第六章汽车涂装设计与涂装控制系统

177第六章汽车涂装工艺设计与涂装控制系统第一节汽车涂装工艺设计概论一、概述1、工艺设计的重要性工艺设计的优劣直接影响着产品的质量、生产效率和生产成本。涂装工艺设计是确定工艺设计方案的全过程。它是根据产品的涂层标准、生产纲领和生产物流，通过采用的工艺流程以及选用的涂装材料、涂装设备、涂装厂房、公用动力设施和生产辅助设施等优化组合实现。工艺设计要重视工艺流程和工艺布置，如果工艺材料和设备的选择及设计不合适，还可以更换。但是，工艺流程和工艺布置选择不合适、布置不合理将后患无穷。其后果是在生产过程中产生的质量问题无法解决、运行成本增加、经济效益低、不能满足国家规定的各种法规要求等。因此，必须高度重视工艺设计，并做到精心设计；设计出既符合生产工艺要求，又经济实用、整齐美观的合理布局。布置合理与否，将直接影响建设项目的投资、投产后的操作、检修和安全，以及各项经济指标的完成情况。若厂房布置过于宽敞，会增加建设投资；若过于紧凑，会影响日后安装、操作、检修等工作，甚至还会导致生产事故的发生。因此必须统一考虑，全面衡量，合理安排，切实做好车间布置工作。2、工艺设计的基本原则1）物流合理涂装工艺设计中的物流包括产品的生产工件物流和各种材料、物料及废物的物流。生产工件物流应选择运行路线短且尽量避免运行路线交叉。对于多层分区布置应尽量减少产品升降和往返次数。各工序应布置合理、衔接良好，且各工位布置要紧凑。各种材料、物料及废物的物流应选择运输路线短、尽量不通过生产操作区、存放场地尽量靠近使用位置。选用的物流运输设备或工具应经济可靠。2）立体化、区域化布置汽车涂装的装饰性要求越来越高。涂装环境的洁净度是提高涂装装饰性的重要条件。因此，工艺设计应按立体化、区域化分层分区布置各种设备及辅助设施。即按不同工序和不同工艺要求，达到不同洁净度以保证汽车涂装装饰性要求。应该设置喷漆洁净区、一般洁净区、烘干区和送排风设备区。尽量使辅助设施设在底层，喷漆操作间设在中层，送排风设备区设在上层；烘干区设在中层或上层，送排风设备区和烘干区尽量用墙板封闭，防止噪声和热量扩散而影响其他区域。3）离线返修及质量抽检的设置涂装产品表面质量要求高，在每个工艺段（电泳、中涂、面漆等）必须设置离线返修工位，保证不合格产品及时修整。在聚氯乙烯（PVC）和面漆后边设置质量抽检(Audit)工位，在电泳、中涂和面漆强冷室后边设置质量反馈检查工位，以保证产品质量并达到质量信息及时反馈的目的。4）设置必要的车身编组站及漆后缓冲随着市场竟争的激烈程度，车身产品都采用多品种、多样化生产。为了保证生产柔性化，大型车身涂装线都应布置漆前的白车身编组站和漆后车身编组站，按品种和颜色存放车身。对每个工艺段（电泳、PVC、中涂、面漆）后边都设有缓冲线，保证涂装线在班后或意外事故时的“跑空”，防止烘干炉内工件放置时间过长，同时保证同步生产和便于清理设备内部。为了节省面漆和多种产品需求，在中涂漆后设多色缓冲线。5）保持微正压为了保证喷漆洁净度，必须保证喷漆区对其他区域保持微正压，其他区域对涂装厂房外界保178持微正压。防止外部灰尘进人洁净区，由送人的经过滤的新鲜空气维持各区域的微正压环境。从喷漆洁净区至厂房室外，车间各个区域之间的微正压压差一般按照10~20Pa递减。6）设备选择方式伴随汽车涂装技术的国际化发展，国内对世界上的各种涂装线的技术水平都有较深入的了解。经过分析和研究，我们认为尽管同一类涂装设备有着不同的结构形式，各有自己的特点，但是在使用上大同小异。通过不断完善，都朝着结构合理可靠、降低投资、提高效率、减少运行成本、节能和环保的方向发展。在选择涂装设备时，应根据不同的工艺设备布置产品档次及投资额度的确定方案。悬挂积放链与反向地面积放链或滑撬运输系统配套使用，较适用单层厂房区域化布置，采用水旋式喷漆室和烘干炉等设备；桥式烘干炉和桥式U型烘干炉适用于反向地面积放链运输工件；Ⅱ型烘干炉适用于滑撬运输系统运输工件。新型的水旋式喷漆室也适用于多层厂房的立体化、区域化布置。悬挂积放链、摆杆或Rodip滑撬运输系统、多功能穿梭机分别与滑撬运输系统配套使用，均适合多层厂房立体化、区域化布置，采用文丘里式喷漆室和烘干炉等设备。文丘里式喷漆室用于单层厂房区域化布置，由于其水洗装置较深，会造成土建费用增力口。多品种生产且柔性化要求高的喷漆线，选择喷涂机器人比自动喷涂机更合适，采用机器人喷漆是未来汽车涂装喷漆的发展趋势。产品级别较高、投资额度较大的涂装线，可选择适合立体化、区域化多层厂房工艺布置的涂装设备，选择自动化程度高的喷涂设备（喷涂机、机器人）以达到生产全过程的自动化控制。产品级别较低、投资额度较小的涂装线，可选择适合区域化单层厂房工艺布置的涂装设备。选择适当的自动化控制水平及喷涂设备。受建设厂地所限，在投资额度允许的情况下，可选择适合占地面积小的多层厂房立体化、区域化工艺布置的涂装设备。7）土建及公用设施适用、可靠汽车涂装线要求厂房全封闭、占地面积尽量小、厂房高度尽量低，以节省送排风系统运行能耗。厂房内墙壁及地面光滑平整，涂不积尘、不起灰的专用涂料。根据涂装线用能种类和厂区公用动力供应位置及工艺设备用能位置，合理布置涂装线公用动力设施及供应管线。公用动力设施位置的安排应该既方便从厂区引线，又尽量靠近使用设备。公用动力管线布置司令图方案，要考虑线路短、与其他设施互不干涉、布线顺畅及安装维修方便。3、工艺设计的关键点1）工艺布置的合理性汽车涂装线一般都采用“三涂层”涂装工艺，即底漆、中涂、面漆。工艺流程及工艺布置应合理，各种工艺功能齐全，充分考虑柔性化生产并有生产调整、改造的发展余地。物流、人流顺畅，工件运行路线短，升降和迁回少；工件缓冲和各种物料存放位置合适；各种设备及库房布置恰当；消防、安全、卫生措施可靠；三废治理得当，符合国家环保法规要求。考虑未来的涂装工艺发展，工艺设计要满足发展的需要。尽管国内目前环保法规要求还不高，涂装几工艺应考虑将来能采纳环保型涂装工艺，如高固体分漆、水性漆、粉末涂料。2）设备及辅助设施布置的准确性由于涂装车间设备品种多，设备结构大而复杂，公用介质种类多且各种管道密集，在施工中易发生相互干扰和碰撞。因此，在工艺设计中应及时绘制管道司令图及设备管道综合汇总图，以便检验工艺设计中工艺布置的准确性；及时消除各种干涉和碰撞，使设备及辅助设施布置准确，各种管道布线通畅。3）投资的经济性179投资额度是衡量工艺设计经济性的重要指标。生产同样的产品并达到同样的涂层要求，其投资越少、投资回收期越短、生产运行成本越低，则工艺设计越经济。因此，要结合实际情况和产品水平决定投资，不能使设备功能过剩。同时，应重视国内外涂装设备制造公司价格差异极大的特点。由国内涂装公司设计制造涂装设备，以国内设备及材料为主，从国外引进关键设备及配套件的投资方式更为经济。4）工艺设计的可实施性汽车涂装线的工艺设计必须充分考虑布置涂装设备的占地空间和辅助空间，保证安装空间以便于设备的安装、维修和保养。在工艺布置时应保证设备安装运输通道有足够的空间。多层厂房应预留出各层的安装洞或安装孔，设置安装各层设备使用的起重运输设备或电梯。大型涂装设备必须设置足够的维修平台及上下扶梯。5）涂装技术的全面性作为工艺设计人员必须具备较全面的涂装技术水平，在进行工艺设计之前即形成一个初步较完整的立体化模型。这个模型基本上能够满足产品生产及管理、设备及设施的安装维修和保养等要求。因此，工艺设计人员必须尽可能多地掌握涂装材料、涂装工艺、涂装设备和涂装管理方面的技术。掌握大型涂装线中各种设备的结构及特点、涂装车间的能源介质种类及各种管路布置走向、厂房结构形式及要求、各种生产和生活辅助设施的配置等。有条件的人员应参加生产实习，多参加涂装线的安装和调试工作。在完成一项汽车涂装线的工艺设计过程中，应成立由多个专业技术人员组成的设计项目组，广泛地进行国内外调研，向国内外有关公司进行技术交流和技术咨询，组织国内有关专家进行咨询，保证工艺设计的质量。二、汽车涂装工艺设计、投资和运行对涂装成本的影响1、涂装工艺设计对涂装成本的影响成本关系到汽车涂装企业的生命，降低成本涉及到诸多方面，设计是源头，从源头开始算成本帐，一定会取得积极的降成本效果。汽车涂装是汽车制造的重要工艺之一，围绕涂装工艺的精心设计，精打细算，一定会为整车降成本作出重要贡献。随着我国汽车工业的蓬勃发展，竞争日趋激烈，价格战不可避免，汽车工业的高利润时代将一去不复返了。降低成本、提高效益是汽车工业的必然选择。降低成本涉及到投资规划、产品设计、配套采购、生产工艺、产品销售、过程管理等多方面的因素。本文仅从汽车涂装工艺设计角度，谈谈怎样降低成本的体会。汽车涂装是汽车制造的四大工艺之一，大规模汽车涂装线不仅工艺复杂、工程建设周期长，而且工程投资巨大。涂装工艺设计是涂装线建设的“龙头”，它不仅直接影响投资成本，而且还关系到涂装质量和生产成本，因此，从涂装工艺设计源头上考虑成本。对降成本工作非常重要。2、降低涂件喷涂设备的投资和运行费用大型被涂件（如大客车车箱、客车车箱、载货车车箱、工程机械、专用车车箱等）的喷涂生产方式（除其中产量大、生产节拍小，已采用流水作业生产方式外）习惯于采用固定式喷涂（喷涂时工件不移动），且配置大型化的喷漆室。喷漆室又宽又高，长度为在被涂物长度基础上增加2-3m。如12m长的大客车车箱选用喷漆室的尺寸L为15m，W为5-6m，H为8.0m；为27m左右长的客车车箱设计喷漆室，其长度应为30m。这样大型喷漆室的造价约为5～6万元/m；每米长的喷漆室的供排风都需6000~9000m3/h，其耗能很大。在这种固定式喷涂生产场合，靠喷漆工走动（或靠三维升降工作平台）进行喷涂，有的企业采用机械手自动喷涂机和门式自动喷涂机，仍是被涂物静置卜而自动喷涂机走动。在这种大型喷漆室中只有2-4支喷涂枪工作，造成供、排风能源极大的浪费。180为降低运行成本，长春客车厂采用分段供、排风技术。将30m长喷漆室分为5个区段，借助供风阀和变频风机按程序承担机械手喷涂机行走的喷涂区段的供、排风。使喷漆室的供、排风量由20多万m3/h降到5～6万m3/h。设备投资仍然很大。采用工业涂装的流水作业生产方式，固定喷涂工位，工件在喷涂过程中按工艺所需的速度向前移动。按每件被涂物的喷涂时间、生产节拍（链速）和喷涂定额时间（每支枪喷2～13m2/min)来确定工位数；再按应设的工位、数来选定喷漆室的长度。在大型工件的两侧布置工位，如果是2～4个工位，则可选用6-8m长度的喷漆室；如果是4～6个工位，则可选用8-10m长的喷漆室。在喷漆室进出口配置漆前准备室和所需长度的晾干室（它们的作用是除防尘外，在喷漆室出人口形成风幕，防止喷涂漆雾串人车间；另外起缓冲作用）。漆前准备室和晾＋室需按溶剂的挥发量达到一定的换气次数（≥30次/h）。因结构简单其造价约1万元/m左右。这种流水作业生产方式不仅能节省设备投资和运行成本，也能较大幅度地提高喷漆室和自动喷涂机的有效作业时间。设备的有效作业时间（或称设备的有效使用率）系指设备运转时间＝有效作业时间＋空运转时间。例如喷漆室启动运行后，有喷涂作业的时间为有效作业时间，无喷涂作业的场合为空运转时间。在同一生产节拍中有效作业时间长，则设备的有效利用率就高。又如在有一定经济规模的汽车车身涂装线上装备的自动静电喷涂站（ESTA），原用9个杯的往复式自动静电涂装机，现已被3～4台（3～4杯）机械手组成的自动静电喷涂站所取代，大幅度地提高了杯式静电喷枪的有效作业时间，从而节省投资和运行成本。因此，在进行涂装工艺设计时，应在尽量提高设备的有效使用率的基础上计算选用设备（工位数、台数或长度）。三、生产纲领是工艺设计的重要依据1、生产纲领的确定生产纲领是工艺设计的重要设计依据，直接关系到投资成本。新建涂装线生产纲领的确定，主要是根据企业发展规划及对市场的预测，由于存在诸多的不确定因素，所以生产纲领难以把握准确，太小可能完不成生产任务，造成市场损失，太大可能造成成本增加，不仅浪费建设投资成本，而且还会增加单件产品的