一种空气成形罩、旋杯及雾化喷涂装置的制作方法

本发明涉及喷涂技术领域，尤其是涉及一种空气成形罩、旋杯及雾化喷涂装置。

背景技术：

由于基于旋杯的静电涂装具有非常高的传递效率，被普遍应用于各个涂装行业，尤其是汽车车身的表面涂装，目前已经普遍采用旋杯系统。旋杯工作原理是，借助高速旋转的气浮涡轮马达带动杯头旋转，同时涂料被输送到杯头内壁，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，成形空气孔或缝与杯头同轴布置，从孔或缝内高速射出的成形空气在杯头的外沿形成一道空气墙，被雾化的涂料可以在被成形空气压成圆形，并在成形气流的作用下吹向被涂物。

随着旋杯的广泛应用，不同行业对旋杯提出来越来越高的要求。例如汽车整车涂装中，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；轮毂行业则需要较小的喷形和更大的漆雾穿透力。传统旋杯有两种成型方案：一种成形才会用一圈成形孔或者成形缝，旋杯的喷形调整范围非常小，很难满足日益发展的精细化生产的需求；另一种成形由于采用两道气源分别控制的成形孔或者成形缝，旋杯的设计、加工困难，控制系统复杂，气浮马达的价格昂贵，使得旋杯的研发、生产、制造和使用成本增高。

目前的旋杯采用与杯头同轴的一圈成形孔或缝来对漆雾进行整形，一圈成形孔或缝只能通过调整成形空气的压力来对最终的喷形进行微调。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。因为如果压力加大，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。我们知道，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。

旋杯采用与杯头同轴的两圈成形孔或缝来对漆雾进行整形，两圈孔分别用两道进行控制，这样虽然避免了一圈成型孔或缝带来的涂装问题，但是由于旋杯整体尺寸的限制，两道气源控制的成型孔设计、生产加工困难，控制系统复杂，同时需要配备昂贵的适合两道成型气源的气浮马达，使得旋杯的研发、生产和使用成本增高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于形成不同成形直径的空气成形罩、旋杯及雾化喷涂装置。

本发明更进一步解决的技术问题是提供一种空气成形罩，所述空气成形罩为中空的锥台形，包括第一端面和第二端面；空气在所述第二端面成形；所述空气成形罩内设有一圈从第一端面通向所述第二端面的气源分流结构；所述气源分流结构包括与所述第一端面相通的主气源通道、由所述主气源通道的端部分别通向第二端面的内层空气通道和外层空气通道；所述外层空气通道与所述空气成形罩的轴线平行；所述内层空气通道与所述第二端面之间呈第一设定角度夹角；所述内层空气通道与外层空气通道的交汇中心点与空气成形罩的轴线所在的平面形成第一中心轴面；所述内层空气通道与所述第一中心轴面之间呈第二设定角度夹角。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述内层空气通道与所述外层空气通道的长度比与孔径比相同。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一设定角度的范围为20度至60度。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第二设定角度的范围为60度至120度。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述内层空气通道与外层空气通道之间的长度之和范围为3mm-20mm。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述内层空气通道的直径范围为0.5mm-2mm。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述外层空气通道的直径范围为0.5mm-2mm。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述气源分流结构的数量范围为个-5个。

第二方面，本申请提供一种旋杯，包括上述任意一种空气成形罩；所述旋杯包括旋杯主体和杯头；所述空气成形罩固定在所述旋杯主体外侧，与所述旋杯的杯头同轴设置；所述成形罩的第二端面设在所述旋杯的靠近杯头的一侧。

第三方面，本申请提供一种雾化喷涂装置，所述喷涂装置的喷头上安装有上述旋杯。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用如上技术方案，即在空气成形罩上设气源分流结构，气源分流结构中的外层空气通道与空气成形罩的轴线平行，外层空气通道中喷出的空气形成柱状，用于提供轴向的压力，可减小杯头下部形成的方向涡流；内层空气通道与空气形成面的第二端面及第一中心轴面分别呈设定角度的夹角；内层空气通道为成形空气提供径向的拉力，可减小杯头上部的涡流，内层空气通道内喷出的空气形成一个单叶双曲面内层，使得成形空气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，内外两层成形空气的相互作用，使成形直径达到了任意可调，在其它参数不变的情况下，通过调整成型空气压力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，同时提高了涂装的效率。

由于成形空气相交，使空气在杯头外沿形成向轴向运动的椭圆形相交面。椭圆形相交面的存在，使最终的漆雾更加均匀，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。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过设计两层成形空气的孔不同孔径与角度配比来调整最终的气流方向，从而达到针对不同行业的涂装需求。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明种适用于形成不同成形直径的空气成形罩、旋杯及雾化喷涂装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征所带来的优点，将结合附图作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明第一种实施例中空气成形罩的剖面结构示意图；

图2是图1中的a-a面剖视图；

图3是空气成形罩的立体结构示意图；

图4为本申请中旋杯的结构示意图；

图5是本申请中旋杯中空气成形罩的理论成形图；

图6是本申请中空气成形罩的空气源为0.20mp时杯头下部的流线图；

图7为计算机仿真的旋杯的流速分布图；

图中标号：110、第一端面；120、第二端面；100、气成形罩；130、气源分流结构；131、主气源通道；132、内层空气通道；133、外层空气通道；134、交汇中心点；140、第一中心轴面；200、旋杯主体；132-1、内圈成形气流；133-1、外圈成形气流；210、通道；220、分配盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

图1至图3所示的本发明一种空气成形罩的一种实施例的结构示意图，所述空气成形罩100为中空的锥台形，包括第一端面110和第二端面120；空气在所述第二端面120成形；所述空气成形罩100内设有一圈从第一端面110通向所述第二端面120的气源分流结构130；所述气源分流结构130包括与所述第一端面110相通的主气源通道131、由所述主气源通道131的端部分别通向第二端面120的内层空气通道132和外层空气通道133；所述外层空气通道133与所述空气成形罩100的轴线平行；所述内层空气通道132与所述第二端面120之间呈第一设定角度夹角；所述内层空气通道132与外层空气通道133的交汇中心点134与空气成形罩100的轴线所在的平面形成第一中心轴面140；所述内层空气通道132与所述第一中心轴面140之间呈第二设定角度夹角。

在本实施例中，所述第一设定角度为45度，在其他实施例中，所述第一设定角度也可以是20度至60度之间的其他数值。

在本实施例中，所述第一设定角度为60度，在其他实施例中，所述第二设定角度的范围为60度至120度。

实施例二

如图4所示，本实施例提供的旋杯使用实施例一中的空气成形罩100，所述旋杯包括旋杯主体和杯头；所述成形罩100固定在所述旋杯主体200外侧，与所述旋杯的杯头300同轴设置；所述成形罩100的第二端面120设在所述旋杯的靠近杯头300的一侧。

成形罩100与杯头300同轴安装在旋杯主体上，成形罩100内主气源通道内的空气经过内层空气通道132和外层空气通道133后分成两道成形空气，分别为内圈成形气流132-1和外圈成形气流133-1；外圈成形空气流133-1的出口方向与杯头300的轴线平行，内圈成形气流132-1与所述第二端面120倾斜相交，且相交夹角为40度左右；所述内层空气通道132与所述第一中心轴面140之间倾斜相交，且相交夹角为65度左右。

旋杯一般有两种工作状态，一种是正常喷涂，正常喷涂时涡轮马达带动杯头300高速旋转，转速范围一般为20000r/min—100000r/min。在杯头300高速旋转的同时，涂料通过喷嘴喷入通道210中，涂料被分配盘220均匀的分配到杯头300的内壁上。高速旋转的杯头300带动涂料旋转，涂料在离心力的作用下被摔倒杯头300的边缘，并在边缘被雾化。通常为了使雾化更加均匀，杯头300的边缘处一般刻有细齿，细齿把杯头300内壁上的漆膜均匀分割成细丝，高速甩出的细丝在杯头边缘雾化，细齿更利于雾化，同时使雾化更加均匀。

旋杯的另一种工作状态是杯头300的清洗状态，此时向通道210喷的是清洗剂，清洗剂沿着如上诉的涂料轨迹在杯头300的边缘被雾化，然后在成形罩100的内侧边缘被成形空气捕获，成形空气夹杂着清洗剂涌向杯头外壁，并把内壁清洗干净。

外圈成形气流133-1的喷出方向为杯头300的外壁，吹向杯头300外壁的成形空气最初沿着杯头300外壁方向运行，由于杯头300下部会产生负压，在负压的作用下成形空气最终沿着成形空气罩100的轴线平行的方向移动，最终形成柱状效果。

如图5所示，内圈成形气流132-1和外圈成形气流133-1在不考虑流体状态时的理论成形效果，其中外圈成形气流133-1成圆柱形，而内圈成形气流132-1成一个单叶双曲面，外圈成形气流133-1的直径为单叶双曲面的短轴。

图6是成型空气源0.20mp时的流线图，从图中可以看出杯头300下部两肋的涡流逐渐向外拉伸，流线波动加剧，在a处出现了明显的摆动，内圈成形气流132-1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。

图7是计算机仿真的流速分布图，此时内圈成形气流132-1和外圈成形气流133-1同为100l/min。仿真得到，两层成形空气的出口速度接近1马赫，但随着距离增加，空气流速成指数降低，当成形气流达到被涂物时，空气流速在8m/s左右，实际测算，涂料颗粒的速度为5-15m/s时的传递效率最高。

实际喷涂测试中，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200cc/min，杯头直径为55mm，杯头转速为30,000r/min，涂料为灰色底漆，涂料粘度为13s。实际测试，当成形空气源空气压力为0.05mp时，喷形直径约为350mm；当成型空气源空气压力为0.10mp时，喷形直径约为300mm；当成型空气源空气压力为0.15mp时，喷形直径约为250mm；当成型空气源空气压力为0.20mp时，喷形直径约为200mm；当成型空气源空气压力为0.25mp时，喷形直径约为120mm。

内外两层成形气流的相互作用，形成大致为钟形的喷形，也即在一定距离范围被成形直径固定，在其它参数不变的情况下，通过调整成型空气压力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，同时提高了涂装的效率。

在本实施例中，所述内层空气通道132与所述外层空气通道133的长度比与孔径比相同，例如，内层空气通道132的长度为8mm，外层空气通道133的长度为4mm，内层空气通道132与所述外层空气通道133的长度比为2，则此时，内层空气通道132的孔直径可以设为1.5mm，外层空气通道的孔直径也可以设为0.75mm；也即内层空气通道132与所述外层空气通道133的孔径比也为2。内层空气通道132与所述外层空气通道133的长度比与孔径比相同可以使得两层成型空气压力流量比固定。

在本实施例中，所述内层空气通道132的直径范围为0.5mm-2mm；所述外层空气通道133的直径范围为0.5mm-2mm；所述气源分流结构130的数量范围为20个-50个。

实施例三

本实施例提供一种旋杯，所述喷涂装置的喷头上安装有实施例二中的旋杯。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入在本发明的保护范围内。