CN107234014A - 用于旋杯的具有双层成形空气孔的成形空气罩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于旋杯的具有双层成形空气孔的成形空气罩，该成形空气罩呈圆台形，且与旋杯的杯头同轴地安装在旋杯主体上，成形空气罩包括端面，还包括：多个外层成形空气孔，该外层成形空气孔沿周向布置于端面的外圈，每个外层成形空气孔的轴线与成形空气罩的轴线平行；外层成形空气通过外层成形空气孔喷出。多个内层成形空气孔，该内层成形空气孔与外层成形空气孔在成形空气罩的径向上偏离；每个内层成形空气孔的轴线与成形空气罩的轴线具有第一角度；内层成形空气通过内层成形空气孔喷出。本发明的成形空气罩结构合理，通过内外两层成形空气的相互作用达到喷形直径能够任意可调。

Description

用于旋杯的具有双层成形空气孔的成形空气罩
技术领域
本发明涉及一种成形空气罩，特别涉及一种用于旋杯的具有双层成形空气孔的成形空气罩。
背景技术
基于旋杯的静电涂装由于其具有非常高的传递效率，因而被普遍应用于各个涂装行业。特别是汽车车身的表面涂装领域，目前已经普遍采用旋杯***。旋杯的工作原理是，借助高速旋转的气浮涡轮马达带动旋杯的杯头旋转，同时涂料被输送到杯头的内壁，高速旋转的杯头在离心力的作用下把涂料雾化。通常，在杯头的后部有一圈成形空气孔或缝隙，成形空气孔或缝隙与杯头同轴布置，从成形空气孔或缝隙内高速射出的成形空气在杯头的外沿形成一道空气墙，被雾化的涂料可以被成形空气压成圆形，并在成形气流的作用下吹向被涂物体。
随着旋杯的广泛应用，尤其是汽车行业地飞速发展，进而对旋杯提出了越来越高的要求。例如一方面汽车整车的涂装中，在涂装车身机盖或车门等部位时往往需要旋杯的喷形较大，这样更利于形成均匀的漆膜，同时会更节省涂料。另一方面，在涂装发动机舱或门边等部位时，往往需要旋杯的喷形较小，使喷涂更具有针对性。传统旋杯的成形由于采用一圈成形孔或者成形缝隙，只能通过调整成形空气的压力来对最终的喷形进行微调，很难满足日益发展的精细化生产的需求。因为漆雾的最终形状受到涂料种类、杯头直径、杯头转速、涂料流量等各个参数的影响，通过流体力学可知，使用一圈成形孔或缝，在以上各个参数为固定时，只有很小的压力调整区间。如果压力加大，成形会进一步缩小，涂料颗粒速度也会随着成形压力的增大而增大，漆雾反弹增多，同时静电捕捉能力下降，从而使涂装效率下降。
由于涂料一般由树脂、溶剂、颜料、添加剂等几种组分构成，由于各个组分的密度相差比较大，在旋杯雾化时各个组分的雾化能力不同，重质成分获得的离心力相对与轻质成分要大，而轻质颗粒更容易被成形空气捕捉成形，因此旋杯最终形成的漆雾形状往往外圈为重质涂料颗粒，内部为轻质涂料颗粒。如果减小成形空气，会造成漆雾难以成形，或者成形后漆雾的重质和轻质颗粒分层现象严重，并且在杯头的上部边沿会出现反向的涡流。反向涡流会使旋杯污染加剧，不但造成涂料浪费，而且旋杯需要及时清理才能正常工作。
因此，需要一种重新设计的成形空气孔，使得成形空气可以根据实际需要任意调整喷形大小，从而达到精细化涂装的目的。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有双层成形空气孔的成形空气罩，从而使得成形空气可以根据实际需要任意调整噴形大小，从而达到精细化涂装的目的。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于旋杯的具有双层成形空气孔的成形空气罩，该成形空气罩呈圆台形，该成形空气罩与旋杯的杯头同轴地安装在旋杯主体上，成形空气罩包括端面，还包括：
多个外层成形空气孔，该外层成形空气孔沿周向布置于端面的外圈，每个外层成形空气孔的轴线与成形空气罩的轴线平行；外层成形空气通过外层成形空气孔喷出。
多个内层成形空气孔，该内层成形空气孔与外层成形空气孔在成形空气罩的径向上偏离；每个内层成形空气孔的轴线与成形空气罩的轴线具有第一角度；内层成形空气通过内层成形空气孔喷出；
通过分别控制内外两层成形空气的流量来调整两层成形空气的压力配比，进而通过两层成形空气的相互作用，能够最终调整喷涂在物体上的喷形直径的范围。
优选地，上述技术方案中，外层成形空气从外层成形空气孔中喷出后最初沿杯头的外壁方向运动，进而在负压的作用下外层成形空气沿着平行于成形空气罩的轴线的方向移动，最终形成柱状喷形；内层成形空气从内层成形空气孔中喷出后最终形成单叶双曲面喷形。
优选地，上述技术方案中，每个内层成形空气孔的第一角度不全相同。
优选地，上述技术方案中，内层成形空气孔的第一角度相对于成形空气罩的轴线对称。
优选地，上述技术方案中，内层成形空气孔的孔径小于外层成形空气孔的孔径。
优选地，上述技术方案中，喷形直径范围为100mm-500mm。
优选地，上述技术方案中，外层成形空气孔的直径为0.5mm-2mm，数量为20-50个。
优选地，上述技术方案中，内层成形空气孔的直径为0.5mm-2mm，数量为20-50个。
优选地，上述技术方案中，每个内层成形空气孔与成形空气罩的半径具有第二角度。
优选地，上述技术方案中，第一角度的范围为30-70°，第二角度的范围为60-120°。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
通过内外两层成形空气的相互作用，能够使喷形直径任意可调，在其它参数不变的情况下，甚至可以在调整成同一喷形直径时获得不同的涂料颗粒速度，不同的涂料颗粒速度可以使旋杯对各种涂料都具有很好的适应性，同时提高了涂装效率。
另一方面由于内外两层成形空气相交，使成形空气在杯头外沿形成向轴向运动的椭圆形相交面。由于椭圆形相交面的存在，使得最终的漆雾更加均匀，从而减小了由于离心造成的涂料颗粒分层的现象，同时抑制了杯头上下两侧的涡流。
附图说明
图1是根据本发明的成形空气罩的基本结构剖面图；
图2是根据本发明的成形空气罩的立体图；
图3是根据本发明的内层成形空气和外层成形空气的成形示意图。
主要附图标记说明：
1-成形空气罩，2-外层成形空气，3-内层成形空气，4-杯头，5-分配盘，
11-涡轮马达，12-外层成形空气孔，13-端面，15-内层成形空气孔，16-交点，17-成形空气罩轴线，18-成形空气罩的半径，19-第二角度，20-内层成形空气孔的轴线，21-第一角度，23-理论成形外层，24-理论成形内层。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1、图2所示，分别为根据本发明具体实施方式的用于旋杯的具有双层成形空气孔的成形空气罩的基本结构剖面图和立体图。该成形空气罩1呈圆台形，且与旋杯的杯头4同轴地安装在旋杯主体上，成形空气罩1包括端面13，还包括：
多个外层成形空气孔12，该外层成形空气孔12沿周向布置于端面13的外圈，每个外层成形空气孔12的轴线与成形空气罩1的轴线平行；外层成形空气2通过外层成形空气孔12喷出。外层成形空气2从外层成形空气孔12中喷出后最初沿杯头4的外壁方向运动，进而在负压的作用下外层成形空气2沿着平行于成形空气罩1的轴线的方向移动，最终形成柱状喷形。
多个内层成形空气孔15，该内层成形空气孔15与外层成形空气孔12在成形空气罩的径向上偏离；每个内层成形空气孔的轴线20与成形空气罩轴线17具有第一角度21；内层成形空气15通过内层成形空气孔3喷出。内层成形空气3通过内层成形空气孔15喷出后最终形成单叶双曲面喷形。通过分别控制内外两层成形空气的流量来调整两层成形空气的压力配比，进而通过两层成形空气的相互作用，能够最终调整喷涂在物体上的喷形直径的范围。
每个内层成形空气15孔的第一角度21不全相同，且内层成形空气孔15的第一角度21相对于成形空气罩的轴线17对称。每个内层成形空气孔15与成形空气罩的半径18具有第二角度19。通过CFD计算和实验验证，第一角度的范围为30-70°，所述第二角度的范围为60-120°。
每个内层成形空气孔15喷出的内层成形空气3与该内层成形空气孔15在成形空气罩1的径向上偏离的相应的外层成形空气孔12喷出的外层成形空气2在距离端面13的距离h处相交，并形成交点16。距离h的范围为3mm-20mm，优选地该距离为5-15mm。
内层成形空气孔15的孔径小于外层成形空气孔12的孔径。外层成形空气孔12的直径为0.5mm-2mm，数量为20-50个。内层成形空气孔15的直径为0.5mm-2mm，数量为20-50个。且内层成形空气孔15与外层成形空气孔12的孔径的比值等于每个内层空气孔15距离交点16的距离与相应的外层成形空气孔12距离交点16的距离的比值。
如果只开启外层成形空气2，最终的成形为直径约为100mm的圆柱状，如果只使用内层成形空气3，最终的成形直径约为500mm。如果同时开启内层成形空气3和外层成形空气2，最终的成形直径更具两层成形空气的不同气压配比在100mm到500mm的范围内任意调整。
如图3为内层成形空气3和外层成形空气2在不考虑流体状态时的理论成形效果，其中理论成形外层23呈圆柱形，而理论成形内层24形成一个单叶双曲面，理论成形内层24的直径为单叶双曲面的短轴。
通过计算机仿真计算，当外层成形空气2的流量为100L/min，内层成形空气3的流量为0L/min时，此时成形空气的流线比较规律，大部分流线与旋转轴平行，主流线周围形成的涡流未对主流线形成干扰。当外层成形空气2的流量为100L/min，内层成形空气3的流量为50L/min时，从流线图可以看到杯头4下部形成的涡流已经开始对主流线产生影响，主流线出现左右摆动，同时随着内层成形空气的外拉力逐渐增大，喷形的下部被拉成锥形。当外层成形空气2的流量为100L/min，内层成形空气3的流量也为100L/min时，流线图中杯头4下部两肋的涡流逐渐向外拉伸，流线波动加剧，并出现了明显的摆动。内层成形空气3造成的外拉力进一步增大，整个喷形开始由锥形向钟形过渡。当外层成形空气2的流量为0L/min，内层成形空气3的流量为100/min时，流线高密区的流向向下，流速较高，同时杯头4下部为低压区，流向向上，高压区和低压区的过渡形成了涡流，该涡流把整个喷形拉扯成钟形。此时的流线夹杂着涡流左右摆动，在距离杯头4的距离为300mm处甚至出现了横向流线。此时也在杯头4的上部周围形成了反向涡流，在实际喷涂时，反向涡流往往会加速污染旋杯。
实际喷涂测试时，选取的成形空气参数与计算机仿真的参数相同，涂料流量为100cc/min，杯头4直径为55mm，杯头转速为42,000r/min，涂料为灰色底漆，涂料粘度为18s。当外层成形空气2的流量为100L/min，内层成形空气3为0L/min时，喷形直径约为100mm；在外层成形空气2流量为100L/min，内层成形空气3的流量为50L/min时，喷形直径约为120mm；在当外层成形空气2的流量为100L/min，内层成形空气3的流量为100L/min时，喷形直径约为200mm；在当外层成形空气2的流量为0L/min，内层成形空气3的流量为100L/min时，喷形直径约为400mm。
旋杯的正常喷涂包括以下步骤：
(1)喷涂时涡轮马达11带动杯头4高速旋转，正常转速范围一般为20,000r/min—100,000r/min；(2)涂料通过喷嘴喷入第一通道7中，涂料被分配盘5均匀地分配到杯头4的内壁6上；(3)高速旋转地杯头4带动涂料旋转，在离心力的作用下被甩到杯头4的边缘，并在边缘被雾化。通常为了使雾化更加均匀，杯头4的边缘处一般刻有细齿，细齿把杯头内壁6上的漆膜均匀分割成细丝，高速甩出的细丝在杯头4的边缘雾化，细齿更利于雾化，同时使雾化更加均匀。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种用于旋杯的具有双层成形空气孔的成形空气罩，该成形空气罩呈圆台形，所述成形空气罩与所述旋杯的杯头同轴地安装在旋杯主体上，所述成形空气罩包括端面，其特征在于，所述成形空气罩还包括：
多个外层成形空气孔，该外层成形空气孔沿周向布置于所述端面的外圈，每个外层成形空气孔的轴线与所述成形空气罩的轴线平行；外层成形空气通过所述外层成形空气孔喷出；
多个内层成形空气孔，该内层成形空气孔与所述外层成形空气孔在所述成形空气罩的径向上偏离；每个内层成形空气孔的轴线与所述成形空气罩的轴线具有第一角度；内层成形空气通过所述内层成形空气孔喷出；
通过分别控制内外两层成形空气的流量来调整所述两层成形空气的压力配比，从而调整喷涂在物体上的喷形直径的范围。
2.根据权利要求1所述的成形空气罩，其特征在于，所述外层成形空气从所述外层成形空气孔中喷出后最初沿杯头的外壁方向运动，进而在负压的作用下所述外层成形空气沿着平行于所述成形空气罩的轴线的方向移动，最终形成柱状喷形；所述内层成形空气从所述内层成形空气孔中喷出后最终形成单叶双曲面喷形。
3.根据权利要求1所述的成形空气罩，其特征在于，所述每个内层成形空气孔的所述第一角度不全相同。
4.根据权利要求3所述的成形空气罩，其特征在于，所述内层成形空气孔的所述第一角度相对于所述成形空气罩的轴线对称。
5.根据权利要求1所述的成形空气罩，其特征在于，所述内层成形空气孔的孔径小于所述外层成形空气孔的孔径。
6.根据权利要求1所述的成形空气罩，其特征在于，所述喷形直径范围为100mm-500mm。
7.根据权利要求1所述的成形空气罩，其特征在于，所述外层成形空气孔的直径为0.5mm-2mm，数量为20-50个。
8.根据权利要求1所述的成形空气罩，其特征在于，所述内层成形空气孔的直径为0.5mm-2mm，数量为20-50个。
9.根据权利要求1所述的成形空气罩，其特征在于，每个内层成形空气孔与所述成形空气罩的半径具有第二角度。
10.根据权利要求9所述的成形空气罩，其特征在于，所述第一角度的范围为30-70°，所述第二角度的范围为60-120°。
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