電子磁環用絕緣粉末自動涂裝生產線在生產中的應用

   近年來,我國的電子工業產值年增長飛速發展，在高速發展的電子、電工行業中絕緣材料的涂裝品質直接影響電子產品的質量和使用壽命，絕緣粉末涂料涂裝以其獨特的性能正逐漸取代著傳統的油漆涂裝材料。目前，電子磁環元件應用極為廣泛，是近幾年發展起來的價廉物美的新型抗干擾元件，有一定的阻抗特性，產品適用于電子產品、通訊設備、家用電器、照明器材等電子產品，其作用相當于低通濾波器，較好的解決了電源線、信號線和連接器的高頻干擾抑制問題。

    磁環是具有使用簡單、方便、高效、節能、點用空間小等一系列優點，磁環種類有：鐵硅鋁磁環、鐵鎳鉬磁環、鐵基非晶磁環、鐵粉芯磁環、超微非晶磁環、納米晶磁環等，是利用高導磁性材料、并摻入一種或多種鎂、錳、鋅、鋁、鎳等金屬，在2000℃燒結而成的。磁環從大到小規格很多，只要根據所匹配的規格選用相應的模具涂敷便可，即旋轉式自動化涂裝，這成為磁環表面處理的一個技術難題。

    國內為了解決磁環表面涂裝問題，以前普遍采用人工翻板，振動雙面烘烤多次油漆涂裝的方法，其工藝流程是：

    磁環模具→人工噴漆（雙組分環氧絕緣漆+固化劑）→烘干固化→人工翻板→二次噴漆→烘干固化→檢驗→包裝

    這種作坊式油漆涂裝存在以下問題：

    由于油漆配料時與環境的溫度、濕度有關，存在著涂層質量不穩定因素，出現類似針孔、氣泡、流掛等現象；

    產品大批量加工時，由于固化劑的劑量影響，當班用不完會出現嚴重的浪費現象；

    人工操作時，涂裝的質量由于翻板中磁環與磁環間摩擦打橋，產品質量的保證十分困難；

    環境污染嚴重，溶劑的揮發，人工操作，勞動強度大，使油漆利用率僅為30%～40%，甚至更低，成本費用高等缺點。

    鑒于這種狀況，煙臺市三立機械設備有限公司于2006年在這方面就開始了研究和開發工作，通過多年的努力，以磁環涂裝為基礎，攻關了多種涂裝工藝技術，研制了一種適應國情、運行成本低、投資效益高、涂敷質量好、成品率高的磁環用絕緣粉末涂裝設備生產線，以滿足國內磁環表面涂裝的需求。其產量可達2000-3000只/h以上，適合外徑在Φ12～52mm的磁環元件，而自動生產線設備的投資額在30萬～120萬之間/套，粉末的涂裝成本為小于0.09分/只，產品經檢驗，均滿足磁性器件的電氣性能要求。由于采用了高能量全波段紅外固化技術，涂裝后不影響磁性器件本身的性能，達到了無應力保護涂層的技術要求。該設備流水線獲得了國家發明專利和實用新型專利兩項（《一種自動圓盤磁環浸塑設備》發明專利號：ZL200910014064.6和實用新型專利號：ZL200920018917.9）

    2、磁環用絕緣粉末自動涂裝設備的技術及特點

    此項技術涉及了磁環前處理倒角技術。高涂低涂涂裝工藝、高紅外固化技術及全自動涂裝生產線的設計制造，其特點是：磁環在儲料帶的輸送下進入隧道爐以輸送速度為0.5-3.0m/min，磁環預熱溫度為220-260℃，在機械手的完成下把磁環自動裝在了掛件桿上，在升降振動式的流化床中進行，流化層高度不小于30mm，流化層絕緣粉末是粒度80-160目的高分子絕緣粉末涂料，預熱后的磁環旋轉在流化層的過程中在其表面形成高分子涂層，在流化床的浸涂時間為1-2s，可以在磁環表面形成厚度為200-400μm可調的半固化涂層，涂裝后的磁環自動旋轉到高紅外加熱爐中固化，高紅外加熱固化溫度為200-300℃（輻射），固化時間2-6s，固化后，旋轉到冷卻工位，以≤15℃的冷風冷卻，冷卻后由機械手把磁環卸下轉移到不銹鋼的輸送帶上，磁環的提升排列、預熱、涂裝、固化、冷卻工藝是在生產流水線上連續進行的，涂裝的涂層能牢固粘附在磁環上，涂裝后多工位的固化次數，其作用是使涂層表面進行聚合反應，成為一種三向網狀結構的高聚物，滿足涂裝后的電氣性能要求，涂敷的實物如圖1所示：

圖1 涂裝磁環實物照片

    電子磁環環氧絕緣粉末涂裝生產線采用的工藝流程如圖2所示：

圖2 涂裝工藝流程

    3、磁環用絕緣粉末自動涂裝設備的結構及特點

    電子磁環絕緣粉末自動涂裝生產設備由四大區域組成：供料預熱區、粉末涂裝區、電器控制區和輔助設施區。

    磁環用絕緣粉末自動涂裝生產線布局示意圖3所示：

圖3 磁環用絕緣粉末自動涂裝生產線布局示意圖

    3.1供料預熱區

    由儲料輸送帶、旋料盤、自動分料裝置和隧道爐組成，儲料帶上放置待涂裝的磁環，由PLC監控分配送料的多少，輸送帶速度為0.5-3.0m/min，旋料盤對磁環進行有序排列輸出。自動分料裝置利用光纖檢測、氣缸以及伺服控制來保證磁環有序輸送到隧道爐上。

    隧道爐采用熱導流循環系統，選用大功率不銹鋼加熱管進行加熱。磁環預熱溫度為220-260℃，PID智能型數字功能儀表和均熱風機來保證隧道中溫度的穩定及平衡，強大的熱源能夠滿足原料所需要的時間內的產量溫度要求，熱風循環、溫度控制精確節能。

    3.2粉末涂裝區

    由接送料區間、旋轉工位區間、涂粉區間、固化區間，風冷區間、卸料區間組成。

    接送料區間起橋梁作用，把供料預熱區輸出的待加工磁環，由機械手自動間隔距離均布的送到掛件桿上。

    旋轉工位區間是各工序有效進行的韌帶，共分有12-18工位點，由旋轉工位臺、流化床、紅外固化加熱裝置、冷卻裝置、卸料裝置組成。旋轉工位臺把待加工的磁環自動依次序送到涂粉區間進行涂裝、固化、冷卻、卸料。

    涂粉區間的速度可根據生產工藝進行調節，旋轉工作臺的轉速每分鐘為2.5-3.5圈/min，每段工位停留為8-12s，涂粉量及加粉量都可以根據工藝預置。

    固化區間采用高紅外線輻射加熱，所用加熱部件的高度可根據工藝預先調節。

    風冷區間用純凈壓縮空氣使涂裝成品快速冷卻。

    卸料區間利用機械手使涂裝好的成品磁環按序轉移到輸送帶上，傳運監測并包裝。

    3.3電器控制區

    電器控制區是指操作電器控制柜，由按鈕、開關、溫控儀表以及人機界面等組成。主要控制按鈕都安裝在控制面板上。

    其中人機界面中，設有設備各狀態的工作指令，有工藝參數的設置以及故障、安全報警等，是設備的控制、監測中心，見圖5所示：

圖5 電子磁環涂裝生產線電氣操作面板示意圖

    電壓指示：顯示的是輸入交流電源的相電壓值。

    涂粉速度控制：用變頻調速來調節涂粉處軸桿的速度。

    觸摸屏：用來控制并顯示設備運轉狀態。

    分軸速度控制：用變頻器來調節除涂粉處之外的其它工位軸桿們的速度。

    烘箱溫度：用PID智能數字溫控儀設置并指示隧道爐內的預熱溫度。

    預供料啟動：為使隧道爐而設置的功能鍵，啟動后僅供隧道爐伺服分料部分工作。

    暫停：在自動工作狀態時為清理機械手而設置。

    涂粉啟動：在“手動/自動”開關撥到自動位置時，按動此鍵即進入全自動工作狀態。

    涂粉停止：在自動工作狀態時，按動此鍵即進入收尾流程以至全線停止。

    手動/自動：用于手動和自動兩種狀態的轉換。

    固化加熱：高紅外固化加熱的開關。

    烘箱加熱：隧道爐加熱的控制開關。

    急停：為設備而設置的緊急停機按鈕。

    磁環的種類及規格很多，不同品種的磁環應當采用不同的涂裝方式和固化條件進行涂裝，所選用的絕緣粉末涂料品種也會有所不同。由于粉末中配方有不同的環氧樹脂含量、比重、軟化點各不相同，填料助劑性質各異，上述因素將直接影響涂裝效果，因而輔助設備與各相關參數的配置如：空氣壓縮機、除濕干燥機、冷水機、冷凍水的溫度、壓力、流量等是很多使用涂裝生產線廠家必備硬性要求，所以為了達到磁環的涂敷質量，以適應和滿足不同的加工要求，自動化涂裝設備生產線正常運轉，必須做好輔助設備的準備條件。

    4、磁環的涂裝效果與分析

    4.1同現有的技術比較，本工藝具有以下優點

    ①涂裝是在旋轉的工位區間完成的，不用人工，涂裝快速，涂層附著力強，厚薄均勻，無針孔，加熱固化后涂層表面光亮，加工后產品性能好；

    ②磁環涂裝是在全自動生產流水線上進行的，生產效率高，每小時可涂裝3000件以上，涂裝效率是人工油漆法的20-30倍，降低涂裝成本60%以上，避免了工人勞動強度大和油漆職業病的發生；

    ③電子絕緣粉末涂料來源豐富，改性后成本低，防腐性能好，粉末循環利用率高，無VOC（揮發性有機化合物）排放，環保無污染；

    ④可加工環狀規格不等的各種磁環，涂層厚度可以自動控制，涂裝速度快，涂層厚薄均勻，生產效率高。

    4.2高紅外加熱與電加熱絲加熱的區別

    此項目是利用高紅外線加熱管加熱固化技術，真正實現能量穿透和涂層匹配固化的結合，且在旋轉的工位區間由機械手自動裝環的技術的配合下，進行磁環粉末涂裝固化。此項技術降低了生產設備的投資和能耗，與普通的電加熱絲固化爐相比，投資降低60%，節能50%以上，具體比較如下：

    —相比普通電熱絲加熱的熱風爐比較，生產效率可提高2-30倍。

    —在現有的熱風爐的基礎上改造，投資費用可在半年至一年內收回。

    —與電熱風爐相比，可降低30-40%裝機容量。

    —占地面積為常規設備的1/5-1/3，節省設備投資和廠房面積投資。

    —為配合相應的改性粉末涂料，過去20min才能完成的粉末涂料固化，高遠紅外2-6s即可完成，解決了原有油漆涂裝過程中能耗高、設備投資大等弊端。

    4.3磁環用粉末涂裝與油漆涂裝的成本比較

表1 粉末涂裝與油漆涂裝的成本比較

    從表1比較看，同種磁環表面粉末涂裝涂層的成本為油漆涂裝的涂層的一半，甚至更低，且無污染、環保節能。

    5、結語

    （1）磁環的表面采用絕緣環氧粉末涂裝技術,可以解決目前國內磁環油漆涂裝電氣性能較低、污染嚴重、勞動強度大及低產量等問題。

    （2）磁環的表面采用絕緣環氧粉末涂裝技術，可以進一步提高磁環涂層的耐熱絕緣、環保絕緣、復合絕緣及耐高壓、耐沖擊、耐腐蝕、耐潮、耐油和耐深冷等性能成為磁環用絕緣粉末涂裝的發展方向。且絕緣環氧粉末作為一種清潔、無毒無害，環保、節能的涂裝材料，更符合電氣行業發展的需求。

    （3）該生產涂裝設備生產線投資效益高，運行成本低，可以取代傳統振動雙面烘烤涂裝工藝技術，且與普通的電加熱爐比較，節電50%以上，是符合當前電子工業生產技術、環境保護、節能降耗、前景廣闊的高效涂裝設備生產線。