对比例1～7存在厚度均匀性较差问题，且多批次涂层厚度出现超出标准规定的5～12.7μm范围。

表5对比例1～7涂层质量测试数据表

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，采用全自动温滚喷设备进行所述外螺纹紧固件的表面喷涂；其特征在于，所述自动喷涂设备包括滚筒、自动喷枪和加热部件；所述加热部件和自动喷枪均安装在所述滚筒外侧，所述自动喷枪的喷嘴伸入所述滚筒内部；

其主要包括以下步骤：

S1、配制涂料备用；

S2、对螺纹紧固件进行检测筛选，挑选合格的螺纹紧固件进行清洗、烘干，备用；

S3、将步骤S2处理后的螺纹紧固件放置在带加热部件的滚筒中，再加入锆球，所述锆球与螺纹紧固件的质量比为1：1～2；

S4、调整自动喷枪的与滚筒内螺纹紧固件的距离为13～15cm；

S5、启动自动喷枪、滚筒和加热部件，自动喷枪将涂料喷出，加热部件加热滚筒内部物料，滚筒转动带动螺纹紧固件和锆球运动；

S6、喷涂过程中，每隔5～10min，取样，检查样品涂层厚度及螺纹通止情况；

S7、喷涂结束后，停止自动喷枪、滚筒和加热部件，将螺纹紧固件取出冷却。

2.根据权利要求1所述的小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，其特征在于，喷涂过程中，控制自动喷枪每喷涂2～3s停机1s；控制自动喷枪的雾化压力为0.15～0.2MPa，总压力表为0.3～0.4MPa。

3.根据权利要求2所述的小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，其特征在于，喷涂过程中，控制自动喷枪的出漆量为(10～12)cm×(8～10)cm。

4.根据权利要求3所述的小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，其特征在于，喷涂过程中，控制滚筒转速为20～23r/min。

5.根据权利要求4所述的小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，其特征在于，喷涂过程中，控制滚筒内的温度为75～85℃。

6.根据权利要求5所述的小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，其特征在于，所述锆球中，氧化锆的含量为10％～20％。

7.根据权利要求6所述的小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，其特征在于，所述锆球的直径为2mm～4mm。

8.根据权利要求7所述的小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，其特征在于，喷涂时间为20～130min。

9.根据权利要求8所述的小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，其特征在于，所述涂料包括涂铝液、固化剂和稀释剂。

10.根据权利要求9所述的小规格外螺纹紧固件的全自动温滚喷工艺，其特征在于，所述涂铝液、固化剂和稀释剂的质量比为4:1～2:16～18。

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