题目 气流雾化喷枪的设计
专业名称 机械设计制造及其自动化
一、选题的依据及课题的意义
当今的涂装行业中，使用最多的是空气喷枪，尤其对涂膜质量要求高的产品，如高级轿车、高档家具等，均采用空气喷涂或空气静电喷涂。
高压无气喷涂可以使用高粘度涂料，大面积喷涂速率达4m2/min-7m2/min，生产效率高。喷涂对涂料无压缩空气混入，漆雾反弹飞散的现象较空气喷涂少，降低了涂料消耗，改善了环境污染。 高压无气喷涂的出漆量较大且漆雾细度不够柔软，涂层厚度不易控制。精装饰涂膜喷涂不及空气喷涂细致。 一般适用于单品种粘度较高的涂料和形状简单、表面积较大的工件批量生产。广泛用于造船、集装箱、钢结构件、建筑内外墙、大型管道等行业。
二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述平）
1.按喷枪工作原理分三类：
①同时采用涂料重力及前端真空吸力的重力式；
②只用前端真空吸力的吸上式；
③涂料泵把涂料压送到喷嘴前端部的压送式。
另外，根据使用不同类型的涂料，还可分为底漆喷枪、面漆喷枪及小型喷枪。
按照涂料供给方式、涂料喷嘴口径、空气使用量、喷雾图形等的差别划分分为吸上式、重力式和压送式三种吸上式喷枪。
吸上式喷枪：原理是利用高速气流而令喷枪局部真空，因而产生吸力把油漆从壶中吸到喷咀加以雾化喷出，主要作大面积喷涂，好处是油漆的雾化较佳，可以达到漆膜的厚度及光泽度要求。
吸上式喷枪的涂料罐位于喷枪的下部，涂料喷嘴一般较空气帽的中心孔稍向前凸出，压缩空气从空气帽中心孔，即涂料喷嘴的周围喷出，在涂料喷嘴的前端形成负压，
将涂料从涂料罐内吸出并雾化。吸上式喷枪的涂料喷出量受涂料粘度和密度的影响较明显，而且与涂料喷嘴的口径有密切关系。吸上式喷枪适用于一般非连续性喷涂作业场合。
重力式喷枪：利用重力把油漆从上面的壶中引至下面之喷嘴，再用风力加以雾化喷出，以前的设计是针对小面积修补用，现在已发展至全面喷涂，好处是作小面积修补时可节省油漆。
重力式喷枪的涂料罐位于喷枪的上部，涂料靠自身的重力与涂料喷嘴前端形成的负压作用从涂料喷嘴喷出，并与空气混合雾化。喷枪的基本构造与吸上式喷枪相同，但在相同喷涂条件下，涂料喷出量比吸上式大。
重力式喷枪用于涂料用量少与换色频繁的喷涂作业场合。当涂料用量多时，可另设高位涂料罐，用胶管与喷枪连接。在这种场合，可通过改变涂料罐的高度调整涂料喷出量。
压送式喷枪：压送式喷枪是从另设的涂料增压罐（或涂料泵）供给涂料，提高增压罐的压力可同时向几支喷枪供给涂料。这种喷枪的涂料喷嘴与空气帽心孔位于同一平面，或较空气帽中心孔向内稍凹，在涂料喷嘴前端不必形成负压。压送式喷枪适用于涂料用量多且连续喷涂的作业场合。
内混式喷枪：内混式喷枪本体内有两个供气系统，即用涂料混合雾化的压缩空气系统与用于在涂料容器内给涂料加压的压缩空气系统，涂料供给方式是采用压送式。空气帽的中心孔呈长橄榄形，因而喷雾图形为椭圆形。这种喷枪没有侧面空气孔和辅助空气孔，不能任意调整喷雾图形，喷雾图形是由空气帽的中心孔的形状决定的，要改变喷雾图形的幅宽，必须更换空气帽，因此，内混式喷枪没有喷雾图形调节机构，其他调节机构与外混式喷枪相似。
2. 还有几种特殊喷枪：
1）长枪头喷枪，2）长柄喷枪，3）自动喷枪，4）无雾喷枪，5）静电喷枪，6）空气喷枪，7）无气喷枪，8）高压喷枪，9）低压喷枪
3.雾化原理
高压无气喷涂是一种利用压缩空气为动力，不直接用压缩空气对涂料进行雾化，它用增压泵将涂料增压至10Mpa-25Mpa，高压涂料通过喷嘴的小喷孔高速喷出雾化分散成极细的雾滴，同时将雾化涂料微粒推至被涂工件表面。涂料被增至很高压力，喷出的涂料不夹带压缩空气。
4.特点及应用
高压无气喷涂可以使用高粘度涂料，大面积喷涂速率达4m2/min-7m2/min，生产效率高。喷涂对涂料无压缩空气混入，漆雾反弹飞散的现象较空气喷涂少，降低了涂料消耗，改善了环境污染。 高压无气喷涂的出漆量较大且漆雾细度不够柔软，涂层厚度不易控制。精装饰涂膜喷涂不及空气喷涂细致。 一般适用于单品种粘度较高的涂料和形状简单、表面积较大的工件批量生产。广泛用于造船、集装箱、钢结构件、建筑内外墙、大型管道等行业。
5、供料方式喷枪的雾化技术及其发展趋势
当涂料涂覆于各种质材的工件表面时，要获得良好雾化的涂料取决于许多因素。涂料、喷枪的选择和喷涂技法无疑是重要的。对于喷涂工具——空气雾化喷枪的详尽了解是获得高质量涂装效果最好的方法。
三种主要的喷枪进料方式
喷枪输送涂料的主要方式包括5.1重力式(上壶)、5.2虹吸式(下壶)、5.3压送式三种方式。
5.1重力式喷枪的涂料壶设计在喷枪上部，涂料是依靠自身重力加上压缩空气在通过喷嘴及风帽时形成的文丘里效应产生真空令涂料喷出；
5.2虹吸式(下壶)喷枪则主要依靠文丘里效应将涂料从虹吸杯(下壶)中抽取出来，因此在同样的条件及涂料流量要求下，虹吸式喷枪的喷嘴口径要比重力式喷枪的大；
5.3压送式喷枪的涂料输送则是依靠涂料输送设备加压来进行的，一般通过涂料压力罐或隔膜泵来进行，由于涂料是压送出来的，而且可通过施加不同的压力调节涂料流量, 一般选用的喷嘴口径较上述两类喷枪更小。
喷枪的部件
喷枪基本结构包含枪身、喷嘴套装（风帽、喷嘴和枪针，简称三件套）、控制部件和其它附件等。为了能达到一个完美的喷涂效果，是离不开喷枪的核心部件的。喷枪的喷嘴套装 通常是经过计算机检测和监控下生产的，一些负责任及专业的厂家更会对每套喷嘴套装进行手工调校，实操测试后组合成套的。因此，在更换喷嘴套装时，三件套严禁出现随意组合现象，否则，会影响完美的涂装效果。
6.空气雾化的关键：风帽、喷嘴和枪针
市场上销售的世界品牌喷枪的喷嘴和枪针是由坚固耐磨、耐腐蚀的V4A钢经过精密的机械加工成形的，喷嘴内部是一个锥形涂料通道，与枪针的前面尖端部位吻合，能行成一个涂料阀门作用。空气喷枪喷嘴的主要作用体现在以下三方面：1、为针阀（枪针尖端部位）提供阀座，以限制或切断涂料的通路；2、控制涂料流量；3、将涂料导流至雾化气流中。选用适当口径的喷嘴，通常由涂料的粘度、所喷涂料的性能、所需涂层厚度和待喷面积的大小等参数来决定。喷枪的基本功能就是运用压缩空气将涂料击成雾滴，并将其吹送到被涂物上。目前空气雾化喷枪大都采用外部混合式雾化方式。空气喷嘴（图四）提供了主要的雾化方法。通过位于涂料喷嘴和风帽之间的空间（即中心雾化孔）完成主要的雾化，来自该空间的空气柱和涂料流互相配合产生涂料的第一级雾化。辅助雾化孔与空气喷嘴的角是一致的，并位于风帽的端面，这些孔有两个作用：1.使喷雾图形不扩展太快，并保持喷嘴的风帽端面清洁，如这些孔堵塞或不存在，将引起涡流或回流；2.对高流速涂料雾化特别有效，这产生涂料的第二级雾化；风帽的扇面控制孔提供气流形成扇形图形，没有这些扇面控制孔的空气射流，雾化的气流将是圆形而不是椭圆形。喷枪风帽上的气孔数量及大小是配合喷枪的整体设计的，故此不可根据气孔数量及大小判断喷枪的雾化好坏
虹吸式喷枪是广泛常用的空气喷枪。喷枪的下端部带有涂料杯，压缩空气在喷枪喷嘴高速流过，周围产生局部真空，将涂料杯内涂料吸入喷嘴并雾化成漆雾滴。 涂料杯的容量通常为600mL-1000mL，根据喷涂量的数量选之，喷枪接上压缩空气就能进行喷涂。喷枪嘴不宜垂直向上或向下，以免涂料从涂料杯的通气孔中漏出。 重力式 重力式喷枪是小型工件及补漆时使用，它的上部附带涂料杯，靠涂料的自重往下输至喷枪。按涂料杯相对喷枪轴线的位置，分为中央和侧边式。在喷涂施工中，中央式使喷枪倾斜位置受到限制；侧边式能以不同的位置而涂料杯仍保持垂直。重力式喷枪的涂料杯一般容量较小，为400mL。 重力式喷枪的换色、清洗方便，耗料较少，适合于换色频繁的喷色工艺及喷涂固化速度快的双组份涂料。 压力式 压力式喷枪是通过压力将涂料输送到喷枪。喷枪自身不附带涂料杯，喷枪重量轻并可任意位置和角度进行喷涂操作。适合工件间隙式、连续喷涂或涂装流水线上使用，喷涂效率提高，涂膜质量好。
三、研究内容及实验方案
a、研究内容：
了解气流雾化喷枪的应用场合，掌握气流雾化喷枪的工作原理，利用已学的
机械知识设计出合理的喷枪，要求：
（1）了解气流雾化喷枪工作原理；
（2）进行喷枪结构设计；
（3）完成喷枪总图一套；
（4）完成部分非标准件零件图。
b、实验方案：
方案一：
高档精品喷枪
供料方式： 上吸式
标准口径： ￠2.0mm
可选口径： ￠1.5mm；￠1.8mm；￠2.5mm；￠3.0mm
工作压力： 4-6.5bar
喷 幅： 250-300mm
漆灌容量： 1000cc
主要用途： 主要用于中高粘度涂装，用于高级物品底面处理，也适用于胶水，清漆喷漆.
ldeal tool for refinishing in small scales
Fluid and fan controls offer a wide variety of patterns
利用设备技术制造、高雾化、低气压。
枪体采用高密度、强韧性特殊合金的铝合金。
枪嘴采用耐磨性、耐腐蚀、高强度不锈钢，可以拆下喷嘴清洗保养。
涂料针采用耐磨性、耐腐蚀、高强度不锈钢。
活动密封圈采用铁氟龙超长耐磨
方案二：
高档精品喷枪
供料方式： 重力式
标准口径： ￠1.5mm
可选口径： ￠1.1mm；￠1.3mm；￠1.8mm；
工作压力： 3.5-5bar
喷 幅： 180-250mm
漆灌容量： 400cc
主要用途： 全新结构设计广泛应用于汽车、钢琴、家电、家具、等表面层的喷漆处理。
ldeal tool for refinishing in small scales
Fluid and fan controls offer a wide variety of patterns
引进设备技术制造、高雾化、低气压。
枪体采用高密度、强韧性特殊合金的铝合金。
枪嘴采用耐磨性、耐腐蚀、高强度不锈钢，可以拆下喷嘴清洗保养。
涂料针采用耐磨性、耐腐蚀、高强度不锈钢。
活动密封圈采用铁氟龙超长耐磨。
方案三：
高压无气喷枪
喷嘴及喷座
与众不同的使用寿命、喷幅和喷涂质量
四指扳机设计
重量轻,易于操控
保险处于常开状态时可方便地进行清洗,关闭时可确保安全
扳机护柄
可以轻松卸开,从而方便安装和拆卸喷嘴座
用作扳手旋开枪柄,取出过头滤器
枪针
工厂已设定好枪针位置,无需调整
弹簧位于流体通路外,以便达到精确和一致的关闭
避免枪针粘结和断裂
使用寿命更长
喷枪过滤器
从里到外将油漆进行过滤
过滤器不会受流体挤压而变形
过滤面积比任何其他的喷枪都要大
旋转接头
是市场上最好的
使喷枪易于操作
四、目标、主要特色及工作进度
a、目标：了解气流雾化喷枪的应用场合，掌握气流雾化喷枪的工作原理，利用已学的机械知识设计出合理的喷枪。
b、主要特色：用于中高粘度涂装，用于高级物品底面处理，也适用于胶水，清漆喷漆.
c、工作进度：
1. 搜集有关资料，撰写开题报告 （3.01-3.14）2周
2. 相关外文文献资料的阅读与翻译（6000字符以上） （3.01-3.14）1周
3. 通堵方案设计 （3.01-3.14）2周
4. 喷枪结构详细设计 （3.15-4.02）4周
5. 绘制装配图及其各零件工作图 （4.03-4.30）4周
6. 编制设计说明书 （4.31-4.06）1周
7. 撰写毕业论文 （5.07-5.27）3周
8. 答辩准备及毕业答辩 （5.28-6.02）1周
五、参考文献
[1] 机械设计实用手册编委会编. 机械设计实用手册. 北京: 机械工业出版社, 2009
[2] 吴宗泽主编. 机械设计师手册. 北京: 机械工业出版社, 2009
[3] 喷枪雾化技术及特点（一）. 汽车维修与保养. 2006
[4] 喷枪雾化技术及特点（二）. 汽车维修与保养. 2006/3
[5] Mechanical design and systems handbook. New York: McGraw-Hill Book Co., 1985 |
