小型烤箱在白車身膠接破壞性試驗(yàn)中的應(yīng)用

宋紹朋

北京奔馳汽車有限公司 北京 100176

北京奔馳白車身制造工藝復(fù)雜，裝焊的白車身大量使用膠接工藝，膠接質(zhì)量對(duì)白車身的強(qiáng)度、水密性、抗噪性等起著關(guān)鍵作用。外覆蓋件折邊工藝對(duì)涂膠填充等級(jí)的要求極高，在進(jìn)行噴漆之前必須將折邊膠、密封膠等進(jìn)行烘烤預(yù)固化，以免在噴漆電泳時(shí)將膠沖刷掉，既影響了質(zhì)量效果又造成了對(duì)噴漆電泳池的污染。此外，白車身全車使用多種先進(jìn)的冷連接技術(shù)，各種冷連接技術(shù)大多數(shù)需要配合結(jié)構(gòu)膠一起使用才能達(dá)到應(yīng)有的強(qiáng)度。白車身經(jīng)裝焊烤箱預(yù)烘烤后進(jìn)入噴漆車間，在電泳烤箱進(jìn)行固化烘烤，經(jīng)此工藝后，膠接達(dá)到完全固化狀態(tài)。新產(chǎn)品在試裝階段或者既有產(chǎn)品在中期更新?lián)Q代階段的膠接質(zhì)量?jī)?yōu)化至關(guān)重要，膠接質(zhì)量?jī)?yōu)化非一朝一夕之事，需要根據(jù)反饋結(jié)果進(jìn)行多輪優(yōu)化調(diào)試。

正常系列化生產(chǎn)狀態(tài)下，每種車型每季度隨機(jī)抽測(cè)一輛白車身進(jìn)行膠接破壞性試驗(yàn)（也稱作“剔試”）。如果新車型試裝期間，采用系列化烤箱對(duì)白車身涂膠進(jìn)行烘烤，則試驗(yàn)結(jié)果反饋流程為：質(zhì)量剔試間出具剔試報(bào)告→工藝方根據(jù)剔試報(bào)告中的不合格點(diǎn)優(yōu)化調(diào)整連接技術(shù)參數(shù)、調(diào)整工裝胎、優(yōu)化膠接工藝→優(yōu)化完成后將分總成件及外覆蓋件組裝至白車身上→通過輸送系統(tǒng)送至裝焊烤箱烘烤→通過輸送系統(tǒng)送至噴漆車間電泳烤箱烘烤→物流從噴漆車間將白車身轉(zhuǎn)運(yùn)至剔試間→剔試間將車身破解、分總成破解、外覆蓋件拆下再進(jìn)行破壞試驗(yàn)→出具剔試報(bào)告。該流程復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，耗費(fèi)人力成本巨大，試驗(yàn)結(jié)果不能及時(shí)反饋，影響調(diào)試時(shí)間，在試裝期間的調(diào)試輪次少。另外，在系列化生產(chǎn)的流程中插入試裝車的剔試需求，占用裝焊和噴漆車間的烤箱資源，影響正常生產(chǎn)的出車數(shù)量，給生產(chǎn)排產(chǎn)、人員排班等帶來不便。還造成天然氣、電力等資源的巨大浪費(fèi)。

在試裝階段，引入涂膠烘烤用小型烤箱可以靈活高效地安排試驗(yàn)件烘烤，可極大地縮短反饋時(shí)間，提高工作效率，減少無謂的能耗，節(jié)約人力和物力成本。

技術(shù)方案

裝焊車間沒有小型烤箱，只有正常生產(chǎn)的大烤箱（長(zhǎng)度從70～170m不等）。在連接技術(shù)及膠接質(zhì)量?jī)?yōu)化過程中，用于試驗(yàn)的零部件非常分散（包括分總成、總成、外覆蓋件等），且每次的數(shù)量少。將非常少量的試驗(yàn)零部件安排在裝焊大烤箱和噴漆大烤箱烘烤，人力組織難度較大且耗能嚴(yán)重，造成極大的能源浪費(fèi)。此外，使用裝焊烤箱和噴漆烤箱去烘烤試驗(yàn)件，協(xié)調(diào)過程復(fù)雜繁瑣，反饋周期長(zhǎng)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，一輪反饋需要8個(gè)工作日。反饋的不及時(shí)性，嚴(yán)重影響了下一輪的質(zhì)量?jī)?yōu)化調(diào)試時(shí)間，造成可利用的調(diào)試時(shí)間減少，可優(yōu)化的輪數(shù)減少，進(jìn)一步影響了連接技術(shù)及膠接的最終質(zhì)量，為質(zhì)量放行帶來風(fēng)險(xiǎn)。

膠接質(zhì)量快速反饋流程需要建造一個(gè)小型烤箱，小型烤箱運(yùn)行自如，不受正常生產(chǎn)的限制，且節(jié)能環(huán)保，運(yùn)營(yíng)成本低，可有效縮短質(zhì)量反饋周期。所以關(guān)鍵問題就是如何在裝焊車間建設(shè)一臺(tái)可用于膠接破壞性試驗(yàn)的小型烤箱。

1.技術(shù)思路

現(xiàn)有的膠接質(zhì)量反饋流程涉及7個(gè)環(huán)節(jié)（見圖1），具體為：①質(zhì)量剔試間出具剔試報(bào)告→②工藝方根據(jù)剔試報(bào)告中的不合格點(diǎn)優(yōu)化調(diào)整連接技術(shù)參數(shù)，調(diào)整工裝胎，優(yōu)化膠接工藝→③優(yōu)化完成后將分總成件及外覆蓋件組裝至白車身→④通過輸送系統(tǒng)送至裝焊烤箱烘烤→⑤通過輸送系統(tǒng)送至噴漆車間電泳烤箱烘烤→⑥物流從噴漆車間將白車身轉(zhuǎn)運(yùn)至剔試間→⑦剔試間將車身、分總成破解、外覆蓋件拆下再進(jìn)行破壞試驗(yàn)→循環(huán)至①質(zhì)量剔試間出具剔試報(bào)告。

圖1 膠接質(zhì)量反饋流程

引入兼顧裝焊預(yù)烘烤和噴漆電泳烤箱功能的小型烤箱后，膠接質(zhì)量反饋流程可縮短至5個(gè)環(huán)節(jié)（見圖2），具體為：①質(zhì)量剔試間出具剔試報(bào)告→②工藝方根據(jù)剔試報(bào)告中的不合格點(diǎn)優(yōu)化調(diào)整連接技術(shù)參數(shù)，調(diào)整工裝胎，優(yōu)化膠接工藝→③工藝方將待測(cè)試件直接放入裝焊的小型烤箱烘烤（小型烤箱的烘烤模式模擬裝焊和噴漆兩種烤箱的爐溫環(huán)境）→④物流將分總成及外覆蓋件送至剔試間→⑤剔試間進(jìn)行剔試試驗(yàn)→循環(huán)至①質(zhì)量剔試間出具剔試報(bào)告。

圖2 膠接質(zhì)量快速反饋流程

從圖1和圖2可以看出，優(yōu)化后的流程從原來的7個(gè)步驟簡(jiǎn)化為5個(gè)步驟。優(yōu)化后的膠接質(zhì)量快速反饋流程節(jié)約了分總成及外覆蓋件到白車身裝配時(shí)間，節(jié)約了白車身到裝焊烤箱及噴漆車間的輸送時(shí)間，節(jié)約了輸送過程中各種人力協(xié)調(diào)時(shí)間、節(jié)約時(shí)間的同時(shí)也節(jié)約了人力成本。此外還節(jié)約了裝焊烤箱+噴漆烤箱的能量（天然氣、電力等）供給。

2.技術(shù)難點(diǎn)

建設(shè)小型烤箱固然容易，但建設(shè)什么標(biāo)準(zhǔn)的小型烤箱，需要具備什么樣的技術(shù)指標(biāo)非常關(guān)鍵，也是難點(diǎn)所在。因?yàn)椋z需要經(jīng)過兩道烤箱的烘烤才能達(dá)到應(yīng)有的強(qiáng)度，即第一道裝焊烤箱的125℃ 預(yù)固化烘烤和第二道噴漆車間電泳烤箱的185℃ 固化烘烤。小型烤箱需要同時(shí)具備裝焊烤箱和噴漆電泳烤箱的技術(shù)條件才可以完成膠接質(zhì)量烘烤任務(wù)。

3.技術(shù)指標(biāo)

裝焊烤箱對(duì)車身膠的烘烤為預(yù)固化階段的烘烤，裝焊烤箱的技術(shù)要求見表1。噴漆電泳烤箱對(duì)車身膠的烘烤為固化階段的烘烤，經(jīng)過電泳烤箱烘烤后，膠的強(qiáng)度達(dá)到應(yīng)有強(qiáng)度。表2為噴漆電泳烤箱的技術(shù)要求[1]。

表1 裝焊烤箱技術(shù)要求

表2 噴漆電泳烤箱技術(shù)要求

綜合考慮裝焊烤箱和噴漆電泳烤箱的技術(shù)要求，決定將裝焊的預(yù)固化功能和噴漆的固化功能集成到小型烤箱中去。定義裝焊小型烤箱的技術(shù)指標(biāo)如下。

（1）小型烤箱爐溫曲線技術(shù)指標(biāo) 小型烤箱的加熱分三個(gè)階段，階段一模擬裝焊烤箱的升溫和保溫工藝，階段二模擬噴漆電泳烤箱的升溫和保溫工藝，階段三為降溫階段。階段一的目標(biāo)溫度為125℃±5℃（工件的溫度），保溫13min；階段二的目標(biāo)溫度為185℃±5℃（工件的溫度），保溫20min；設(shè)備需具備最高加熱到220℃的能力，每個(gè)階段的設(shè)定溫度、加熱時(shí)間、保溫時(shí)間、降溫時(shí)間均可由用戶在不超過烤箱溫度極限范圍內(nèi)任意調(diào)整。爐溫曲線技術(shù)指標(biāo)示意圖如圖3所示。按照該爐溫曲線的要求，首先將20個(gè)車門的總成試裝件進(jìn)行試驗(yàn)，10個(gè)在裝焊烤箱和噴漆烤箱模擬圖3的爐溫曲線進(jìn)行剔試試驗(yàn)，10個(gè)按照正常工藝流程進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模擬流程試裝件剔試試驗(yàn)考核結(jié)果與正常進(jìn)行的過程流程試裝件考核結(jié)果無異。遂確定小型烤箱的爐溫曲線技術(shù)指標(biāo)。

圖3 小型烤箱爐溫曲線技術(shù)指標(biāo)示意

（2）小型烤箱能源及其他技術(shù)要求 從節(jié)能環(huán)保及能源供給管路一次性投資的角度考慮，小型烤箱采取電加熱的方式進(jìn)行烘烤最經(jīng)濟(jì)高效。為小型烤箱單獨(dú)設(shè)計(jì)天然氣管路，接入天然氣耗資太大，且需要進(jìn)行燃?xì)庑孤斗雷o(hù)，具有一定的安全隱患。燃油、燃煤則對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重，不屬于清潔能源。采用電力作為能源供給方式的優(yōu)點(diǎn)在于：取電方便，節(jié)能環(huán)保，升溫速度快。

烤箱內(nèi)腔采用厚度不低于1.5mm的316不銹鋼或厚度不低于1.6mm的耐高溫耐腐蝕滲鋁板?？鞠渫馄げ捎煤穸炔坏陀?.8mm烤漆板?？鞠鋬?nèi)部?jī)艨臻g要求：長(zhǎng)3000mm，寬2000mm，高2200mm?？鞠鋬?nèi)部設(shè)1個(gè)工位，烤箱地板設(shè)置導(dǎo)向軌道，烤箱門口安裝坡面（坡度不超過10°，坡道水平長(zhǎng)度600mm），以引導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)車輕松地由地面推進(jìn)烤箱。工件及轉(zhuǎn)運(yùn)車最大設(shè)計(jì)整備質(zhì)量：450kg，烘烤時(shí)，烘烤的工件質(zhì)量不固定，質(zhì)量為150～450kg?？鞠溟T上需安裝電氣安全門鎖，無論何時(shí)，烤箱門在開啟狀態(tài)，切斷主電源；無論何時(shí)，都能從烤箱內(nèi)側(cè)開啟大門；當(dāng)維護(hù)、生產(chǎn)等人員進(jìn)入烤箱時(shí)需要在安全鎖上掛鎖，一旦掛鎖，安全鎖無法再次鎖上。

4.結(jié)構(gòu)圖樣及爐溫曲線

為實(shí)現(xiàn)苛刻的爐溫曲線要求，該小型烤箱采用空氣循環(huán)流動(dòng)路徑，設(shè)定風(fēng)循環(huán)模式及加熱和排風(fēng)結(jié)構(gòu)。小型烤箱結(jié)構(gòu)如圖4所示。經(jīng)過調(diào)試和試運(yùn)行，獲得了符合技術(shù)要求的爐溫曲線如圖5所示。

圖4 小型烤箱實(shí)物照片

圖5 小型烤箱爐溫曲線

主要?jiǎng)?chuàng)新和改進(jìn)

1.引入小型烤箱概念

在質(zhì)量反饋流程上，第一次在裝焊車間引入小型烤箱的概念。小型烤箱為試驗(yàn)試裝帶來了極大的便利性。除了在膠接質(zhì)量反饋流程中小型烤箱起著重要的作用，小型烤箱在外覆蓋件沖壓件的優(yōu)化以及總裝件的優(yōu)劣驗(yàn)證等方面也起著舉足輕重的作用。在項(xiàng)目試裝階段，車門沖壓外板、沖壓內(nèi)板等沖壓件需要經(jīng)歷多輪優(yōu)化改進(jìn)。每次優(yōu)化改進(jìn)后，按照傳統(tǒng)的驗(yàn)證方法，裝焊車間需要生產(chǎn)出車門總成，并將其裝配到車身上，然后按照正常流程經(jīng)過裝焊烤箱、噴漆電泳烤箱及噴漆所有工藝后送至總裝車間進(jìn)行最終的間隙平順度、關(guān)門力等驗(yàn)證。如果順利進(jìn)行，該流程耗費(fèi)時(shí)間約16h，致使不能快速得到反饋，影響下一步的決策時(shí)間。小型烤箱引入后，裝焊車間只需將做好的車門總成件送進(jìn)小型烤箱烘烤，烘烤結(jié)束后直接送到總裝車間裝配，進(jìn)行線下驗(yàn)證，全過程僅需4h。

2.改變傳統(tǒng)流程、節(jié)省時(shí)間、提高效率

改變傳統(tǒng)的膠接質(zhì)量反饋流程，創(chuàng)建高效易用的膠接質(zhì)量快速反饋流程，大幅度節(jié)約了反饋時(shí)間，為質(zhì)量?jī)?yōu)化贏得了寶貴時(shí)間。按照傳統(tǒng)流程，做一輪膠接質(zhì)量反饋需要的時(shí)間是62h（約8個(gè)工作日）。具體分解見表3。按照新的膠接質(zhì)量快速反饋流程，做一輪膠接質(zhì)量反饋需要的時(shí)間是34h（4.25個(gè)工作日）。具體分解見表4。新的膠接質(zhì)量快速反饋流程較既有的流程而言減少了不必要的中間轉(zhuǎn)運(yùn)、輸送、烘烤、協(xié)調(diào)時(shí)間。一輪質(zhì)量?jī)?yōu)化可節(jié)約28h（3.5個(gè)工作日）時(shí)間。

表3 既有膠接質(zhì)量反饋流程時(shí)間表

表4 膠接質(zhì)量快速反饋流程時(shí)間表

節(jié)能效果

運(yùn)營(yíng)成本節(jié)約計(jì)算依據(jù)說明：工業(yè)用電，平均單價(jià)0.7元/kW·h；工業(yè)用天燃?xì)?，單價(jià)2.98元/m3；裝焊烤箱電氣功率為690kW；裝焊烤箱天燃?xì)鈫挝粫r(shí)間用量116 m3/h；小型烤箱的加熱功率為150kW；小型烤箱的風(fēng)機(jī)功率為7.5kW。

項(xiàng)目試裝階段，一般情況下裝焊的大烤箱處于停線狀態(tài)，按照原來的的質(zhì)量反饋流程，裝焊車身需經(jīng)過裝焊烤箱烘烤。烤箱預(yù)熱升溫時(shí)間為2h，車身經(jīng)過烤箱烘烤時(shí)間為1h，之后方可關(guān)閉烤箱。試裝階段，質(zhì)量調(diào)試優(yōu)化通常一次僅生產(chǎn)一套剔試試驗(yàn)件兒。故，整個(gè)烤箱的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用只能攤到一輛份車身上，造成巨大的資源浪費(fèi)。運(yùn)營(yíng)費(fèi)用計(jì)算如下。

電費(fèi)：690kW×3h×0.7元/kW·h=1449.00元；

天燃?xì)赓M(fèi)：116m3/h×3h×2.98元/ Nm3=1037.04元；

單次剔試試驗(yàn)烘烤運(yùn)營(yíng)費(fèi)用總計(jì)：1449.00＋1037.04＝2486.04元。

按照新流程，裝焊的分總成及外覆蓋件直接在小型烤箱烘烤，小型烤箱一次可以容納一輛份車身零件烘烤。小型烤箱不需預(yù)熱，電加熱快速響應(yīng)。烘烤時(shí)間為50min（0.83h），整個(gè)過程運(yùn)行時(shí)間約62min（1.03h）。小型烤箱運(yùn)營(yíng)費(fèi)用如下：

加熱系統(tǒng)電費(fèi)：150k W×0.83h×0.7元/k W·h=87.15元；

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)電費(fèi)：7.5k W×1.03h×0.7元/k W h=5.41元；

單次剔試試驗(yàn)烘烤運(yùn)營(yíng)費(fèi)用總計(jì)：87.15＋5.41＝92.56元。

表5給出了快速反饋流程較既有流程節(jié)省運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的對(duì)比?？梢灾庇^地看到小型烤箱引入后，新的膠接質(zhì)量快速反饋流程下，單次剔試試驗(yàn)烘烤成本由原來的2486.04元降低至92.56元，降幅為96.3%。

表5 快速反饋流程較既有流程節(jié)省運(yùn)營(yíng)費(fèi)用對(duì)比

結(jié)語

1）在膠接質(zhì)量反饋流程上，第一次在裝焊車間引入小型烤箱的概念，為試驗(yàn)試裝帶來了極大的便利性。小型烤箱除了在膠接質(zhì)量快速反饋流程中起著重要作用之外，在外覆蓋件沖壓件的優(yōu)化方面也起著舉足輕重的作用。

2）在系列化生產(chǎn)中，若某種連接技術(shù)或膠接質(zhì)量需要優(yōu)化改進(jìn)，可以在不影響裝焊和噴漆正常生產(chǎn)的情況下，通過小型烤箱自由安排烘烤。

3）新的膠接質(zhì)量快速反饋流程較既有流程而言，一輪質(zhì)量?jī)?yōu)化可節(jié)約28h（3.5個(gè)工作日）時(shí)間。為產(chǎn)品的質(zhì)量?jī)?yōu)化贏得了寶貴調(diào)試時(shí)間，工作效率提升45%。

4）小型烤箱引入后，新的膠接質(zhì)量快速反饋流程下，單次剔試試驗(yàn)烘烤成本由原來的2486.04元降至92.56元，降幅為96.3%。