淺談水性3C1B涂裝工藝設(shè)備規(guī)劃建設(shè)

楊蘇生 吳文鋒

摘 要：文章圍繞安全環(huán)保、能耗、質(zhì)量、成本、交付詳細(xì)介紹水性3C1B涂裝工藝設(shè)備規(guī)劃及建設(shè)。包括項(xiàng)目規(guī)劃階段的立項(xiàng)背景及總體思路，各工序工藝設(shè)備的詳細(xì)介紹，關(guān)鍵技術(shù)及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水性3C1B；工藝設(shè)備規(guī)劃和建設(shè)；安全環(huán)保；能耗；質(zhì)量；成本；交付

中圖分類號(hào)：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）12-135-04

Abstract： An introduction on Equipment Layout and Construction of Car-body 3C1B Coating Process in detail， Safety and environment protection， energy， quality， cost and delivery is widely involved. The planning background and entire mind， detailed introduction for each process equipment， critical techonology and main innovations are fully discussed.

Keywords： waterborne 3C1B； Equipment Layout and Construction； Safety and environment protection； Energy； Quality； Cost； Delivery

CLC NO.： U466 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-135-04

引言

江西五十鈴是日本五十鈴在中國的戰(zhàn)略投資項(xiàng)目。涂裝廠工藝設(shè)備投資2.5億元，設(shè)計(jì)生產(chǎn)綱領(lǐng)12JPH，設(shè)計(jì)產(chǎn)能年產(chǎn)5萬輛（預(yù)留二期24JPH）。采用了目前國際流行的、成熟的、符合安全、節(jié)能、環(huán)保、清潔生產(chǎn)要求的汽車車身涂裝生產(chǎn)技術(shù)。

主要工藝設(shè)備包括前處理、電泳、烘房、噴房、工作區(qū)（室）、工藝空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)、機(jī)器人、輸調(diào)漆系統(tǒng)、滑撬輸送系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)。采用水性3C1B的涂裝體系，中面涂均采用水性涂料。產(chǎn)品包括D-MAX皮卡和Mu-X SUV及瑞邁系列產(chǎn)品，2015年2月12日正式投產(chǎn)。

1 設(shè)計(jì)原則

項(xiàng)目規(guī)劃階段組織集團(tuán)內(nèi)涂裝專家、日方專家多次評審，并參考國內(nèi)外水性3C1B涂裝線，確定了建設(shè)一條國內(nèi)領(lǐng)先、自動(dòng)化程度較高的商用、乘用車的柔性化涂裝生產(chǎn)線。設(shè)計(jì)原則如下：

1）采用水性3C1B先進(jìn)涂裝工藝，滿足節(jié)能環(huán)保要求，適應(yīng)日益嚴(yán)格的節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；

2）采用成熟、先進(jìn)、可靠的工藝設(shè)備，達(dá)到國內(nèi)同行業(yè)皮卡、SUV先進(jìn)水平；

3）關(guān)鍵設(shè)備部件進(jìn)口，一般設(shè)備國產(chǎn)名優(yōu)，控制投資；

4）中面涂和清漆采用先進(jìn)的壁掛式機(jī)器人噴涂；

5）分區(qū)布置，方便生產(chǎn)管理；

6）分期建設(shè)，一期年產(chǎn)5萬臺(tái)，二期10萬臺(tái)。

2 工藝技術(shù)方案

2.1 工藝布局

亮點(diǎn)：分區(qū)布局，作業(yè)區(qū)域主要集中在一樓，潔凈區(qū)和烘干爐布置在二樓，熱量向上揮發(fā)，增加了作業(yè)員工舒適度，空調(diào)集中在局部三層。

2.2 工藝技術(shù)方案

2.2.1 前處理線

主要包括：熱水洗、預(yù)脫脂、脫脂、水噴洗、水浸洗、表調(diào)、磷化、水噴洗、水浸洗、純水噴洗、純水浸洗。

主要技術(shù)特點(diǎn)：中低溫磷化脫脂工藝節(jié)省大量能耗；多級反向溢流漂洗工藝減少用水量及廢水處理量；二次、四次水洗槽代替脫脂、磷化轉(zhuǎn)移槽，節(jié)省投資費(fèi)用；磷化加熱只用一級換熱，節(jié)省能耗及投資；雙擺桿輸送系統(tǒng)。

2.2.2 電泳線

主要包括：電泳、UF噴、UF浸、純水噴、純水浸。

主要技術(shù)特點(diǎn)：采用薄外膜超高泳透力電泳底漆；多級反向溢流漂洗工藝，提高了電泳涂料的利用率。

2.2.3 打膠線

主要包括：底涂線、焊縫密封膠線、裙邊膠線及膠預(yù)烘干爐。

主要技術(shù)特點(diǎn)：底涂線采用新型摩擦式底涂輸送機(jī)，可節(jié)省空間高度2米，節(jié)省投資15%左右。

2.2.4 中面涂線

主要包括：底漆擦凈、中涂、中涂閃干、色漆、色漆閃干、清漆、中面涂烘干。

主要技術(shù)特點(diǎn)：采用U型結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了整體工藝設(shè)備布局；噴涂機(jī)器人采用了壁掛方式，減小了噴房尺寸，降低了能源和涂料的消耗。

2.2.5 機(jī)運(yùn)輸送系統(tǒng)

主要采用擺桿輸送機(jī)、地面滑橇輸送機(jī)、空中滑橇摩擦輸送機(jī)相結(jié)合的機(jī)械化自動(dòng)控制輸送系統(tǒng)。

2.2.6 自控系統(tǒng)

自控系統(tǒng)分為機(jī)運(yùn)控制系統(tǒng)和工藝控制系統(tǒng)，將全廠設(shè)備進(jìn)行了分類管理，按照工藝生產(chǎn)線劃細(xì)分為8個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)都有單獨(dú)的主控柜，由 PLC進(jìn)行邏輯控制。

2.2.7 消防系統(tǒng)

主要包括：普通消防管道、噴淋消防管道和二氧化碳消防的三級消防體系。

3 關(guān)鍵技術(shù)及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

3.1 新技術(shù)的應(yīng)用：水性3C1B涂裝工藝

3.1.1 概述

與傳統(tǒng)的3C2B工藝相比，減少了中涂烘干過程，三道涂層在一條噴漆線上完成，中涂烘干、中涂打磨、中涂儲(chǔ)存和面涂擦凈等工序相應(yīng)取消，簡化了涂裝工序。

與溶劑型涂料相比，優(yōu)點(diǎn)如下：1）水性涂料以水作為分散劑，降低火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，減輕了污染，改善了作業(yè)環(huán)境，節(jié)省了資源；2）對材質(zhì)表面潤濕性好；3）噴槍可用水清洗，大大減少了清洗溶劑的消耗。

3.1.2 技術(shù)難點(diǎn)及解決方案

難點(diǎn)一：對底材缺陷的遮蓋性能差

解決方案：

1）綜合考慮涂膜外觀、焊裝生產(chǎn)節(jié)拍，選用120#砂紙對白車身進(jìn)行打磨，400#砂紙用于打磨精修區(qū)域，解決面漆噴涂后打磨痕問題；

2）選用了高外觀的電泳底漆，減少電泳打磨量；

3）對底漆打磨制定作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

難點(diǎn)二：車間環(huán)境和設(shè)備潔凈度要求高

解決方案：

1）人員管理：進(jìn)入涂裝區(qū)域所有人員統(tǒng)一穿戴防塵靜電服；

2）設(shè)備管理：所有設(shè)備用油進(jìn)行防縮孔、耐溶劑的測試；由專業(yè)保潔公司進(jìn)行保潔；

3）原輔料管理：所有原輔料進(jìn)行潛纖維、防縮孔、耐溶劑的測試；

4）作業(yè)方法：所有員工按作業(yè)順序書進(jìn)行操作。

難點(diǎn)三：環(huán)境溫濕度控制要求嚴(yán)格

解決方案：

選用帶溫濕度可控的噴涂室空調(diào)，初始設(shè)置為25±1℃，后來根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖獾拇笾伦兓?，制定了針對夏季、冬季和春秋季的不同溫濕度控制要求，具體可見表1。

3.2 新技術(shù)的應(yīng)用：壁掛式噴涂機(jī)器人

面漆線外表面噴涂選用壁掛式噴涂機(jī)器人，優(yōu)勢如下：1）無導(dǎo)軌、壁掛式，節(jié)約噴房寬度；2）工作范圍大，減少了機(jī)器人數(shù)量；3）排放的污染物少；4）編程省時(shí)省力，操作維護(hù)方便。

3.3 新技術(shù)的應(yīng)用：薄膜超高泳透力電泳底漆

3.3.1 概述

其優(yōu)點(diǎn)如下：環(huán)保性，不含重金屬等有害物質(zhì)；涂裝能耗低，CO2排放量低；與傳統(tǒng)CED產(chǎn)品比較，涂料消耗成本降低約20%；涂膜外觀平整光滑，改善中上涂外觀；超高泳透力水平，四枚盒泳透力提高55%以上；涂膜性能佳，15μm的涂膜與常規(guī)20μm的涂膜質(zhì)量性能相同；良好的施工性，副資材配套性良好。

3.3.2 調(diào)試技術(shù)難點(diǎn)及解決方案

難點(diǎn)一：對白件車身表面粗糙度要求高

解決方案：

1）將白件車身的打磨砂紙從80#變更為120#，粗打磨位置需要精細(xì)研磨；

2）規(guī)范油石打磨，減少油石打磨量，降低電泳車身漆膜的油石痕；

3）制定白件車身的轉(zhuǎn)間標(biāo)準(zhǔn)，控制白車身質(zhì)量。

難點(diǎn)二：入槽條紋

解決方案：

1）調(diào)整電泳槽液參數(shù)；

2）降低二段的施工電壓；

3）對銅排進(jìn)行改造，將一段電壓銅排和二段電壓銅排分開，絕緣處理。

難點(diǎn)三：縮孔風(fēng)險(xiǎn)控制

解決方案：

對白件車身涉及到的油品、膠類、前處理液、輔材、烘房潤滑油等進(jìn)行縮孔配套性確認(rèn)。

3.3.3 涂膜性能（簡）

3.4 新技術(shù)的應(yīng)用：GRACO電動(dòng)泵

水性油漆要求從攪拌器的攪拌、管路彎曲、穩(wěn)壓器、過濾器等皆為低剪切設(shè)計(jì)。水性漆粘度高，在綜合考慮水性油漆的各項(xiàng)施工條件后，選用GRACO立式柱塞電動(dòng)泵。其優(yōu)點(diǎn)包括：系統(tǒng)壓力脈動(dòng)小；更低的油漆的剪切力；可導(dǎo)入休眠模式，比正常生產(chǎn)模式節(jié)約能耗67%。

3.5 創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用：舊風(fēng)回收技術(shù)

本涂裝線空調(diào)送排風(fēng)采用了舊風(fēng)回收技術(shù)，對打磨、擦凈、檢查精修工位排風(fēng)進(jìn)行了回收利用，經(jīng)過過濾，對廠房內(nèi)送風(fēng)，形成廠房微正壓，節(jié)約了能源。尤其在冬季，降低對送風(fēng)的加熱量，減少了燃?xì)馐褂昧?，原理如下圖：

3.6 技術(shù)難點(diǎn)：面漆爐溫調(diào)試

面涂烘干爐的爐溫控制存在以下難點(diǎn)：

1）預(yù)熱段溫度不能太高，以防止車體升溫速度過快；

2）預(yù)熱段的升溫速率應(yīng)該加以控制，升溫速度低于12℃/min；

3）在提升至140℃保溫溫度前，實(shí)現(xiàn)110℃*5min左右的升溫平臺(tái)（技術(shù)難點(diǎn)），將有利于清漆的熱流平，提高涂膜的外觀質(zhì)量；

4）車身各部位溫度需要達(dá)到140℃維持20min的烘烤，以便達(dá)到最佳的固化效果。

解決方案：根據(jù)油漆的固化參數(shù)窗口，初步設(shè)定烘房加熱所需要的溫度。通過爐溫跟蹤儀來測試車身的不同點(diǎn)來顯現(xiàn)特定溫度下的時(shí)間，根據(jù)所顯現(xiàn)的溫度和時(shí)間的關(guān)系，經(jīng)過多次測量來確定最終的爐溫曲線，詳細(xì)參見圖5。

3.7 新技術(shù)應(yīng)用：熱回收式熱力焚燒系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以充分回收利用分解有機(jī)廢氣時(shí)所放出的熱能，降低整個(gè)系統(tǒng)的能源消耗，是大風(fēng)量、高濃度有機(jī)廢氣理想的處理方式，尤其是生產(chǎn)過程中需要大量熱量時(shí)特別適用，其特點(diǎn)如下：

氧化溫度為760-815℃；

有機(jī)廢氣在燃燒室的逗留時(shí)間為1-2秒；

可以達(dá)到99%以上的有機(jī)廢氣分解率；

使用多級熱回收，充分回收利用熱能；

燃燒器輸出的調(diào)節(jié)比則可達(dá)26：1；

設(shè)備的使用壽命很長。

3.8 創(chuàng)新技術(shù)：綜合節(jié)能

3.8.1 工藝節(jié)能

工位送排風(fēng)空調(diào)采用舊風(fēng)回收技術(shù)對廠房進(jìn)行二次送風(fēng)；中面涂噴房采用春秋季、夏季、冬季三種模式，能耗下降15%左右；烘干爐采用熱回收式熱力焚燒系統(tǒng)，節(jié)省能耗。

3.8.2 貯運(yùn)節(jié)能

公用動(dòng)力設(shè)施均貼建涂裝車間，減少路程能耗損失；廠房內(nèi)變配電所盡量接近負(fù)荷中心或大容量設(shè)備處，大大降低供電線路上的損耗。

3.8.3 公用節(jié)能

照明采用高效節(jié)能燈具，燈具選用合理的配光曲線及控制方式；空調(diào)系統(tǒng)各類管道均采用保溫性能良好的優(yōu)質(zhì)材料，減少冷、熱量的損耗。

3.9 創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用：最新工業(yè)以太網(wǎng)控制架構(gòu)

ETHERNET/IP現(xiàn)場總線技術(shù)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：支持環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，某段網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊，可以邊生產(chǎn)邊處理故障；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量幾乎不受限制，后期增加節(jié)點(diǎn)非常方便，可擴(kuò)展性強(qiáng)；通訊速率高，接線方便；調(diào)試方便，有專用軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷；極具前瞻性和可推廣性。

4 未來規(guī)劃

4.1 總體構(gòu)思

在項(xiàng)目規(guī)劃階段結(jié)合二期改造及節(jié)能環(huán)保要求，制定了未來提升產(chǎn)能及安全環(huán)保、能耗、質(zhì)量、成本、交付的總體規(guī)劃思路：前處理零排放、前處理無磷磷化（預(yù)留氧化鋯技術(shù)）、緊湊型涂裝（B1B2）、干式噴房、噴房循環(huán)風(fēng)、轉(zhuǎn)輪濃縮焚燒等。

4.2 具體規(guī)劃

4.2.1 安全環(huán)保

輪轉(zhuǎn)濃縮焚燒、貨箱寶膠霧回收（方案論證完成）、粉末涂料、無磷磷化、干式噴漆室。

4.2.2 能耗

噴房循環(huán)風(fēng)技術(shù)、低溫磷化、膠烘房降溫、無打膠烘房、變頻改造（已部分自主實(shí)施完成）。

4.2.3 質(zhì)量

自動(dòng)擦凈機(jī)器人（實(shí)施中）、內(nèi)表面噴涂機(jī)器人（二期）、底部膠和裙邊膠機(jī)器人（二期）、貨箱寶噴涂機(jī)器人（調(diào)研中）、顆粒改善項(xiàng)目（持續(xù)進(jìn)行中）。

4.2.4 成本

免中涂項(xiàng)目（正在實(shí)施）、余膠回收。

4.2.5 交付

JPH提升項(xiàng)目（已實(shí)施完成，JPH從12提升至16）、輕卡中卡與皮卡和SUV混線生產(chǎn)、中央控制室。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目積極響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保的號(hào)召，在整車生產(chǎn)涂裝工藝環(huán)節(jié)，采用水性環(huán)保油漆，極大的降低VOC排放。在國內(nèi)首次將水性3C1B涂裝線應(yīng)用于皮卡生產(chǎn)線，是江西省第一條水性涂裝線，填補(bǔ)了江西省汽車涂裝行業(yè)水性3C1B涂裝生產(chǎn)線的空白。涂裝生產(chǎn)線15年壽命為計(jì)算依據(jù)，減少VOC排放約1260噸。

參考文獻(xiàn)

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