对工程机械而言, 液压缸是其液压传动系统中最重要的实行元件之一, 它将液压能转变成机械能, 产生往复直线运动, 以实现预定要求的性能指标。随着工程机械自身的快速发展, 一方面, 工程机械制造商在逐步提升产品外观性能;另一方面, 客户也对工程机械特别是其液压缸的外观性能提出了更高的要求。目前, 工程机械液压缸的表面最终处理方式主要采用喷涂油漆, 其喷涂主体是缸筒, 而缸筒的基体是热轧或冷拔无缝钢管。本文主要针对工程机械液压缸用钢管, 从几种常用的形式中进行其表面涂装前处理分析与研究。

钢管涂装后的表面漆膜附着力是指漆膜与被涂装的钢管基体表面之间的结合能力, 它是考察钢管涂装质量好坏的重要指标之一。漆膜只在具有良好的附着力后才能起到很好的防腐和装饰等提升钢管表面外观性能的作用。对于工程机械液压缸而言, 由于其结构多样性与形状不规则性等特点, 目前行业内普遍采取手工喷涂的方式, 这对保证涂装后的漆膜附着力增加了一定的难度。因此, 在涂装前需对工程机械液压缸用钢管表面进行一定形式的前处理以提高漆膜附着力, 以获取更好的外观性能。

在工程机械投入使用的过程中, 液压缸用钢管表面涂装前处理是决定整个液压缸外观性能与使用寿命的关键因素之一。经相关研究机构验证, 涂装层的寿命除取决于涂层种类、涂覆质量和施工环境等因素, 钢管的表面前处理对整个涂装层寿命的影响约占50%, 影响非常大, 因此, 在涂装前, 应严格规范液压缸用钢管表面的前处理要求, 采用一定形式的表面前处理手段。

打磨处理主要使用钢丝刷、砂纸等硬质工具对钢管表面进行一定程度的打磨, 以去除钢管表面的氧化皮、铁锈等杂质。利用手工或电动等不同的动力进行打磨除锈后, 钢管表面锚纹深度一般能达到S a 2~S a 3级。若钢管表面附着有比较牢固的氧化皮, 利用打磨处理则效果不太理想, 达不到涂装前处理预期的要求。

对于热轧无缝钢管, 为了避免打磨处理去除钢管表面附着的牢固型氧化皮效果不太理想从而达不到预期的前处理要求的情况, 常在其前处理时进行外圆车削。车削余量一般控制在3~5 m m, 这样在提高钢管前处理后外观的同时又不会影响钢管材料的利用率, 从而不会大幅度提高材料成本。在实际运用时, 根据最终处理要求的不同, 车削处理又分为粗车与精车2种形式, 经过车削处理后的钢管表面粗糙度可以达到一定大小的数值, 一般控制在3.2~1 2.5μm之间。

在实际生产过程中, 为了提高效率, 一般首选粗车这种车削处理形式, 但这也会带来一定的弊端, 因为粗车虽然除去了钢管表面的氧化皮、铁锈等杂质, 但同时会在钢管表面产生粗细大小不同的车刀纹 (如图1所示) , 涂装后仍有不同程度的显现 (如图2所示) , 这将影响外观质量。不同表面粗糙度的粗车也会带来不同的涂装外观, 粗糙度越大, 车刀纹越重, 其在涂装后会有较大程度的显现;反之, 粗糙度越小, 车刀纹越轻, 其在涂装后只有轻微程度的显现。对于工程机械液压缸而言, 粗车是最为常见的一种前处理形式, 且其生产成本相对较低, 一般用于对钢管表面涂装要求不太高的普通液压缸。

精车是在粗车的基础上进一步提高车削精度, 使钢管表面的粗糙度可以达到3.2μm左右。由于精度高, 精车后的钢管表面产生的车刀纹非常细腻 (如图3所示) , 基本无手感, 涂装后几乎显现不出, 故外观质量比较好 (如图4所示) 。精车一般用于对钢管表面涂装要求比较高的液压缸, 但同时带来了加工成本不同程度地提高。

由于工程机械液压缸结构形状多样不规则以及从成本综合考虑的角度, 其表面一般采用手工清洗。手工清洗即利用溶剂、乳化剂等人工清洗钢管表面, 以达到去除油脂、灰尘等污渍, 但它不能去除钢管表面的锈蚀、氧化皮等, 因此在实际生产中只作为前处理的辅助手段, 而不能作为一种主要的前处理形式。

清洗处理后, 一般采用加热炉对钢管预热至一定温度, 使钢管表面保持在干燥状态。抛丸处理前, 根据实际情况的不同, 适当采用干燥处理也有利于钢丸、钢砂与钢管表面铁锈、氧化皮的分离, 使抛丸处理后的钢管除锈效果更佳, 同时使其表面更洁净。

对于冷拔无缝钢管, 其前处理常采用外圆抛丸。抛丸是通过电机带动抛丸机叶片高速旋转, 使钢砂、钢丸等混合磨料在离心力的作用下对钢管表面进行抛射。抛丸处理不仅可以彻底清除钢管表面的铁锈、氧化皮等杂质, 而且钢管表面在磨料猛烈冲击和摩擦的作用下, 可以达到所需要的均匀粗糙度 (如图5所示) 。此外, 还可以扩大钢管表面的物理吸附作用, 增强涂装防腐层与钢管表面的机械黏附作用, 其理想外观如图6所示。因此, 抛丸处理是一种理想的钢管前处理形式。

为了达到理想的处理效果, 应根据钢管表面的材质硬度、锈蚀程度、粗糙度要求等来选择抛丸磨料。对于工程机械液压缸涂装而言, 采用钢砂和钢丸的混合磨料比较容易达到理想的抛丸效果。钢丸有强化钢管表面的作用, 而钢砂有刻蚀钢管表面的作用。为获得均匀的表面清洁度和粗糙度, 磨料的粒径及配比应选取适当。磨料的粒径大小选取不同会带来抛丸后的钢管表面粗糙度不同。粒径太大则会使抛丸后的钢管表面粗糙度较大 (如图7所示) , 易造成涂层在锚纹波峰处变薄, 同时由于锚纹波谷处太深, 在涂装防腐层易形成气泡和呈现橘皮状 (如图8~9所示) , 严重影响防腐层的性能;反之, 则会使钢管表面粗糙度很小 (如图1 0所示) , 虽然对涂装外观质量不会带来太大的影响, 但易造成涂装防腐层附着力及耐冲击性下降。

对于冷拔无缝钢管, 由于其表面精度与外观质量相对热轧无缝钢管高一些, 故在其前处理时常采用外圆抛光。外圆抛光是将钢管放入无心外圆抛光机轨道内, 在钢管中心与千页轮中心对齐后锁死轨道使其呈一定角度的倾斜, 再通过启动导轮电机使钢管以适当速度前进通过磨头以实现钢管外圆抛光。通过无心外圆抛光机的加工, 使钢管表面达到除锈与抛光的目的, 对提升钢管涂装外观质量起到非常大的作用, 具有工作效率高、工件表面亮度与粗糙度好、性能稳定等优点, 且不会影响钢管的外圆尺寸, 无论钢管直径大小、长度多少, 都可得到较理想的处理, 同时其加工效率远高于车削处理。

此外, 此种处理形式特别适用于不易进行车削处理的细长型钢管, 因此广泛用于冷拔无缝钢管的前处理, 特别是在工程机械挖掘机液压缸用的钢管上。为使钢管表面获得不同的粗糙度, 还试过对抛光机导轮转速变频控制实现钢管表面达到不同的粗糙度, 粗抛时可使导辊转速低一些, 精抛时可使导辊转速适当高一些, 在工程机械液压缸用钢管前处理时一般控制其表面粗糙度在3.2μm左右 (如图1 1所示) , 这既保证了涂装前处理的外观质量, 又可保证一定的加工效率, 便于成本控制。

对于工程机械液压缸, 适当采用涂装前处理对提高液压缸的外观质量、使用寿命等起着至关重要的作用。本文通过对工程机械液压缸的涂装机理、影响因素以及常见的前处理形式进行阐述与对比分析, 为液压缸用钢管表面前处理选择提供了一定的参考意见。在实际加工过程中不局限于某一种处理形式的单一运用, 也有可能是为了达到更高的前处理要求而综合运用上述几种前处理形式。近年来, 随着工程机械行业的迅速发展, 竞争也异常激烈, 行业内产生了不少关于工程机械涂装前处理技术相关研究, 但与预期的效果相比还存在一定的差距, 因此, 今后还有必要对涂装前处理技术进行更深入的研究, 找出更可靠且最经济的前处理形式, 进一步完善工程机械液压缸用钢管表面涂装前处理技术理论, 以促使其继续向前发展。