汽車涂裝烤房工藝設(shè)置探討

曹曉根*，馮擎峰，胡崢楠

（浙江吉利控股集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315336）

汽車涂料的各項(xiàng)性能及最終外觀是由固化后形成的涂膜來體現(xiàn)的。為了提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，節(jié)約空間，減少在制品，汽車涂料的固化目前均采用強(qiáng)制方式，應(yīng)用最廣泛的是加熱固化，用到的主要設(shè)備是烤房。適宜的烘烤條件是涂料達(dá)到其外觀和性能的前提條件。涂裝車間是汽車整車廠的耗能大戶，而烤房又是其中的主要耗能設(shè)備之一，研究其合理的使用范圍對產(chǎn)品質(zhì)量的保證，乃至節(jié)能，有著十分重要的意義。

要保證涂料和相關(guān)產(chǎn)品的固化，達(dá)到其固化條件(甚至是最佳固化條件)至關(guān)重要。不同的烤房要固化的產(chǎn)品不同，一般要滿足所有在相應(yīng)烤房固化的所有產(chǎn)品的固化條件。如：中涂烤房要固化中涂漆、阻尼膠板(大多是瀝青材料，主要作用是隔音降噪)、焊縫密封膠、防石擊涂料等產(chǎn)品；電泳烤房要固化電泳漆、阻尼膠板(一般為環(huán)氧膠板，部分車型用于局部補(bǔ)強(qiáng))、點(diǎn)焊膠(焊裝白車身時(shí)焊點(diǎn)位置需要涂的一種膠)、折邊膠(包邊區(qū)域涂的一種膠)、膨脹膠(如門蓋的內(nèi)外板之間涂的膠或膠塊)、隔音膠(一般用在白車身的A、B、C柱用來隔音)、指壓膠(一種膠泥狀的密封膠，主體材料為PVC樹脂)等產(chǎn)品。另外，應(yīng)用熱烘烤硬化板的為了達(dá)到更高的屈服強(qiáng)度等性能，還要令其在相應(yīng)的溫度保持一定的時(shí)間。因?yàn)榭痉恳袒漠a(chǎn)品較多，要保證達(dá)到所有產(chǎn)品的固化條件比較困難?，F(xiàn)以較為復(fù)雜的電泳烤房(固化的材料種類多，不同位置的溫差大)為例，對烤房溫度的設(shè)置原則以及原材料固化條件的選擇進(jìn)行闡述。

1 識別需要固化的材料及烤房對其他材料的限制

電泳烤房除了一般需要固化上述提到的材料之外，有的生產(chǎn)線還需要固化四門鉸鏈處的焊縫密封膠(在焊裝時(shí)進(jìn)行涂膠，方便對鉸鏈遮擋位置的操作)和熱烘烤硬化板。限制條件：部分車型可能存在油箱門、高分子材料的翼子板等材料，它們對爐溫上限有限制。典型的材料分布位置及固化條件見表1。

2 根據(jù)車體相同位置同時(shí)存在的不同材料，找出該區(qū)域需滿足的固化條件

以外覆蓋件外板為例，熱烘烤硬化板的烘烤溫度不低于160 °C，保溫不短于20 min，在外板內(nèi)表面粘貼須在160 ～ 190 °C下固化20 ～ 40 min的環(huán)氧阻尼膠板，則該區(qū)域既要滿足熱烘烤硬化板的烘烤要求，又要滿足環(huán)氧阻尼膠板的固化要求，其烘烤條件即二者固化窗口的重疊區(qū)域：烘烤溫度160 ～ 190 °C，保溫20 ～ 40 min。仍以上述主機(jī)廠為例，不同區(qū)域的固化條件經(jīng)重疊后的結(jié)果見表2。

表1 某主機(jī)廠電泳烤房需固化的材料及其固化條件Table 1 Material needed to be cured in baking booth after electrophoretic coating and their curing conditions in an automobile manufacturer

圖1 各種材料的固化窗口Figure 1 Curing windows for different materials

烤房的結(jié)構(gòu)直接影響烤房內(nèi)不同位置溫度的均勻程度。整車外形復(fù)雜，又可能出現(xiàn)多車型共線，不同車體的吸熱不同，造成同一設(shè)定溫度下各車體表面的溫度不盡相同。一般要求烤房烘烤溫度的控制精度在3 °C以內(nèi)，最大不超過5 °C。

3 確認(rèn)烤房結(jié)構(gòu)和加熱方式，并據(jù)此進(jìn)行烤房溫度的初步設(shè)定

目前乘用車的電泳烤房多采用空氣加熱(熱源可以是天然氣、電、蒸汽等)，可加熱復(fù)雜工件，車體不同區(qū)域的溫度較為均勻。一般把烤房分為預(yù)熱段、升溫段和保溫段(指按功能分，并非烤房被實(shí)際分為3個(gè)區(qū)域)。預(yù)熱段是為了對工件進(jìn)行較為平緩的加熱(升溫速率一般為15 °C/min左右，建議最大不超過15 °C/min，以降低對外觀的不良影響)，以利于材料中溶劑的揮發(fā)，減少電泳流痕和爆沸，降低膠類材料的針孔等缺陷。另外，其風(fēng)速相對較低(電泳濕膜不能承受過高的風(fēng)速，以免影響外觀)，不同區(qū)域的溫差較大。設(shè)定溫度時(shí)不宜過高(要防止水的爆沸，避免將腔體中的積液迅速加熱到100 °C)，避免車體不同區(qū)域的溫差過大。在常溫下，工件不同位置的溫差可以忽略不計(jì)，但隨著溫度的升高，溫差逐漸變大。當(dāng)車體溫度達(dá)到進(jìn)風(fēng)溫度后，溫差開始變小。

圖2 車體不同區(qū)域的固化窗口Figure 2 Curing windows for different parts of a car body

升溫段風(fēng)速較高，要令車體達(dá)到所需的固化溫度，那么其溫度不低于保溫段的溫度，但又不能超過相應(yīng)材料固化溫度的上限。

4 爐溫的測量及工藝調(diào)整

4. 1 爐溫測量的目的

第一、確認(rèn)特定生產(chǎn)線上被測量車所有測量點(diǎn)達(dá)到了相應(yīng)材料(涂料、膠、膠板等)的固化條件；

第二、確認(rèn)被測量車所有需固化的材料均達(dá)到了固化條件；

第三、確認(rèn)固化條件的穩(wěn)定性及變化趨勢(提前預(yù)知可能出現(xiàn)的不合格)。

4. 2 測量點(diǎn)的選取原則

原則一：考察每種材料的最高溫度和最低溫度。如材料的固化溫度有重疊，可減少相應(yīng)的測量點(diǎn)。

原則二：確認(rèn)每種材料的最高和最低固化條件。重點(diǎn)在于考察不同烘烤溫度與烘烤時(shí)間下的極限條件。最高和最低固化條件常采用兩種方式來確定：一是利用英國達(dá)塔帕克(Datapaq)公司的爐溫跟蹤儀自帶的datapaq值(根據(jù)樹脂在固化條件下所需熱量而計(jì)算得到)，該值越大，固化條件越高(注意：不同的固化條件下，同一材料的溫度曲線的datapaq值也不同，故datapaq值一般不適用于確定超過1種材料的固化條件)；二是利用積分的方式，以5 °C為尺度，將爐溫分為若干個(gè)時(shí)間段進(jìn)行積分。

原則三：空氣線(即空氣溫度傳感器)應(yīng)安裝在通風(fēng)口，用于監(jiān)控進(jìn)風(fēng)的溫度，與烤房本身自帶的進(jìn)風(fēng)溫度進(jìn)行對應(yīng)，便于調(diào)整設(shè)定的溫度。

原則四：測量點(diǎn)的位置需因應(yīng)生產(chǎn)線、材料和車型的不同而變化，要在調(diào)試階段確認(rèn)位置并固定。

原則五：調(diào)試階段需要多輪爐溫測量，每次測量應(yīng)至少固定2個(gè)測量點(diǎn)(如車體需要44個(gè)測量點(diǎn)，采用8點(diǎn)爐溫跟蹤儀需要6次測量，采用16點(diǎn)或20點(diǎn)爐溫儀則只需測量3次)，便于計(jì)算不同測量點(diǎn)之間的溫差。

爐溫測量應(yīng)優(yōu)先選用電泳后未經(jīng)烘烤的車體，但這對爐溫跟蹤儀會形成輕微的損傷，長期這樣使用將影響其精度，并縮短其使用壽命。一般只在調(diào)試初期采用此方式，正式生產(chǎn)后將采用專門的爐溫測量車，待漆膜固化后測定。一般認(rèn)為溫度從高往低來調(diào)試要好一些，雖有過烘風(fēng)險(xiǎn)，但幾乎無烘烤不干的風(fēng)險(xiǎn)。以上例中的主機(jī)廠為例，因車體外覆蓋件的最高允許溫度為190 °C，考慮到進(jìn)風(fēng)溫度的波動(±3 °C)，保溫段需要設(shè)定的最高溫度為190 °C - 3 °C = 187 °C，隔音膠腔體內(nèi)的最低固化溫度為160 °C，則保溫段需要設(shè)定的最低溫度為160 °C + 3 °C = 163 °C(此處考慮的是不利的情況，即實(shí)際溫度低于設(shè)定溫度)?？紤]到同一測量點(diǎn)的溫度波動一般也是±3 °C左右(僅指保溫段)，故可初步設(shè)定為185 °C，然后根據(jù)實(shí)際測量的爐溫進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

5 異常情況的處理

正常情況下按上述烤房溫度的分析進(jìn)行初步設(shè)定，并根據(jù)實(shí)測爐溫調(diào)整后，能夠達(dá)到各種材料的固化條件。但有時(shí)部分區(qū)域不能滿足固化要求。除在前期要選擇重疊區(qū)域較寬的材料(一般要求在一定的固化時(shí)間下允許的最高溫度和最低溫度之差要達(dá)到20 °C以上，且要考慮內(nèi)腔溫度較外板溫度要低20 °C左右)之外，現(xiàn)場也可進(jìn)行下列調(diào)整：

(1) 通過增加門蓋的開口尺寸(如將原本的10 cm增大到20 cm)，可以減小外板與內(nèi)板、內(nèi)腔之間的溫差。

(2) 通過調(diào)整風(fēng)閥來調(diào)整風(fēng)速，增大風(fēng)速可加快升溫。如要局部降低外板溫度，可以調(diào)整風(fēng)口的角度，不直接吹在車體上或吹在車內(nèi)。

(3) 通過增加吹水、倒水工序，延長瀝水時(shí)間，可減少腔體內(nèi)的積液，從而提高相應(yīng)部位的溫度。

(4) 將升溫段風(fēng)管延長到預(yù)熱段車體的底部(不可使用遠(yuǎn)紅外加熱，防止滴水令加熱裝置受損)，可以提高車體底部的溫度(車體底部由于積液且多為雙層板，因此加熱較慢)。

6 結(jié)語

通過以上措施，對涂裝烤房工藝進(jìn)行設(shè)定及調(diào)整，經(jīng)實(shí)際爐溫測量，證實(shí)了所制定的烤房工藝能夠持續(xù)滿足相應(yīng)產(chǎn)品的固化要求。