摘要：本文闡述目前涂附磨具行業(yè)常見(jiàn)的靜電植砂高壓發(fā)生器，分析指出低頻高壓發(fā)生器比直流高壓發(fā)生器有較多優(yōu)點(diǎn)。介紹了18看來(lái)作者研制的三代產(chǎn)品的性能和特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：靜電植砂  涂附磨具

上個(gè)世紀(jì)八十年代末，原第二砂輪廠(chǎng)和上海砂輪廠(chǎng)開(kāi)始由德國(guó)引進(jìn)涂附磨具生產(chǎn)設(shè)備，靜電植砂技術(shù)由此進(jìn)入中國(guó)。1992年上海理工大學(xué)研制出國(guó)產(chǎn)靜電植砂技術(shù)，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，我國(guó)涂附磨具行業(yè)幾乎所有的企業(yè)都采用了靜電植砂工藝。

靜電植砂是在高壓電場(chǎng)的作用下，砂粒克服自身重力，飛向帶膠基布的一種砂布生產(chǎn)工藝。在靜電植砂生產(chǎn)線(xiàn)中，使用著直流和低頻交流兩種高壓發(fā)生器。直流高壓發(fā)生器一般是原來(lái)生產(chǎn)靜電噴漆、靜電植絨的靜電高壓設(shè)備廠(chǎng)生產(chǎn)的。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格比較便宜。它的電場(chǎng)力較小，適合用于P80—P320中等粗細(xì)的砂布生產(chǎn)。低頻交流與直流高壓相比有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

        1、低頻高壓能夠使砂粒在電場(chǎng)中產(chǎn)生較大沖擊力。

砂粒在交流高壓作用下，一正一反地被極化，可以比喻為拳頭縮回來(lái)再打出去，進(jìn)入涂膠層時(shí)沖擊力較大，因此進(jìn)入膠層較深，粘結(jié)比較牢固。且重心朝里尖頭朝外，排列比較整齊，砂布磨削鋒利，質(zhì)量較好。低頻交流還可以設(shè)計(jì)適合靜電植砂的特種脈沖波形來(lái)增加沖擊力。植砂時(shí)聽(tīng)到“沙、沙、沙”的飛砂聲就是砂粒沖擊的聲音。

眾所周知，高壓電場(chǎng)的電極板必須安裝在絕緣支架上，而絕緣支架和極板間距能夠承受的高電壓是有限的，過(guò)高的電壓會(huì)造成絕緣擊穿、極板間隙放電打火。目前，直流高壓發(fā)生器上限100KV，低頻交流高壓上限60KV。在同等絕緣條件下，交流高壓對(duì)地電壓較低，擊穿的可能性較小。

2、交流可以去除砂粒的極化。

在植砂過(guò)程中，一部分砂粒被膠粘在基布上，另一部分砂粒未被粘住而掉下來(lái)，還有一部分進(jìn)入膠層較淺、粘得不牢的砂粒，在反向電場(chǎng)的作用下也能掉下來(lái)，產(chǎn)品質(zhì)量較好。由于砂粒是電的不良導(dǎo)體，具有電介質(zhì)的性質(zhì)，在電場(chǎng)中有極化作用。在受電場(chǎng)力再次作用時(shí)，砂粒極化會(huì)表現(xiàn)出反電場(chǎng)方向的作用力，而減小吸引時(shí)的沖擊力。交流高壓的負(fù)半周有去極化作用，可以使得前一次未被粘住的砂粒下一次仍沖向膠層，使靜電植砂連續(xù)生產(chǎn)的質(zhì)量比較穩(wěn)定。

3、可以按照生產(chǎn)實(shí)際需要調(diào)整頻率和極板尺寸。

粗砂質(zhì)量大，慣性也大，必須用較低頻率才能在電場(chǎng)中從下極板飛到上極板。而較低頻率生產(chǎn)率較低，因此細(xì)砂植砂生產(chǎn)時(shí)，頻率調(diào)高一些，兼顧砂粒有足夠時(shí)間從下極板飛到上極板和較高的生產(chǎn)率。粗砂低頻工作如生產(chǎn)率偏低，可以適當(dāng)增加極板長(zhǎng)度來(lái)獲得較高生產(chǎn)率。

4、交流比直流高壓電壓穩(wěn)定。

直流高壓發(fā)生器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，高壓由倍壓整流電路產(chǎn)生，內(nèi)阻很大且無(wú)法調(diào)整控制，使得高壓電壓穩(wěn)定性差。而低頻交流高壓電壓由高壓變壓器直接產(chǎn)生，相對(duì)內(nèi)阻較小，且可以采取電路補(bǔ)償和反饋措施，進(jìn)一步提高高壓電壓的穩(wěn)定性，從而能夠?qū)o電植砂電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行比較精確的控制。好的低頻交流高壓發(fā)生器，它的高壓電壓穩(wěn)定性很好，不但可以用于一般密植砂場(chǎng)合，還可以用于要求較高的疏密植砂可控的場(chǎng)合。上海理工大學(xué)JD-3型靜電高壓發(fā)生器屬于這類(lèi)產(chǎn)品。

5、交流高壓發(fā)生器有較好的保護(hù)功能。

目前直流高壓發(fā)生器采用半導(dǎo)體高壓硅堆，屬于不可控電子器件。當(dāng)負(fù)載瞬時(shí)過(guò)載或電源超過(guò)極限時(shí)，主要保護(hù)手段是燒保險(xiǎn)絲或空氣開(kāi)關(guān)跳閘，或者燒高壓硅堆造成設(shè)備損壞。從我國(guó)實(shí)際情況來(lái)看，多數(shù)使用直流高壓發(fā)生器的植砂機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)陋，絕緣性能較差，高壓放電打火現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，負(fù)載瞬時(shí)過(guò)載難以避免，因此故障率較高。

燒保險(xiǎn)絲或空氣開(kāi)關(guān)跳閘，需要0.1秒或更長(zhǎng)時(shí)間。若遇到工人觸電需要瞬時(shí)保護(hù)，0.1秒時(shí)間就太長(zhǎng)。目前低頻交流高壓發(fā)生器設(shè)計(jì)使用IGBT管，這是一種電壓控制型大功率晶體三極管，可以在10微秒時(shí)間內(nèi)從導(dǎo)通變成關(guān)斷，起到快速保護(hù)作用。此外上海理工大學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)了七種保護(hù)措施，使用安全。

低頻交流高壓發(fā)生器也有它的局限性。

1、電場(chǎng)力有限，還不能吸附很粗的砂粒，對(duì)于P36以粗的砂布生產(chǎn)還要借助重力植砂工藝。

2、交流高壓由集成電路、三極管、電阻電容等弱電電子器件產(chǎn)生和控制。在高壓強(qiáng)電環(huán)境下工作，有時(shí)也會(huì)損壞。需要從電路設(shè)計(jì)、制造工藝和材料選擇多方面采取措施，使用者也要按規(guī)章操作。

上海理工大學(xué)是一所具有百年歷史的綜合性高等學(xué)校，在學(xué)習(xí)研究國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，1992年研制成功了JD-1型靜電植砂高壓發(fā)生器，獲得了上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)和國(guó)家專(zhuān)利，產(chǎn)品銷(xiāo)往全國(guó)各地并出口東南亞，滿(mǎn)足了磨料磨具行業(yè)技術(shù)改造的迫切需要。隨著磨具磨料行業(yè)對(duì)砂布砂紙質(zhì)量要求越來(lái)越高，而且要求單位面積重量控制在一定范圍，品種要求也不斷增多，對(duì)于某些場(chǎng)合JD-1型靜電植砂高壓發(fā)生器難以勝任，為此，2003年上海理工大學(xué)研制出JD-2型精密控制型靜電植砂高壓發(fā)生器。它是JD-1型基礎(chǔ)上的改進(jìn)產(chǎn)品，保留了JD-1型全部技術(shù)性能，增加了對(duì)靜電植砂電壓的穩(wěn)壓控制。2008年又改進(jìn)研制出JD-3型靜電植砂高壓發(fā)生器。它保留了JD-2型的全部技術(shù)性能，體積重量大為減少，調(diào)壓控制精密度和快速性也有所提高，產(chǎn)品成本和價(jià)格還略有降低。

三種產(chǎn)品的性能對(duì)比見(jiàn)表一：

表一：JD-1，JD-2，JD-3，型靜電植砂高壓發(fā)生器對(duì)照表

由表一可知，JD-3型保持了JD-1、JD-2型的全部?jī)?yōu)良技術(shù)性能。體積重量大為下降；顯示分辨率比JD-1型明顯提高，與JD-2型相同；植砂電壓控制精度與穩(wěn)度比JD-1明顯提高，比JD-2型稍有提高；穩(wěn)壓調(diào)整時(shí)間JD-3為0.5秒，比JD-2（5～10秒）快得多；設(shè)備密封防塵性能較好；供電由三相380V改為單相220V，且功耗下降，節(jié)電良好，在漆包線(xiàn)、矽鋼片等各種原料不斷漲價(jià)的市場(chǎng)環(huán)境下，JD-3型價(jià)格不但不漲，反而稍有下降，使其成為性能價(jià)格比十分優(yōu)良的靜電植砂設(shè)備。

由表一看到，三種設(shè)備的電氣控制柜變化改進(jìn)較大，高壓變壓器未作變化。因?yàn)樵撟儔浩魇俏覀兲厥庠O(shè)計(jì)，專(zhuān)業(yè)定點(diǎn)生產(chǎn)產(chǎn)品。設(shè)計(jì)中巧妙地避開(kāi)了電感電容分布參數(shù)造成的對(duì)2～30HZ工作范圍的影響；輸出阻抗和最低工作頻率都明顯優(yōu)于進(jìn)口同類(lèi)設(shè)備，而且50多條生產(chǎn)線(xiàn)16年先后使用故障率為零。

作者簡(jiǎn)介：

岑文遠(yuǎn) 男，上海理工大學(xué)教授，上海汽車(chē)工業(yè)技術(shù)中心教授級(jí)高工，享受?chē)?guó)務(wù)院專(zhuān)家津貼。2010年11月當(dāng)選為中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)涂附磨具分會(huì)專(zhuān)家委員會(huì)委員。

陳賚寶  男，上海理工大學(xué)高級(jí)工程師。自1992年以來(lái)，學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，先后研制了三代國(guó)產(chǎn)靜電植砂高壓發(fā)生器及靜電植砂設(shè)備并獲得國(guó)家專(zhuān)利和上海市科技科技進(jìn)步獎(jiǎng)。產(chǎn)品暢銷(xiāo)全國(guó)并出口東南亞地區(qū)。