淺談保險杠干冰前處理工藝應(yīng)用技術(shù)

摘要：隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，干冰清潔技術(shù)在汽車制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。這種技術(shù)通過使用冷卻至－79℃的干冰清除工件表面的雜質(zhì)，具有高效、環(huán)保、低能耗等優(yōu)點。該技術(shù)與機(jī)械臂結(jié)合，可實現(xiàn)自動化，進(jìn)而提高噴漆品質(zhì)和產(chǎn)品的良品率。還討論了手動清洗和CO2清潔的方法，以及其在汽車制造中的應(yīng)用。同時，強(qiáng)調(diào)了在整個清潔過程中的安全性至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：干冰清潔；汽車制造；機(jī)械手

干冰清潔技術(shù)是一項先進(jìn)的清潔方法，具備環(huán)保、占地面積小、能源消耗低、運營成本低、清潔效能高、可消除指紋及清除注塑過程中產(chǎn)生的油漬等優(yōu)點[1]。結(jié)合機(jī)械臂使用時，能實現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的作業(yè)，同時節(jié)省人力資源。最終，該技術(shù)能顯著提升噴漆質(zhì)量，減少由工件清潔度不足導(dǎo)致的不合格品，從而提高了產(chǎn)品的優(yōu)良率。

干冰清潔的基本原理

（1）物理方法" 利用極寒（-79℃）干燥冰塊，將工件表面的油脂除去，這樣可以方便地加工。

（2）動力原理" 干燥冰塊經(jīng)過系統(tǒng)的高壓氣流以較快的速度被排出，由噴口噴射到工件的表面，在一定程度上形成撞擊力，達(dá)到清潔灰塵的目的；

（3）膨化原則" 細(xì)小的干冰撞擊在物體的表層后，迅速擴(kuò)張，利用這種膨脹的力量將殘余物質(zhì)清除[2]。

干冰清潔原理如圖1所示。干冰清潔裝置由幾個主要組成部分構(gòu)成：液態(tài)CO2儲存系統(tǒng)、干冰生產(chǎn)系統(tǒng)、壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)和噴霧清潔系統(tǒng)。其中，CO2儲存系統(tǒng)的核心任務(wù)是確保液態(tài)CO2的安全儲存和供應(yīng)，以滿足整個生產(chǎn)流程的需要。在這一系統(tǒng)內(nèi)，CO2以液體形態(tài)存儲，需滿足一定的高溫和低溫環(huán)境條件。

在干冰清潔系統(tǒng)的應(yīng)用中，干冰的清潔過程被視為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該過程的主要功能是以高速度將干冰粒子噴灑至待清潔物體的表面，以實現(xiàn)去除表面雜質(zhì)的目的；這個系統(tǒng)通常被安裝在涂裝車間的噴涂生產(chǎn)線上，并與機(jī)械臂相結(jié)合使用。對于車身強(qiáng)度的測定，其目的在于確保車身骨架具備足夠的承載能力[3]。首先，需要對焊縫進(jìn)行徹底的檢查，以確保其無氣泡、咬邊或裂縫等缺陷。接下來是評估車身的平衡性，在設(shè)計重量基礎(chǔ)上增加200kg，并對車身的整體焊縫進(jìn)行全面檢查，確保車身外形未出現(xiàn)任何裂紋，且車身外形偏差不得超過5mm；優(yōu)化調(diào)整“四門兩蓋”以及相鄰部件的間隙和表面差異；車身精度檢驗主要側(cè)重于檢查車身尺寸與設(shè)計尺寸的一致性，通常采用全車身掃描的方法進(jìn)行。如今，包括寶馬在內(nèi)的多家轎車品牌都已采納了這項技術(shù)，其技術(shù)已十分成熟，性能也極為穩(wěn)定，不僅能滿足廣大消費者的需求，還能為企業(yè)帶來可觀的利潤[4]。

車輛的外形和保險杠

相較于傳統(tǒng)的水洗和CO2清洗方法，手動擦洗更為簡單直接。這一過程僅需在產(chǎn)品表面貼上一條膠帶，并使用酒精或異丙醇等溶劑進(jìn)行擦拭（見圖2）。該技術(shù)在日本轎車制造業(yè)，特別是如豐田這類品牌中，得到了廣泛應(yīng)用。對噴射效應(yīng)進(jìn)行了深入的分析，并通過嚴(yán)格控制注塑機(jī)的參數(shù)和車間的清潔度，有效地避免了油脂和灰塵等雜質(zhì)的污染。這不僅確保了注塑成品的表面平滑性，還提高了涂裝后產(chǎn)品的質(zhì)量和一次合格率[5]。與干冰清洗相比，這種手動清洗方法在準(zhǔn)備進(jìn)入噴涂線的產(chǎn)品上具有更優(yōu)秀的清潔效果。尤其在塑料部件的清潔上，必須確保表面無油污。如果出現(xiàn)油污，使用毛刷很難進(jìn)行有效清洗，這將導(dǎo)致涂層出現(xiàn)縮孔和附著力不足的問題。

在生產(chǎn)過程中，控制已注塑部件的存貨量至關(guān)重要。存貨等待時間越長，粉塵對產(chǎn)品表面的污染概率就越高。因此，建議在連續(xù)生產(chǎn)中，將存貨維持在半小時以內(nèi)，并在庫存區(qū)設(shè)置專門的清潔區(qū)。同時，保持良好的通風(fēng)和濕度條件，以最大程度地減少粉塵污染。若粉塵污染轉(zhuǎn)移到涂裝工藝，將導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)粉塵和其他瑕疵。總體而言，在大量原材料需求的情況下，預(yù)磨方法是不適用的。因此，在設(shè)計方案時，必須進(jìn)行噴霧配合性的測試，并根據(jù)實際情況進(jìn)行綜合考量[6]。

本研究旨在探討一種特定水力噴射裝置如何在固定壓力下將油液均勻噴灑至工件表面，以實現(xiàn)清潔效果。初始步驟包括將兩個噴頭的溫度升至55℃，并加入一次性脫脂劑，通過物理和化學(xué)方式有效去除表面污漬。工件隨后經(jīng)過三輪水洗，以徹底清除化學(xué)殘留物，接著進(jìn)行一輪精細(xì)清洗，以消除任何剩余雜質(zhì)和礦物質(zhì)離子。通常情況下，在噴頭作業(yè)過程中工件上的水滴電導(dǎo)率不超過10μs。某些制造商在最后一次清洗中加入助脫劑，以增加產(chǎn)品表面的水分張力，促進(jìn)水分排放和產(chǎn)品干燥。清潔過程結(jié)束后，可以設(shè)置可選的振蕩裝置，或采用手動或自動吹風(fēng)方式去除工件表面的水層，以便于后續(xù)干燥過程。手動吹風(fēng)通常使用工廠集中供應(yīng)的高壓風(fēng)，特別是在自動吹風(fēng)無法觸及的角落和容易吸水的區(qū)域[7]。

另外，CO2清潔主要依賴于壓縮空氣、室內(nèi)通風(fēng)和各類設(shè)備的能量消耗來實現(xiàn)。根據(jù)CO2清潔原理（見圖3），為避免粉塵二次污染工件，CO2潔凈室的沉降速度通常設(shè)置為0.3～0.4m/s，而相對濕度維持在40%～70%。由于不同地區(qū)CO2含量的差異，本研究僅從工藝角度進(jìn)行分析，未考慮原料對CO2含量的影響。干冰清洗法以其顆粒大、速度快和沖擊力強(qiáng)的特點，特別適合清潔黏度較高的油類。尤其是當(dāng)使用較大干冰粉末顆粒且工件表面較軟時，清潔效果尤為顯著。與水洗相似，CO2清潔也需采用人工探傷、火燒和三次噴射等方法。值得注意的是，由于CO2易于干涸，噴射前必須裝配離子空氣。而且，由于CO2清潔的效果不如水清潔，必須使用無油的塑料顆粒，并持續(xù)進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)，以防止油脂在產(chǎn)品上殘留，造成清潔困難。

不然在噴涂時會出現(xiàn)縮孔、附著力不良等缺陷。在產(chǎn)線設(shè)計時，要充分地考慮成品的清潔狀況和成品的外觀狀況，在有可能的時候，通過試驗和驗證，確定合適的方法。從工業(yè)設(shè)計的視角，本研究綜合了不同車型的保險杠造型、車體發(fā)展歷史及功能性元素，對多樣的車輛外觀進(jìn)行了分類和解析。本文還進(jìn)一步探討了企業(yè)品牌形象與營銷戰(zhàn)略之間的密切聯(lián)系，以及品牌形象在市場中所扮演的關(guān)鍵角色。

伴隨著國內(nèi)轎車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，轎車造型逐漸從單一的功能性轉(zhuǎn)向物質(zhì)與精神的雙重追求，從簡單的交通工具升華為一種視覺藝術(shù)。得益于現(xiàn)代科技和設(shè)計理念，現(xiàn)代汽車正朝著功能與美感并重的方向持續(xù)發(fā)展。車身設(shè)計的優(yōu)劣不僅深刻影響消費者滿意度，還在很大程度上決定市場趨勢。因此，汽車外觀設(shè)計顯得尤為關(guān)鍵。特別是前保險杠這一關(guān)鍵部件，它不僅具有防護(hù)和裝飾功能，而且直接關(guān)系到駕駛安全。優(yōu)化前緩沖器的安裝方式不僅具有實際應(yīng)用價值，還有一定的理論意義[8]。

消費者現(xiàn)在越來越接受多樣化的汽車保險杠和車身設(shè)計。汽車外觀和造型已經(jīng)成為促銷的有力工具。現(xiàn)代汽車通常在前后部分各裝有一塊緩沖板，這不僅防止了外界環(huán)境對車體造成的損害，還在內(nèi)部提供了額外的保護(hù)。汽車保險杠具有不可替代的保護(hù)作用，它還具有減振功能，能在高速碰撞時顯著減少乘員受傷。技術(shù)上，保險杠的材料也經(jīng)歷了從鋼鐵到塑料的轉(zhuǎn)變，以適應(yīng)更高的安全和美觀需求。

緩沖器的材料與功能

裝備投入，某型號每小時40個懸掛的汽車保險杠，進(jìn)行了預(yù)加工工序一系列5工序（包含預(yù)脫脂、脫脂及3次水清洗）。本機(jī)配有5個不銹鋼水箱，1個不銹鋼腔，1個抽水機(jī)，6個帶噴嘴的風(fēng)扇，1個不銹鋼的導(dǎo)向和1個鏈?zhǔn)竭\輸機(jī)，另外還有1個相應(yīng)水管、風(fēng)管、閥門等輔助裝置，總的設(shè)備大小52m×3.2m×4.2m；經(jīng)過水洗后的干燥和強(qiáng)力冷卻，室內(nèi)采用不銹鋼的內(nèi)部面板，采用隔熱的石棉和瓦楞板材，用于高溫鏈和軌道的干燥，具有120℃的耐熱性。在溫度高于120℃的情況下，整個烘干管道的直徑為80m×3.2m×4m。

干冰工藝方案

工作臺室內(nèi)空氣送風(fēng)：推薦送風(fēng)容量在6000m3/h以上，這取決于干冰消耗率和CO2的濃度；在清潔站內(nèi)要注意清除粉塵和引導(dǎo)，避免粉塵在清潔站內(nèi)盤旋，引起二次污染。

噪聲：在清潔過程中，干燥器的聲音大約在110dB，在起動之前，會有一定的噪聲，而且，在起動之前，會有一次清理工作，噪聲大約在110～150dB，大約需要10min的吹風(fēng)機(jī)。噪聲問題可以作消聲的解決，另設(shè)一個更小型的消聲室；也可以不進(jìn)行處理，因為使用了干冰技術(shù)后，它基本實現(xiàn)了全線可視自動化，沒有了手工操作。造成的負(fù)面效應(yīng)減少；干冰清潔效能的驗證。

取代原有的多道水洗、去脂、去油及干燥等各道工序，干冰清潔技術(shù)的使用備受爭議，因其只需一道干冰，簡單快捷（見圖4）；因此，在干冰水沖洗之后，對底板的表面處理的有效性進(jìn)行了驗證。當(dāng)前，該領(lǐng)域的主要測試技術(shù)有傳統(tǒng)試驗、漆膜黏附性（等級0～1）、漆膜外觀（視覺正常）和基板外觀（肉眼觀察正常，外觀正常，無損壞基板）。除此之外，根據(jù)客戶的要求，還需要對塑料基材、匹配、老化等進(jìn)行檢測，比如：基材的表面因子（一般＞38）、抗水沖擊、缺口沖擊強(qiáng)度、抗石沖擊、低溫老化及高溫老化等[9]。

干冰清潔的應(yīng)用領(lǐng)域：在汽車制造方面，它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。從常規(guī)的緩沖器涂裝線，一直延伸到汽車涂裝線（門把、門檻、裝飾面板及尾翼），再延伸到汽車表面的塑膠面板，甚至是汽車表面的塑膠涂裝線（上、下）。隨著車輛輕量化技術(shù)的快速發(fā)展和對非晶合金的強(qiáng)化應(yīng)用，該技術(shù)的應(yīng)用范圍將逐步擴(kuò)大。但其缺點主要表現(xiàn)為對車體的金屬片的加工，其效果不佳，主要還是受到了腐蝕系統(tǒng)的制約。

在現(xiàn)代汽車制造過程中，防腐處理顯得尤為重要。為增強(qiáng)各類金屬部件的抗腐蝕能力，它們需經(jīng)過精細(xì)的化學(xué)處理，特別是針對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的防腐處理。然而，由于某些獨特的物理特性，例如低溫、膨脹和沖擊，傳統(tǒng)的預(yù)處理方法和預(yù)浸液常常難以滿足對車身內(nèi)部空腔直接處理的需求。除了對車身及相關(guān)部件進(jìn)行表面清潔外，該技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于清理油漆流水線的治具、滑撬、腳踏及壁板。在設(shè)備的安全操作方面，特別是在利用機(jī)械手操作干冰時，操作人員的安全是首要的考慮因素。在項目初期規(guī)劃階段，必須仔細(xì)考慮干冰設(shè)備與周邊設(shè)備之間的安全互鎖機(jī)制，以確保整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

結(jié)語

目前，伴隨著中國汽車工業(yè)的高速增長和生產(chǎn)技術(shù)的飛速進(jìn)步，為滿足日益增長的汽車制造需求，各種先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)被廣泛引入。與此同時，由于國家對汽車尾氣和廢水等環(huán)境污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸提升，傳統(tǒng)的預(yù)處理工藝面臨噴漆階段前的重大挑戰(zhàn)。而干冰技術(shù)恰好可以彌補這個空白；所以這種技術(shù)在汽車內(nèi)部和外部裝飾材料的表面清洗和油漆之前的清洗中都有很大的應(yīng)用前景。

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