大型汽车车身涂装线的工艺设计

大型汽车车身涂装线的工艺设计 信息来源:汽车工艺与 涂装材料、涂装工艺、涂装设备、涂装厂房及公用动力设施、涂装管理等都是直接影响涂装质量的因素，必须依靠高质量的管理和高水平的自动化来保证涂装质量。由于大型车身涂装线工艺技术复杂、投资巨大，所以工艺设计的重要性必须引起高度重视。随着汽车制造技术的发展，涂装工艺设计正在朝着节能、环保、高度自动化和采用高质量、高水平的涂装工艺方向发展，通过不断了解和引进国外车身.涂装的最新技术，极大地提高了我国车身涂装线的水平。在此，笔者对大型汽车车身涂装线的工艺设计阐述一些设计观点。 1、车身涂装工艺的发展趋势 从20世纪80年代中期开始，欧美发达国家相继颁布了环保法规。从1993年起，欧洲各国一致开始限制汽车涂装线中有机挥发物(VOC)的排放量，并规定1997年以后新建的车身涂装线其有机挥发物不得超过45g/m2;德国在大气净化标准中规定，新建的车身涂装线中有机挥发物不超过35 g/m2。为了达到排放标准，国外涂装行业提出了车身涂装线减少有机挥发物的涂装工艺发展方向。车身涂装线一般都采用"三涂层"涂装工艺。根据汽车车身涂层标准，确定不同的涂层采用不同的涂装工艺，见表1。 目前，欧美国家新建的车身涂装线都采用了水性漆涂装工艺或水性漆加粉末涂料的涂装工艺。表1中的各种涂装工艺就是今后汽车车身涂装工艺的发展方向。 现在水性漆涂装工艺在欧洲汽车车身涂装工艺中，已经占据了主流地位，其涂装质量接近传统的溶剂型漆的质量。随着环保要求的不断提高，目前国际车身涂装工艺发展的主要趋势是以使用水性漆或粉末涂料逐渐取代传统的溶剂型漆。 2、工艺设计的重要性 工艺设计的优劣直接影响着产品的质量、生产效率和生产成本。涂装工艺设计是确定工艺设计的全过程。它是根据产品的涂层标准、生产纲领和生产物流，通过采用的工艺流程以及选用的涂装材料、涂装设备、涂装厂房、公用动力设施和生产辅助设施等优化组合实现。 工艺设计要重视工艺流程和工艺布置，如果工艺材料和设备的选择及设计不合适，还可以更换。但是，工艺流程和工艺布置选择不合适、布置不合理将后患无穷。其后果是在生产过程中产生的质量问无法解决、运行成本增加、经济效益低、不能满足国家规定的各种法规要求等。因此，必须高度重视工艺设计，并做到精心设计。 3、工艺设计的基本原则 3.1物流合理 涂装工艺设计中的物流包括产品的生产工件物流和各种材料、物料及废物的物流。生产工件物流应选择运行路线短且尽量避免运行路线交叉。对于多层分区布置应尽量减少产品升降和往返次数。各工序应布置合理、衔接良好，且各工位布置要紧凑。各种材料、物料及废物的物流应选择运输路线短、尽量不通过生产操作区、存放场地尽量靠近使用位置。选用的物流运输设备或工具应经济可靠。 3.2立体化、区域化布置 车身涂装的装饰性要求越来越高。涂装环境的洁净度是提高涂装装饰性的重要条件。因此，工艺设计应按立体化、区域化分层分区布置各种设备及辅助设施。即按不同工序和不同工艺要求，达到不同洁净度以保证车身装饰性要求。应该设置喷漆洁净区、一般洁净区、烘干区和送排风设备区。尽量使辅助设施设在底层，喷漆操作间设在中层，送排风设备区设在上层;烘干区设在中层或上层，送排风设备区和烘干区尽量用墙板封闭，防止噪声和热量扩散而影响其他区域。 3.3离线返修及质量抽检的设置 涂装产品表面质量要求高，在每个工艺段(电泳、中涂、面漆等)必须设置离线返修工位，保证不合格产品及时修整。在聚氯乙烯(PVC)和面漆后边设置质量抽检(Audit)工位，在电泳、中涂和面漆强冷室后边设置质量反馈检查工位，以保证产品质量并达到质量信息及时反馈的目的。 3.4设置必要的车身编组站及漆后缓冲 随着市场竟争的激烈程度，车身产品都采用多品种、多样化生产。为了保证生产柔性化，大型车身涂装线都应布置漆前的白车身编组站和漆后车身编组 电泳、PVC、中涂、面漆)后边都设站，按品种和颜色存放车身。对每个工艺段( 有缓冲线，保证涂装线在班后或意外事故时的"跑空"，防止烘干炉内工件放置时间过长，同时保证同步生产和便于清理设备内部。为了节省面漆和多种产品需求，在中涂漆后设多色缓冲线。 3.5保持微正压 为了保证喷漆洁净度，必须保证喷漆区对其他区域保持微正压，其他区域对涂装厂房外界保持微正压。防止外部灰尘进人洁净区，由送人的经过滤的新鲜空气维持各区域的微正压环境。从喷漆洁净区至厂房室外，车间各个区域之间的微正压压差一般按照10~20 Pa递减。 3.6设备选择方式 伴随汽车涂装技术的国际化发展，国内对世界上的各种涂装线的技术水平都有较深入的了解。经过和研究，我们认为尽管同一类涂装设备有着不同的结构形式，各有自己的特点，但是在使用上大同小异。通过不断完善，都朝着结构合理可靠、降低投资、提高效率、减少运行成本、节能和环保的方向发展。在选择涂装设备时，应根据不同的工艺设备布置产品档次及投资额度的确定方案。 悬挂积放链与反向地面积放链或滑撬运输系统配套使用，较适用单层厂房区域化布置，采用水旋式喷漆室和烘干炉等设备;桥式烘干炉和桥式U型烘干炉适用于反向地面积放链运输工件;?型烘干炉适用于滑撬运输系统运输工件。新型的水旋式喷漆室也适用于多层厂房的立体化、区域化布置。 悬挂积放链、摆杆或Rodip滑撬运输系统、多功能穿梭机分别与滑撬运输系统配套使用，均适合多层厂房立体化、区域化布置，采用文丘里式喷漆室和烘干炉等设备。文丘里式喷漆室用于单层厂房区域化布置，由于其水洗装置较深，会造成土建费用增力口。 多品种生产且柔性化要求高的喷漆线，选择喷涂机器人比自动喷涂机更合适，采用机器人喷漆是未来汽车涂装喷漆的发展趋势。 产品级别较高、投资额度较大的涂装线，可选择适合立体化、区域化多层 喷涂机、机器人)以厂房工艺布置的涂装设备，选择自动化程度高的喷涂设备( 达到生产全过程的自动化控制。 产品级别较低、投资额度较小的涂装线，可选择适合区域化单层厂房工艺布置的涂装设备。选择适当的自动化控制水平及喷涂设备。 受建设厂地所限，在投资额度允许的情况下，可选择适合占地面积小的多层厂房立体化、区域化工艺布置的涂装设备。 3.7土建及公用设施适用、可靠 大型车身涂装线要求厂房全封闭、占地面积尽量小、厂房高度尽量低，以节省送排风系统运行能耗。厂房内墙壁及地面光滑平整，涂不积尘、不起灰的专用涂料。根据涂装线用能种类和厂区公用动力供应位置及工艺设备用能位置，合理布置涂装线公用动力设施及供应管线。公用动力设施位置的安排应该既方便从厂区引线，又尽量靠近使用设备。公用动力管线布置司令图方案，要考虑线路短、与其他设施互不干涉、布线顺畅及安装维修方便。 4、工艺设计的关键点 4.1工艺布置的合理性 大型车身涂装线一般都采用"三涂层"涂装工艺，即底漆、中涂、面漆。工艺流程及工艺布置应合理，各种工艺功能齐全，充分考虑柔性化生产并有生产调整、改造的发展余地。物流、人流顺畅，工件运行路线短，升降和迁回少; 工件缓冲和各种物料存放位置合适;各种设备及库房布置恰当;消防、安全、卫生措施可靠;三废治理得当，符合国家环保法规要求。 考虑未来的涂装工艺发展，工艺设计要满足发展的需要。尽管国内目前环保法规要求还不高，涂装几工艺应考虑将来能采纳环保型涂装工艺，如高固体分漆、水性漆、粉末涂料。 4.2设备及辅助设施布置的准确性 由于涂装车间设备品种多，设备结构大而复杂，公用介质种类多且各种管道密集，在施工中易发生相互干扰和碰撞。因此，在工艺设计中应及时绘制管道司令图及设备管道综合汇总图，以便检验工艺设计中工艺布置的准确性;及时消除各种干涉和碰撞，使设备及辅助设施布置准确，各种管道布线通畅。 4.3投资的经济性 投资额度是衡量工艺设计经济性的重要指标。生产同样的产品并达到同样的涂层要求，其投资越少、投资回收期越短、生产运行成本越低，则工艺设计越经济。因此，要结合实际情况和产品水平决定投资，不能使设备功能过剩。同时，应重视国内外涂装设备制造公司价格差异极大的特点。由国内涂装公司设计制造涂装设备，以国内设备及材料为主，从国外引进关键设备及配套件的投资方式更为经济。 4.4工艺设计的可实施性 大型涂装线的工艺设计必须充分考虑布置涂装设备的占地空间和辅助空间，保证安装空间以便于设备的安装、维修和保养。在工艺布置时应保证设备安装运输通道有足够的空间。多层厂房应预留出各层的安装洞或安装孔，设置安装各层设备使用的起重运输设备或电梯。大型涂装设备必须设置足够的维修平台及上下扶梯。 4.5涂装技术的全面性 作为工艺设计人员必须具备较全面的涂装技术水平，在进行工艺设计之前即形成一个初步较完整的立体化模型。这个模型基本上能够满足产品生产及管 理、设备及设施的安装维修和保养等要求。因此，工艺设计人员必须尽可能多地掌握涂装材料、涂装工艺、涂装设备和涂装管理方面的技术。掌握大型涂装线中各种设备的结构及特点、涂装车间的能源介质种类及各种管路布置走向、厂房结构形式及要求、各种生产和生活辅助设施的配置等。有条件的人员应参加生产实习，多参加涂装线的安装和调试工作。 在完成一项大型汽车车身涂装线的工艺设计过程中，应成立由多个专业技术人员组成的设计项目组，广泛地进行国内外调研，向国内外有关公司进行技术交流和技术咨询，组织国内有关专家进行咨询，保证工艺设计的质量。 5、关于环保型涂装工艺 在进行大型车身涂装线工艺设计时，应充分考虑今后采用环保型涂装工艺的可能性。通常，环保型涂装工艺施工时间较传统的溶剂型漆涂装工艺施工时间长，如果有条件则应该在设计阶段事先预留采用环保型涂装工艺布置的面积。例如，在水性漆面漆施工时，其中间烘干、面漆烘干时间较长，需事先预留水性漆面漆喷漆施工中间烘干和面漆烘干的使用长度。金属色涂层粉末涂料涂装金属底色和罩光色不能采用类似以往面漆的"湿碰湿"施工工艺，及金属底色和罩光色涂装同时完成再进行烘干，而是要求分别喷涂烘干。因此，应该事先预留粉末金属底色、罩光色喷涂及烘干的使用长度;事先预留环保型涂料使用的辅助面积等。 5.1水性漆涂装工艺 工艺1为阴极电泳漆+水性中涂漆+水性底色漆+双组分罩光漆 工艺2为阴极电泳漆+水性中涂漆+水性底色漆+水性罩光漆 水性中涂漆施工环境温度为23?3?，相对湿度为60%-70%。烘干时需要先用80?预烘干，时间为12-15min:然后再升温到140?，烘干20 min。 水性底色漆施工环境温度为23?13?，相对湿度为60%-70%。增加了中间烘干工序，温度60~80?。先辐射烘干1 min，再对流烘干2-3 min，强冷后车身温度不高于35?;也可以采用温度为35-40?的中间晾干，晾干室送干空气。 水性罩光漆普遍采用双组分溶剂型漆，施工环境温度和相对湿度与水性底色漆相同，烘干温度为135-145?，保温20~22 min, 如果施.工环境湿度超过70%，最大可到75%，允许环境温度到28?。 典型的日产量为600辆的轿车水性漆涂装工艺，按照工艺1的面漆喷涂工艺流程见表2. 5.2粉末涂装工艺 典型的粉末涂装工艺如下。 a.本色面漆涂层:阴极电泳底漆+抗石击粉末中涂漆+本色粉末面漆。 b.金属色面漆涂层:阴极电泳底漆+抗石击粉末中涂漆十金属色粉末面漆+罩光粉末面漆。 粉末喷涂的施工环境温度为18~20?，相对湿度为55?15%。烘干温度为175~180?，烘干时间30-32 min，其中烘干升温.时间10~12 min，保温时间20 min。 金属色涂层粉末涂料涂装金属底色和罩光色不能一次同时施工，需要先喷涂金属底色涂料然后烘干，再喷涂罩光色涂料然后再烘干，经过2次烘干才能完成面漆涂装工艺。 6、工艺设计评价 a.工艺选择恰当。采用的涂装工艺应满足产品级别与生产纲领的要求。 b.工艺布置合理。各种涂装工序、生产及辅助设施应功能齐全、物流通畅，能够按区域化实施微正压洁净分区布置，且满足生产管理要求。 c.设备选择适用。各种设备应满足工艺要求，选择可行、可靠的设备，其功能不过剩，以保证涂装质量。 d.遵守国家法规。工艺设计要严格执行国家法规，应符合消防、环保、安全、卫生等国家法规中的各项规定。 e.投资额度合适。结合实际情况，在自身投资环境允许且经济的基础上，采纳先进的涂装技术，保证涂装线建设的经济性。 f.厂房及公用设施配套齐全。厂房及公用设施符合涂装工艺施工要求。 g.涂装工艺管理体系要可行、可靠。涂装工艺设计技术文件及工艺管理方面的规范、及文件应齐全。计算机监控系统、质量信息网络及自动记录分析系统应符合涂装线的建设规模和管理要求。 7、工艺设计的展望 通过近十几年来国内大型汽车车身涂装线的不断建设，国外的各种新涂装技术被逐渐吸收采纳。我国涂装工艺人员已基本上撑握了世界上的最新涂装工艺。因此，由国内工艺人员设计的涂装线更能充分体现中国的实际情况，且更实用。 未来，我国汽车车身涂装工艺的应用和发展趋势一定是使用环保型涂装工艺。对今后新建的大型车身涂装线的工艺设计，应该充分考虑采用环保型涂装工艺的可能性，做好满足未来国家制定的环保法律、法规的准备。