电子磁环用绝缘粉末自动涂装生产线在生产中的应用

   近年来,我国的电子工业产值年增长飞速发展，在高速发展的电子、电工行业中绝缘材料的涂装品质直接影响电子产品的质量和使用寿命，绝缘粉末涂料涂装以其独特的性能正逐渐取代着传统的油漆涂装材料。目前，电子磁环元件应用极为广泛，是近几年发展起来的价廉物美的新型抗干扰元件，有一定的阻抗特性，产品适用于电子产品、通讯设备、家用电器、照明器材等电子产品，其作用相当于低通滤波器，较好的解决了电源线、信号线和连接器的高频干扰抑制问题。

    磁环是具有使用简单、方便、高效、节能、点用空间小等一系列优点，磁环种类有：铁硅铝磁环、铁镍钼磁环、铁基非晶磁环、铁粉芯磁环、超微非晶磁环、纳米晶磁环等，是利用高导磁性材料、并掺入一种或多种镁、锰、锌、铝、镍等金属，在2000℃烧结而成的。磁环从大到小规格很多，只要根据所匹配的规格选用相应的模具涂敷便可，即旋转式自动化涂装，这成为磁环表面处理的一个技术难题。

    国内为了解决磁环表面涂装问题，以前普遍采用人工翻板，振动双面烘烤多次油漆涂装的方法，其工艺流程是：

    磁环模具→人工喷漆（双组分环氧绝缘漆+固化剂）→烘干固化→人工翻板→二次喷漆→烘干固化→检验→包装

    这种作坊式油漆涂装存在以下问题：

    由于油漆配料时与环境的温度、湿度有关，存在着涂层质量不稳定因素，出现类似针孔、气泡、流挂等现象；

    产品大批量加工时，由于固化剂的剂量影响，当班用不完会出现严重的浪费现象；

    人工操作时，涂装的质量由于翻板中磁环与磁环间摩擦打桥，产品质量的保证十分困难；

    环境污染严重，溶剂的挥发，人工操作，劳动强度大，使油漆利用率仅为30%～40%，甚至更低，成本费用高等缺点。

    鉴于这种状况，烟台市三立机械设备有限公司于2006年在这方面就开始了研究和开发工作，通过多年的努力，以磁环涂装为基础，攻关了多种涂装工艺技术，研制了一种适应国情、运行成本低、投资效益高、涂敷质量好、成品率高的磁环用绝缘粉末涂装设备生产线，以满足国内磁环表面涂装的需求。其产量可达2000-3000只/h以上，适合外径在Φ12～52mm的磁环元件，而自动生产线设备的投资额在30万～120万之间/套，粉末的涂装成本为小于0.09分/只，产品经检验，均满足磁性器件的电气性能要求。由于采用了高能量全波段红外固化技术，涂装后不影响磁性器件本身的性能，达到了无应力保护涂层的技术要求。该设备流水线获得了国家发明专利和实用新型专利两项（《一种自动圆盘磁环浸塑设备》发明专利号：ZL200910014064.6和实用新型专利号：ZL200920018917.9）

    2、磁环用绝缘粉末自动涂装设备的技术及特点

    此项技术涉及了磁环前处理倒角技术。高涂低涂涂装工艺、高红外固化技术及全自动涂装生产线的设计制造，其特点是：磁环在储料带的输送下进入隧道炉以输送速度为0.5-3.0m/min，磁环预热温度为220-260℃，在机械手的完成下把磁环自动装在了挂件杆上，在升降振动式的流化床中进行，流化层高度不小于30mm，流化层绝缘粉末是粒度80-160目的高分子绝缘粉末涂料，预热后的磁环旋转在流化层的过程中在其表面形成高分子涂层，在流化床的浸涂时间为1-2s，可以在磁环表面形成厚度为200-400μm可调的半固化涂层，涂装后的磁环自动旋转到高红外加热炉中固化，高红外加热固化温度为200-300℃（辐射），固化时间2-6s，固化后，旋转到冷却工位，以≤15℃的冷风冷却，冷却后由机械手把磁环卸下转移到不锈钢的输送带上，磁环的提升排列、预热、涂装、固化、冷却工艺是在生产流水线上连续进行的，涂装的涂层能牢固粘附在磁环上，涂装后多工位的固化次数，其作用是使涂层表面进行聚合反应，成为一种三向网状结构的高聚物，满足涂装后的电气性能要求，涂敷的实物如图1所示：

图1 涂装磁环实物照片

    电子磁环环氧绝缘粉末涂装生产线采用的工艺流程如图2所示：

图2 涂装工艺流程

    3、磁环用绝缘粉末自动涂装设备的结构及特点

    电子磁环绝缘粉末自动涂装生产设备由四大区域组成：供料预热区、粉末涂装区、电器控制区和辅助设施区。

    磁环用绝缘粉末自动涂装生产线布局示意图3所示：

图3 磁环用绝缘粉末自动涂装生产线布局示意图

    3.1供料预热区

    由储料输送带、旋料盘、自动分料装置和隧道炉组成，储料带上放置待涂装的磁环，由PLC监控分配送料的多少，输送带速度为0.5-3.0m/min，旋料盘对磁环进行有序排列输出。自动分料装置利用光纤检测、气缸以及伺服控制来保证磁环有序输送到隧道炉上。

    隧道炉采用热导流循环系统，选用大功率不锈钢加热管进行加热。磁环预热温度为220-260℃，PID智能型数字功能仪表和均热风机来保证隧道中温度的稳定及平衡，强大的热源能够满足原料所需要的时间内的产量温度要求，热风循环、温度控制精确节能。

    3.2粉末涂装区

    由接送料区间、旋转工位区间、涂粉区间、固化区间，风冷区间、卸料区间组成。

    接送料区间起桥梁作用，把供料预热区输出的待加工磁环，由机械手自动间隔距离均布的送到挂件杆上。

    旋转工位区间是各工序有效进行的韧带，共分有12-18工位点，由旋转工位台、流化床、红外固化加热装置、冷却装置、卸料装置组成。旋转工位台把待加工的磁环自动依次序送到涂粉区间进行涂装、固化、冷却、卸料。

    涂粉区间的速度可根据生产工艺进行调节，旋转工作台的转速每分钟为2.5-3.5圈/min，每段工位停留为8-12s，涂粉量及加粉量都可以根据工艺预置。

    固化区间采用高红外线辐射加热，所用加热部件的高度可根据工艺预先调节。

    风冷区间用纯净压缩空气使涂装成品快速冷却。

    卸料区间利用机械手使涂装好的成品磁环按序转移到输送带上，传运监测并包装。

    3.3电器控制区

    电器控制区是指操作电器控制柜，由按钮、开关、温控仪表以及人机界面等组成。主要控制按钮都安装在控制面板上。

    其中人机界面中，设有设备各状态的工作指令，有工艺参数的设置以及故障、安全报警等，是设备的控制、监测中心，见图5所示：

图5 电子磁环涂装生产线电气操作面板示意图

    电压指示：显示的是输入交流电源的相电压值。

    涂粉速度控制：用变频调速来调节涂粉处轴杆的速度。

    触摸屏：用来控制并显示设备运转状态。

    分轴速度控制：用变频器来调节除涂粉处之外的其它工位轴杆们的速度。

    烘箱温度：用PID智能数字温控仪设置并指示隧道炉内的预热温度。

    预供料启动：为使隧道炉而设置的功能键，启动后仅供隧道炉伺服分料部分工作。

    暂停：在自动工作状态时为清理机械手而设置。

    涂粉启动：在“手动/自动”开关拨到自动位置时，按动此键即进入全自动工作状态。

    涂粉停止：在自动工作状态时，按动此键即进入收尾流程以至全线停止。

    手动/自动：用于手动和自动两种状态的转换。

    固化加热：高红外固化加热的开关。

    烘箱加热：隧道炉加热的控制开关。

    急停：为设备而设置的紧急停机按钮。

    磁环的种类及规格很多，不同品种的磁环应当采用不同的涂装方式和固化条件进行涂装，所选用的绝缘粉末涂料品种也会有所不同。由于粉末中配方有不同的环氧树脂含量、比重、软化点各不相同，填料助剂性质各异，上述因素将直接影响涂装效果，因而辅助设备与各相关参数的配置如：空气压缩机、除湿干燥机、冷水机、冷冻水的温度、压力、流量等是很多使用涂装生产线厂家必备硬性要求，所以为了达到磁环的涂敷质量，以适应和满足不同的加工要求，自动化涂装设备生产线正常运转，必须做好辅助设备的准备条件。

    4、磁环的涂装效果与分析

    4.1同现有的技术比较，本工艺具有以下优点

    ①涂装是在旋转的工位区间完成的，不用人工，涂装快速，涂层附着力强，厚薄均匀，无针孔，加热固化后涂层表面光亮，加工后产品性能好；

    ②磁环涂装是在全自动生产流水线上进行的，生产效率高，每小时可涂装3000件以上，涂装效率是人工油漆法的20-30倍，降低涂装成本60%以上，避免了工人劳动强度大和油漆职业病的发生；

    ③电子绝缘粉末涂料来源丰富，改性后成本低，防腐性能好，粉末循环利用率高，无VOC（挥发性有机化合物）排放，环保无污染；

    ④可加工环状规格不等的各种磁环，涂层厚度可以自动控制，涂装速度快，涂层厚薄均匀，生产效率高。

    4.2高红外加热与电加热丝加热的区别

    此项目是利用高红外线加热管加热固化技术，真正实现能量穿透和涂层匹配固化的结合，且在旋转的工位区间由机械手自动装环的技术的配合下，进行磁环粉末涂装固化。此项技术降低了生产设备的投资和能耗，与普通的电加热丝固化炉相比，投资降低60%，节能50%以上，具体比较如下：

    —相比普通电热丝加热的热风炉比较，生产效率可提高2-30倍。

    —在现有的热风炉的基础上改造，投资费用可在半年至一年内收回。

    —与电热风炉相比，可降低30-40%装机容量。

    —占地面积为常规设备的1/5-1/3，节省设备投资和厂房面积投资。

    —为配合相应的改性粉末涂料，过去20min才能完成的粉末涂料固化，高远红外2-6s即可完成，解决了原有油漆涂装过程中能耗高、设备投资大等弊端。

    4.3磁环用粉末涂装与油漆涂装的成本比较

表1 粉末涂装与油漆涂装的成本比较

    从表1比较看，同种磁环表面粉末涂装涂层的成本为油漆涂装的涂层的一半，甚至更低，且无污染、环保节能。

    5、结语

    （1）磁环的表面采用绝缘环氧粉末涂装技术,可以解决目前国内磁环油漆涂装电气性能较低、污染严重、劳动强度大及低产量等问题。

    （2）磁环的表面采用绝缘环氧粉末涂装技术，可以进一步提高磁环涂层的耐热绝缘、环保绝缘、复合绝缘及耐高压、耐冲击、耐腐蚀、耐潮、耐油和耐深冷等性能成为磁环用绝缘粉末涂装的发展方向。且绝缘环氧粉末作为一种清洁、无毒无害，环保、节能的涂装材料，更符合电气行业发展的需求。

    （3）该生产涂装设备生产线投资效益高，运行成本低，可以取代传统振动双面烘烤涂装工艺技术，且与普通的电加热炉比较，节电50%以上，是符合当前电子工业生产技术、环境保护、节能降耗、前景广阔的高效涂装设备生产线。