基于常規(guī)技術的新型車身套色工藝方案

肖艷，肖忠來

（1.江西大乘汽車工業(yè)有限公司，江西 撫州 344000； 2.河南平原智能裝備股份有限公司，河南 鄭州 450000）

近年來，隨著汽車市場發(fā)展的需求，套色車已成為新的趨勢并越來越多地被采用。套色車能帶來更好的視覺效果，滿足市場個性化的需求，所以許多車廠在涂裝線的規(guī)劃方案中都要求具備套色車生產(chǎn)功能，或在已有的車身涂裝生產(chǎn)線上進行改造，以增加套色車生產(chǎn)能力，并且在設計輸入中給出一定的套色車產(chǎn)能比例。但是，在實際的生產(chǎn)組織過程中并不會完全依據(jù)設計輸入的產(chǎn)能比例進行套色車的生產(chǎn)。換言之，套色車在實際生產(chǎn)中的產(chǎn)能是一個變量，小于或大于設計輸入的比例都是有可能的。但是目前常規(guī)的套色工藝方式(無論是返主線噴涂套色涂層還是轉向另建的專用套色線)的柔性化程度都遠遠無法滿足這種產(chǎn)能變化的需要，亟需尋找一種適應能力更加貼合實際生產(chǎn)需求的套色工藝方式。本文介紹的新型套色工藝方案基本上可以完美地解決這一難題。

1 新型套色工藝方案的工藝路線

1.1 常規(guī)套色工藝路線

常規(guī)套色工藝路線是按照正常整車噴涂完成后對套色車非套色區(qū)域進行遮蔽，然后對套色區(qū)域進行打磨、擦凈后，返主線或在專用套色線上進行套色區(qū)域的色漆、清漆噴涂，如圖1和圖2所示。

圖1 返主線套色工藝Figure 1 Multi-color painting process based on return to main line

圖2 專用套色線套色工藝Figure 2 Multi-color painting process based on a specialized line

對于返主線套色工藝路線，套色車產(chǎn)能將疊加在主顏色噴漆線上，套色車產(chǎn)量的波動將影響到主顏色噴漆線，使之出現(xiàn)產(chǎn)能不足或產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象。

對于專用套色線工藝，套色車產(chǎn)能不再對主顏色噴漆線產(chǎn)生影響，但是套色噴漆線仍然會因為套色車產(chǎn)量的波動而出現(xiàn)產(chǎn)能不足或產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象。

現(xiàn)在車廠都是訂單生產(chǎn)，雖然可以通過對生產(chǎn)計劃的調節(jié)來緩解，但是無法完全消除這種套色車產(chǎn)能波動的現(xiàn)象，所以采用上述2種傳統(tǒng)的套色工藝路線時出現(xiàn)產(chǎn)能不足或產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象均無法避免。

1.2 新型套色工藝路線

新型套色工藝路線是在車身焊縫密封線之后，進入膠烘干室之前增加了一個套色噴漆室，先行完成套色涂層的噴涂，并在膠烘干的同時完成套色涂層固化，在電泳打磨線完成電泳漆膜打磨，套色車在電泳打磨后離線遮蔽(也可根據(jù)現(xiàn)場工藝而將遮蔽工位布置在打磨之前)，然后與單色車一起進噴漆線完成主顏色噴涂，水分烘干后去除套色區(qū)域的遮蔽，與主顏色一同完成清漆噴涂、烘干，如圖3所示。

圖3 新型套色工藝Figure 3 Novel multi-color painting process

該套色工藝貫穿于整體工藝路線之中，當有套色車時，就在虛線標記的工位進行相關作業(yè)，無套色車時，這些工位空過即可，所以套色車產(chǎn)能比例多少的變化對涂裝車間全線生產(chǎn)節(jié)拍不會產(chǎn)生任何影響。因為遮蔽作業(yè)不適合流水線方式，所以采用單工位作業(yè)，布置多個單工位即可滿足套色車生產(chǎn)節(jié)拍的需要。

2 套色涂料的選用

2.1 套色涂料的選用原則

(1) 工藝適應性強，適用于目前的工藝條件。

(2) 具有良好的噴涂遮蓋力。

(3) 具有優(yōu)秀的外觀裝飾性。

(4) 具有良好的防護性能。

(5) 免中涂體系的水性或溶劑型套色涂料。

(6) 在環(huán)保法規(guī)日趨嚴格的要求下，新建生產(chǎn)線選用水性涂料；舊線改造時如果環(huán)評允許，可以考慮使用溶劑型涂料。

2.2 套色涂料的開發(fā)與測試

2.2.1 套色涂料的開發(fā)

目前涂裝車間主要有3C1B、B1B2兩種涂裝工藝形式，根據(jù)新型套色方案的工藝布局，重點分析常規(guī)工藝與新工藝的差異變化，需要開發(fā)一種能夠具備以下功能的專用套色涂料：

(1) 經(jīng)過密封膠烘干后，可以滿足遮蔽及清漆噴涂作業(yè)的要求。

(2) 涂層外觀、物理性能及耐老化性能指標與目前常規(guī)車身涂料技術要求一致。

2.2.2 試驗步驟

(1) 準備相應的車身用標準板，隨車身進行電泳。

(2) 準備好套色涂料和主顏色涂料。

(3) 在電泳試板上噴涂套色涂料。

(4) 對噴涂好的套色試板進行烘干(150 °C，15 min)。

(5) 試板冷卻至室溫后進行套色區(qū)域的遮蔽工作。

(6) 對試板未遮蔽的區(qū)域進行主顏色涂料噴涂。

(7) 將試板預烘干(85 °C，5 ~ 8 min)。

(8) 去除試板套色部分的遮蔽。

(9) 對試板進行2K清漆噴涂。

(10) 烘干(150 °C，30 min)。

(11) 待試板自然冷卻至室溫后進行光澤、硬度、附著力、杯突、抗石擊、耐沖擊性、耐水性、耐潮性、耐氙燈老化、耐酸性、耐堿性等測試。

2.2.3 試驗結果

在整個套色涂料試驗過程中，覆蓋了套色單涂層、套色與主顏色涂層配套性能檢測，結果見表1。

表1 套色試板性能測試結果Table 1 Property test results of multi-color test panel

2.2.4 試驗結論

根據(jù)檢測結果，新開發(fā)的專用套色涂料在涂層烘干(150 °C，15 min)后再進行清漆噴涂，產(chǎn)品性能滿足車身涂層技術要求。

3 新型套色工藝的設備選型及設計

3.1 需要增加或調整性能的設備

需要增加的設備有以下3種：套色噴漆室，遮蔽作業(yè)工位，去遮蔽工位。

需要改進性能的設備只有膠烘干室。

3.2 設備的選型及設計要求

3.2.1 套色噴漆室

圖4所示是在車間一層地面上的設備布置，這是考慮到老車間改造時設備及機器人的載荷問題。新建車間布置在車間二層，與面漆線放在一起。

圖4 套色噴漆室示意圖Figure 4 Schematic diagram of multi-color painting room

這里介紹的套色噴漆室主要是針對懸浮頂(或包含A、C柱)的套色噴涂作業(yè)，其他適合本工藝的套色位置可適當調整噴漆室尺寸參數(shù)。套色噴漆室的工藝位置在車身密封線之后(若有裙邊膠工位，則套色噴漆室位于裙邊膠工位之后)、膠烘干室之前，其主要包含9個部分。

3.2.1.1 新風送風系統(tǒng)

新風送風量約為30 000 m3/h，新建車間項目建議與噴漆線新風空調共用(雙風機)，老車間改造時需要新增全功能段空調。

3.2.1.2 噴漆前擦凈及車門打開工位(長6 m)

用于噴漆前擦凈，套色范圍包含A、C柱時用治具將打開的車門定位(也可選用開門機器人)。

3.2.1.3 噴漆工位(長6 m)

用于套色區(qū)域噴涂作業(yè)，采用上送風、下排風的方式將過噴漆霧送至漆霧收集過濾區(qū)域，其他設計參數(shù)與機器人噴漆段相同。

3.2.1.4 檢查及車門關閉工位(長6 m)

用于噴漆后檢查，如果車門是打開狀態(tài)，由此工位去除車門固定治具并關閉車門。

3.2.1.5 干式漆霧過濾系統(tǒng)

采用干式漆霧過濾技術，一級漆霧過濾使用紙盒，二級漆霧過濾使用漆霧過濾袋。

3.2.1.6 循環(huán)風系統(tǒng)噴漆段采用循環(huán)風技術，以節(jié)省能源和減少含VOC(揮發(fā)性有機化合物)的廢氣處理風量。新風補充比例按照10%設計，約4 000 m3/h。噴漆段采用負壓設計，從兩側的工位直接補充新風。

3.2.1.7 機器人系統(tǒng)

使用壁掛式機器人，若套色范圍沒有包含A、C柱，只是車頂區(qū)域，則建議只安裝一臺。噴涂過程建議使用走停方式。

3.2.1.8 輸調漆系統(tǒng)

因為套色用涂料與主顏色涂料不通用，所以要單獨設置輸調漆供應系統(tǒng)。老線建議采用在線側布置衛(wèi)星站的方式，新線統(tǒng)一設計布置在輸調漆間。

3.2.1.9 廢氣處理系統(tǒng)

廢氣處理系統(tǒng)主要是用于處理噴漆室排出的廢氣風量部分，新建車間在VOC處理系統(tǒng)中統(tǒng)一設計即可，老車間改造時建議使用一臺排廢氣風機直接送至已有的VOC處理系統(tǒng)中，因為風量只有4 000 m3/h，強加進已有的VOC系統(tǒng)中也可以接受。這里需要注意的是套色涂料使用水性漆時廢氣是送往沸石轉輪系統(tǒng)的，使用溶劑漆時則送往RTO(蓄熱式焚燒爐)。對于老車間改造而言，使用溶劑型套色涂料時要注意核對RTO設備是否有余量可以利用，否則要新增RTO設備。

3.2.2 套色遮蔽工位

新型套色工藝中套色車進入套色遮蔽工藝段時已經(jīng)噴涂了套色，而且在此之前的電泳打磨線已經(jīng)對所有涂層外觀進行了檢查及打磨，所以只需對套色區(qū)域進行遮蔽。遮蔽作業(yè)不適合采用連續(xù)線方式，因此建議按照單工位設置作業(yè)工位，新建車間可以規(guī)劃統(tǒng)一完整的作業(yè)區(qū)，如圖5所示。

圖5 遮蔽工位示意圖Figure 5 Schematic diagram of shielding station

對于老車間改造，單工位方式也便于有效利用現(xiàn)有的車間空余位置來設置遮蔽作業(yè)工位。 遮蔽工位數(shù)量按照單臺車遮蔽作業(yè)時間(本文是15 min)除以節(jié)拍來計算。

3.2.3 去遮蔽工位

對于新建車間，建議在水分預烘干的強冷段之后按照產(chǎn)能節(jié)拍來設置去遮蔽作業(yè)工位，用于去除套色區(qū)域的遮蔽材料；對于老車間改造，需要根據(jù)現(xiàn)場具體情況來確定，盡量將去遮蔽作業(yè)工位布置在水分預烘干強冷段之后，這樣可以降低作業(yè)技能要求，條件不允許時也可以將去遮蔽作業(yè)工位布置在水分預烘干室之前，只是這樣布置時因為面漆還是濕膜，所以作業(yè)技能要求很高，但好處在于可以使用常溫遮蔽材料，降低成本。

3.2.4 膠烘干室

在現(xiàn)在的涂裝車間工藝設計中都有膠烘干工藝，新型套色工藝就是利用這個已有的工藝段同時完成套色烘干的。為滿足套色涂層烘干要求，膠烘干室的工藝參數(shù)需要作一些調整：對于新建涂裝車間，膠烘干室建議按照烘干溫度150 °C、烘干時間15 min進行設計；對于老車間改造，針對提升烘干溫度和延長烘干時間進行改造方案設計，原有的爐內(nèi)熱風循環(huán)模式不變。

4 新型套色工藝的優(yōu)點

4.1 產(chǎn)能柔性化

新型套色工藝中的套色噴涂、遮蔽、去遮蔽等工藝作業(yè)是在正常工藝流程中按照節(jié)拍完成的，理論上可以做到100%產(chǎn)能都是套色車，而沒有套色車產(chǎn)量時這些與之相關的工位直接跳過即可，不需要在這些工位前后預留緩存區(qū)，也不會對相接近的作業(yè)線體產(chǎn)生影響。

4.2 設備獨立控制，節(jié)省運行費用

與套色相關的能耗設備只有套色噴漆工位，這個工位的送/排風系統(tǒng)的運行獨立于其他生產(chǎn)線，在有套色車產(chǎn)量時開啟，在沒有套色車產(chǎn)量時可以關閉，即便是套色車與單色車間隔通過而不能關閉，其能耗也較低(新風約30 000 m3/h、循環(huán)風約40 000 m3/h，廢氣風量4 000 m3/h)，與返主線造成的二次過線和另建套色線的能耗相比要低得多。

4.3 設備投資小

只需要增建套色噴漆線(含送/排風、噴漆機器人)、遮蔽作業(yè)區(qū)和去遮蔽工位，不到專用套色線投資的1/5，而且基本不占用原有車間面積，尤其適合老車間增加套色工藝的改造。

4.4 與常規(guī)套色工藝的對比

以涂裝線節(jié)拍為40 JPH、生產(chǎn)75%套色車的涂裝車間為例，新型涂裝套色工藝與傳統(tǒng)套色工藝的對比見表2。

表2 新型套色工藝與傳統(tǒng)套色工藝對比Table 2 Comparison between novel multi-color painting process and conventional process

5 結語

涂裝是汽車制造中能耗最高的工藝環(huán)節(jié)，圍繞國家碳達峰、碳中和的重要戰(zhàn)略目標，汽車涂裝產(chǎn)品既要在外觀上滿足市場需求，又要符合政策、技術發(fā)展的趨勢。所以，無論是新建產(chǎn)線或舊線改造，可以基于現(xiàn)有的涂裝工藝技術，根據(jù)現(xiàn)場工藝布局及作業(yè)要求，協(xié)調更多的材料、設備技術資源，共同找到綠色、精益的技術解決方案。