酸洗汽车板涂油缺陷的研究及应用.pdf

Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY随着汽车制造技术的不断进步，汽车板的市场需求不断加大，汽车板产量成为衡量各大供应厂生产能力的重要指标1。酸洗汽车板的成本优势明显，出货量大，成为汽车板的一个重要的产品类型。由于运输、储存及冲压等过程的需要，涂油工艺成为冷轧汽车板的必要工序。汽车板涂油质量评价标准严苛，在酸洗板涂油生产中出现的涂油缺陷，会严重影响产品的表面质量，甚至产生大量降级品，涂油质量已经成为影响产品合格率的一个重要因素。汽车板客户对涂油质量非常敏感，涂油缺陷极易造成汽车部件冲压成型过程中出现冲压起皱或冲压开裂等严重事故，产生较大的经济损失。冲压开裂的汽车结构件如图 1所示。由于静电涂油工艺的重要作用，各大生产企业和研究机构对静电涂油机的应用技术进行了较为系统深入的研究。高全杰等2讨论了粉末静电喷图 1冲压开裂的汽车结构件Fig.1Stamping and cracking automotive structural parts*收稿日期：2023-01-03作者简介：卢杰（1982-），男，河北灵寿人，高级工程师，主要从事冷轧设备及其自动化方面的工作。Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY酸洗汽车板涂油缺陷的研究及应用*卢杰，杨洪凯，郗瑶，宁媛媛（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063200）摘要：以酸洗汽车板发生的涂油缺陷问题为研究对象，针对酸洗汽车板整卷单侧溢油、涂油量不稳定、局部漏涂、边部过涂油等问题，采取了调整刀梁间隙、进行速度补偿、增加吹扫装置、更换涂油机高压电源配置等相应措施后，酸洗汽车板涂油缺陷的发生率从 12.5%降到 0.8%以下，满足了生产需求。关键词：涂油缺陷；单侧溢油；涂油量；局部漏涂；边部过涂中图分类号：TG162.83文献标识码：A文章编号：1006-0308（2023）04-0147-05Study and Application on Oiling Defect of Acid Pickling Automobile SheetLU Jie,YANG Hong-kai,XI Yao,NING Yuan-yuan(Shougang Jingtang United Iron&Steel Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)ABSTRACT：Oiling defect of acid pickling automobile sheet was taken as the study object,for problems occurred in whole amountof acid pickling automobile sheet,such as unilateral oil spilling,unstable oiling amount,partial oil holiday,overstuffed edge and so on,So,the following corresponding measures were adopted,such as adjustment of clearance,velocity compensation was performed,purgingdevice was increased,high voltage power supply configuration of oil applicator was changed,then the incidence of oiling defect of acidpickling automobile sheet was decreased from 12.5%to 0.8%,it can meet the production requirements.KEY WORDS：oiling defect;unilateral oil spilling;oiling amount;partial oil holiday;overstuffed edge146张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用图 2单侧溢油卷Fig.2Unilateral oil spilling roll涂技术的机理；金晗辉等3研究了静电喷雾中雾化的油滴在静电场中的运输过程；王哲等4对静电涂油机雾化机理的理论计算公式进行了优化；盛琪5介绍了镀锌带钢涂油技术和并对涂油缺陷进行了总结。本文以连续酸洗汽车板生产线的静电涂油机为研究对象，针对酸洗汽车板发生的主要涂油缺陷问题进行了分析，通过研究影响涂油质量问题的产生原理，并采取相应处置措施，较好地解决了汽车板的涂油缺陷问题。1酸洗汽车板涂油原理连续酸洗线汽车板涂油机一般使用立式高压静电涂油机。静电涂油机是利用高压静电的尖端放电原理，将油雾带电后，利用静电的正负相吸附的原理，将防锈油均匀地吸附在酸洗汽车板的表面6。连续酸洗汽车板静电涂油机在实际应用中，通常将大地设为零点，将酸洗汽车板与大地相连接，即酸洗汽车板设为零电位。安装在涂油机喷油室内的喷油刀梁接负高压，上下一对，当涂油刀梁接通负高压后，带有负高压的喷油刀梁与零电位之间就会产生高压静电场。涂油机喷油刀梁的喷油口设计呈刀刃形状，外形比较尖锐，因此曲率半径非常小，在喷油刀梁刀刃处产生静电的尖端效应，负电荷逐渐在油滴表面聚集，随着电荷量的不断加大，静电斥力将随之增大，当静电斥力超过油滴的表面张力时，油滴将会不断裂解，强大的静电场将雾化后的油滴送到酸洗汽车板表面，完成酸洗汽车板的涂油工艺7。2涂油卷单侧溢油问题及改善产线存在涂油钢卷下线后，一侧溢油严重，一侧几乎无溢油的现象，特别是薄规格大涂油量的订单更加明显，这种异常情况表明酸洗汽车板横向涂油的均匀存在较大问题。单侧溢油卷如图 2所示。2.1单侧溢油问题原因分析针对单侧溢油的情况，对生产工况进行逐一排查。经过测量和积累单侧溢油钢卷的横向粗糙度数据，未发现有明显差异；通过用手持油膜测厚仪测量和记录单侧溢油钢卷的横向油膜厚度数据，横向油膜厚度基本呈对称状态，中间少两侧多，但两侧没有明显差异；横向卷取张力的均匀性和横向厚度的均匀性，通过测量钢卷两侧外径可认定卷径无差异。单侧溢油情况主要发生在薄规格的软钢且涂油量较大的产品规格；经过标定涂油机计量泵数据，涂油机计量泵的控制误差范围在要求之内且误差很小，排除涂油量误差大的可能性；调整刀梁缝隙的分布，单侧溢油的方向从操作侧转变为驱动侧，或驱动侧转变为操作侧，说明单侧溢油与刀梁缝隙有直接关系8。2.2单侧溢油问题解决措施进入涂油机刀梁的防锈油的流动途径为，从刀梁中间进入，流向刀梁两侧。根据该特点，将刀梁中间约（600耀800）mm 区域维持原缝隙宽度，约产线平均宽度规格的三分之一宽度，从该区域向两侧延伸的区域，缝隙宽度向减小 0.01 mm、0.02 mm、0.03 mm 过渡，两侧缝隙对称调整，同时校正刀梁水平度，刀梁间隙分布示意图如图 3所示，其中，0.01 mm、0.02 mm、0.03 mm 为刀梁缝隙宽度；（600耀800）mm 为缝隙宽度未变的刀梁长度。2.3单侧溢油问题改善效果调整后经过跟踪查验，产线在生产薄规格、软钢、大涂油量的产品时，酸洗汽车板下线后，卢杰，等：酸洗汽车板涂油缺陷的研究及应用147Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY图 3刀梁间隙分布示意图Fig.3Clearance distribution schematic diagram两侧均未发生明显溢油情况。溢油卷从 5.8%降低到 0.4%。在重卷开卷检查酸洗汽车板表面横向油膜厚度，均匀性有了较明显改善。3涂油量不稳定性问题涂油机一般设置在产线的出口区域，在出口区域需要执行分卷及卸卷操作，每一个卷的运行速度都包含高速和低速切换的变速过程。涂油机设定涂油量值后，产线由爬行速度升速到最高运行速度的过程中，涂油量在设定值的 依 300 mg/m2之间波动，波动量较大。产线由高速降速至低速的过程中，涂油量波动在设定值的 依 100 mg/m2之间波动。速度的变化导致涂油量的不稳定问题。3.1涂油量不稳定性问题分析涂油机计量泵转速随产线速度变化进行同步匹配，从而保证酸洗汽车板表面实际涂油量不论在带感速度如何变化的情况下都能保持一致。但是计量泵反映的速度有一定的滞后性，滞后时间以微秒计算，在升降速的瞬间，计量泵在调整转速的时候，实际涂油量会有瞬间的波动。涂油量波动曲线如图 4 所示。3.2涂油量不稳定性问题解决措施针对涂油机在出口升降速过程中涂油量波动大的情况进行程序优化，将计量泵启动停止转速设定值进行优化，启动时间由进行适当优化。主线和涂油机接口通讯没有涂油量的实际反馈值，生产操作人员在生产涂油卷时需要到外面查看涂油机面板的值，和酸洗汽车板涂油情况开判断涂油效果，由于现在生产节奏快，操作工不能及时查看涂油情况，可能造成漏涂和涂油不均等质量问题。通过优化操作 HMI 画面控制，将涂油机的实际涂油量值反馈到主程序，连接到 HMI 画面中，增加画面涂油量实际值和设定值的归档曲线。操作 HMI 画面可以直接查看涂油机涂油量实际值，方便操作随时查看涂油反馈值。3.3涂油量不稳定性问题改善效果酸洗汽车板运行中升降速涂油量波动有了明显改善，升降速涂油量波动量均在 100 mg/m2之内波动，明显改善了酸洗汽车板整体的涂油稳定性。4涂油卷横向局部漏涂问题生产中经常出现酸洗汽车板下表面某位置条状漏涂情况，该种条状漏涂有时在卷取过程中某段出现，有时整卷出现，出现漏涂的频次没有规律，出现条状漏涂后，酸洗汽车板表面会有明显色差，严重影响了酸洗汽车板表面涂油的均匀性和稳定性。4.1横向局部漏涂问题原因分析酸洗汽车板经过切边剪切边后，会产生一些切边碎渣随酸洗汽车板进入涂油机室污染刀梁，易吸附到刀梁上堵塞刀梁，使酸洗汽车板表面局部出现漏涂9。另外，在气温较低的情况下，油品加热不到位，油体在管路中容易流动性不均，从而导致喷涂时部分酸洗汽车板发生漏涂现象。图 4涂油量波动曲线Fig.4Oiling amount motion curve运动时间/ms148张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用4.2横向局部漏涂问题解决措施4.2.1切边剪设备改造1）在切边剪后增加酸洗汽车板边部吹扫装置、剪刃旁加装油路吹扫和毛刷，减少切边碎渣对涂油机的污染；2）调整优化切边剪去毛刺辊，提高投入使用率。投入切边剪去毛刺辊一定程度上可以减少切边后掉落的锌粉锌渣。更换磨损严重的去毛刺辊，调整压辊压力和角度，解决了之前投入去毛刺辊后出现的酸洗汽车板边部划伤问题，使去毛刺辊可以正常投入；3）根据生产长时间验证，生产线辊子清洁装置的有效投入，特别是涂油机前张力辊的清洁装置，可以有效减少酸洗汽车板带入涂油机的杂质脏污，从而减小刀梁堵塞几率。在检修时及时磨损刮刀更换，加强刮刀上积攒杂物的清理。此外，在涂油机维护过程中，刀梁油管接头经常会与刀梁发生磕碰，造成刀梁变形堵塞，导致涂油机漏涂及涂油不均10。每次检修检查刀梁缝隙是否有变形情况，及时修复，防止生产时造成批量钢卷漏涂，酿成批量质量事故。出现刀梁磕碰问题，需要使用薄塞尺沿刀梁缝隙进入，缓慢移动至刀梁磕碰处，反复翘起磕碰处，将刀梁缝隙打开。刀梁缝隙打开后更换更小厚度规格塞尺，将缝隙逐渐扩大，恢复刀梁原有状态。4.2.2加强油箱加热保温能力加强油箱加热保温能力，避免油温不到位造成的涂油问题，同时加装液位计，方便查看液位状态。1）对油箱管道用保温材料进行包裹；2）对油箱周围进行封闭，较少风吹对油温的影响；3）设置油温保温房，可将油桶在保温房内预热，再将油桶内油加入油箱，提高加热效率；4）对双线油箱进行改装，加装液位计，方便了解油箱液位，以便及时进行加油。4.2.3增加涂油机预防漏涂电流报警功能实现系统自动匹配每卷涂油量、和应使用的油箱，极大减小了因每卷需要手动输入带来的误操作可能性，保证了涂油控制的可靠性和稳定性。同时，增加涂油机预防漏涂电流报警功能，设定涂油机刀梁电流报警值，超过报警值后 HMI界面有提示报警，超过该电流值涂油机极易出现漏涂情况，出现报警后，操作工可提前采取措施，如高压冲洗刀梁或离线清理刀梁，避免涂油不均的情况发生。增加误操作提示功能，预防操作人员忘开涂油机或误开涂油机的报警提醒。4.3横向局部漏涂问题改善效果通过以上改善措施的实施，漏涂卷从 3.6%降低到 0.2%。酸洗汽车板下表面条状漏涂基本杜绝，即使发生条状漏涂，在冲洗刀梁后可迅速消除，从发生漏涂的次数和处理漏涂的时间来看，比之前都有了很大改善。5涂油边部过涂问题在检查下线酸洗汽车板涂油质量时，发现在边部约 10 cm 的区域，油膜厚度明显比中部要厚。5.1边部过涂原理分析通过研究静电涂油机运行时的电场分布情况，由于涂油机使用常规的负高压控制，在酸洗汽车板的边部区域形成一个电场高密度区域，使得带电油雾在此区域产生富集效应，在钢板的边缘区域，形成一个较厚的涂油区域。原设计涂油机电场分布示意图如图 5 所示。酸洗汽车板张力卷取后，由于钢卷边部涂油量大，在受到挤压后，极易产生端部渗油。5.2边部过涂解决措施保持刀梁最优的工作状态，检查涂油刀唇是否有损坏或碰伤，如果涂油刀唇损坏严重影响使用时，更换涂油刀梁。通过设备改造，将涂油机高压电极由双负高压配置，改造成一正一负配置11，正负高压涂油机图 5原设计涂油机电场分布示意图Fig.5Electric field distribution schematic diagram of oilapplicator in old design卢杰，等：酸洗汽车板涂油缺陷的研究及应用149Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY电场分布示意图如图 6 所示。涂油机高压电源改为正负配置后，沿着中心的垂直平面，理论上就是一个等势面，即零电势面，由于电势均匀分布，带电油雾在酸洗汽车板边部产生的富集效应从理论上讲，就不存在了。新设计涂油机电场分布示意图如图 6 所示。5.2边部过涂优化效果改造后的涂油机应用效果较好，边部涂油量从超过设定值 145%降低到 10%以下，满足涂油精度的需求。沿着板面横向涂油量分布均匀，边部无明显的过涂油现象，酸洗汽车板边部油多的问题得到了较大程度的改善。6结 语1）调整刀梁缝隙的开口量，溢油卷从 5.8%降低到 0.4%，较好地解决了整卷单侧溢油问题；2）进行程序控制优化，涂油量在 100 mg/m2之内波动，满足了生产需求；3）增加加热、吹扫等辅助装置，漏涂卷从3.6%降低到 0.2%，酸洗汽车板漏涂情况明显好转；4）通优化涂油机高压电源的配置结构，边部涂油量从超过设定值 145%降低到 10%以下，边部过涂油得到较好控制。上述措施实施后，酸洗汽车板涂油缺陷的发生率从 12.5%降到 0.8%以下，较好的控制了涂油缺陷的发生，满足了生产需求。参考文献：1 王静.汽车用钢现状及其在邯钢的发展J.河北冶金，2014（9）：67-71.2 高全杰，汪朝晖，王家青.静电喷涂技术及其应用探讨J.现代涂料与涂装，2006（5）：39-41.3 金晗辉，王军锋，王泽，等.静电喷雾研究与应用综述J.江苏理工大学学报（自然科学），1999（3）：18-21.4 王哲，王家青，高全杰，等.静电涂油机中油液荷电雾化实验研究及雾化机理探讨J.机床与液压，2004（7）：81-82，110.5 盛琪.冷轧镀锌线全自动涂油功能的开发与应用J.电子世界，2018（6）：201.6 王家青，汪朝晖，胡迎锋.静电喷涂技术及其应用探讨J.机械工程师，2006（1）：136-138.7 张旭，张志东，邓象贤.静电喷涂防锈油的研制及应用效果J.材料保护，2011，44（2）：59-60，9.8 徐立勇.关于涂油机涂油不均问题的分析及处理J.冶金自动化，2021，45（S1）：296-298.9 吴景浪.静电喷涂防锈油的性能、应用及其操作维护J.化工设计通讯，2020，46（2）：54-55.10 王建东.冷轧薄板厂涂油机涂油质量的研究J.电子制作，2018（8）：20，60.11 张跃强.热镀锌汽车板卷渗油的原因分析及改善J.河北冶金，2021（1）：63-67.图 6新设计涂油机电场分布示意图Fig.6Electric field distribution schematic diagram of oilapplicator in new design150