车身涂装工艺设计研究(九院盖东辉)0902.doc

乘用车车身涂装工艺规划研究盖东辉 马汝成 （机械工业第九设计研究院 130011）摘要本文通过分析论述大型乘用车车身涂装车间的工艺规划设计理念，对大型多层乘用车车身涂装车间工艺布置、工艺设备、设施的选择应用以及设计思路等进行了研究探讨。关键词工艺布置、分析与优化大型乘用车车身涂装车间代表了汽车涂装技术的最高水平，它通常都采用多层立体化、区域化工艺布置方式，工艺规划设计难度大，工艺布置复杂。但是，可以充分的利用空间、有效的规划使用工艺面积和节省占地面积。本文结合实际项目设计体会对大型多层乘用车车身涂装车间的工艺规划设计理念进行一些研究和探讨。1 工艺规划的关键点1.1 工艺布置区域化、立体化、洁净化区域化、立体化布置是把同类型、同洁净度要求的涂装设备布置在车间同一区域和楼层。目的是按不同的洁净度分区。通常涂装车间划分为一般洁净区、洁净区、烘干区及噪声区等。一般洁净区布置密封、车底喷涂线及手工操作的检查、打磨、修整、返修等易产生尘埃颗粒的工位，并与各种辅助设备和洁净度要求较低的各类库房、物流输送频繁的各种材料存放地，在多层厂房底层布置。洁净度要求高的喷漆设备为洁净区，在车间二层布置。烘干室及各排空线在车间二层或三层布置，防止热污染。空调机房噪声大布置在车间第三层或顶层。喷漆排风机房和烟囱布置在喷漆室附近的侧面或端部区域。为了防止脏物、噪声和热的污染，采用金属轻质密封隔墙将喷漆区、烘干区、空调机房封闭，空调机房设在顶层时用楼板封闭，用砖墙将喷漆排风机房、喷漆室下部的水洗系统和废漆处理设备封闭。通过分区和分层工艺布置，实现了涂装车间区域化、立体化。这样能充分利用使用面积，节省占地面积。通过区域化、立体化布置，并满足不同的洁净度要求，实现全车间的洁净化。1.2 车间物流顺畅、短捷大型多层乘用车车身涂装车间生产物流输送立体交叉，涉及机械化类型较多。通常大型乘用车车身涂装车间内的机械化输送距离长达6-7公里，车身由涂装车间入口到涂装车间出口通常运行时间为基本型乘用车需要6.5-7小时，双色乘用车或多功能车（MPV）和运动型多用途车（SUV）等需要9-9.5小时。车间物流需经相关专业配合多次优化完成。涂装车间物流要做到各种物流便捷顺畅，涂装产品、涂装材料、设备维修、废物输送等物流不能相互干涉；根据生产组织需要有相应的工序间产品排空、缓冲、编组输送线；不合格产品可随时就近下线，返回打磨返修；尽量缩短产品的物流路程。切忌按涂装工序罗列生产物流，忽略其他物料运输。1.3 柔性生产工艺、产品多元化涂装车间能够多品种混流生产，不仅需要合理确定通过的产品最大外形尺寸，还要考虑机械化输送能否满足不同平台产品输送要求，能否满足不同类型产品的喷漆质量。根据不同产品的不同涂装工艺要求，实现涂装车间生产产品多元化、工艺柔性化。1.4环保节能型厂房和设备全密闭厂房的涂装车间应采用封闭、隔热、减振、降噪等方法，保护车间工作环境。厂房密闭和保温至关重要，在保证室内环境洁净的同时，要采取节能建筑结构和措施。选择的涂装设备应可靠节能，特别是喷漆室和烘干室的结构形式的确定，将直接影响车间能耗。充分考虑前处理和电泳设备水的循环使用及节水措施，烘干室的烟气热回收及余热再利用等。1.5合理确定工艺基础参数工艺规划设计需要合理确定各类设备设计参数，如车身质量、表面积等，由于涂装产品向多元化发展，应综合考虑设计确定值。列表说明如表1。表1 工艺基础参数确定汇总表序号项目名称厂家给定上限设计确定值按上限值设计不利结果基础参数范围1车身质量（多品种混线生产）350kg（部分产量）300kg增大各类烘干室安装功率，实际生产时造成浪费。允许通过车身质量范围250kg-350kg2车身延展面积90m2（部分产量）80m2增加电泳槽阳极面积，增加各清洗工序耗水量。允许通过车身延展面积范围70-903车身自动喷涂面积（外表面）15m2（部分产量）12m2增加机器人数量，增加自动段喷漆室长度。允许通过车身自动喷漆面积范围8-154车身长宽高480018001500mm（部分产量）480018001500mm增加生产线上各种设备长度或容量。允许通过最大车身480018001500mm2 工艺规划设计分析2.1 区域化、立体化、洁净化的工艺规划设计在工艺规划设计时应考虑完整、全面，符合实际生产情况。对于特大型项目，应事先根据产品的工艺流程，制定涂装车间的物流图、功能图，然后绘制工艺布置图。物流图和功能图见图1、图2。 图1 乘用车车身涂装车间物流图 图2 乘用车车身涂装车间功能图物流图、功能图表示涂装车间生产过程和布置情况。区域化、立体化布置很容易实现涂装车间洁净分区。经验证明，涂装车间保持洁净度要求，可降低返修率达5%以上。因此，区域化、立体化布置是降低涂装成本的有效手段。新型涂装工艺布置思路：在实现区域化、立体化布置的同时，使电泳和密封线、中涂和面漆线分别布置在两个独立的厂房中，两个厂房分平行式和垂直式两种涂装工艺布置方式。根据能耗和洁净不同要求分别考虑，以实现节能环保，达到需要洁净的区域更加洁净。布置简图见图3。图3 新型涂装工艺布置简图2.2 可实施性思路工艺布置方案必须考虑下列因素：各种设备和设施齐全，但是，功能不过剩。方便施工建设和安装维修，使各种施工周期尽量短。在消防、环保、安全、卫生等方面符合国家法规。要全面考虑车间物流，初步确定各种设备安装时进入车间的入口或位置；细分各种物流通道，包括消防、备件、材料、维修及人员疏散等通道；考虑各层物流、人流楼梯、电梯、设备安装孔洞等运输方式。并且要充分利用通道上方的有效空间，实施公用管线布置。使工艺方案具有可实施性，保证满足正常生产和生产管理。 2.3 注重环保，使工作环境人性化乘用车车身涂装车间厂房为密闭厂房，其中使用对人体有害的化学药品较多，各类设备会产生噪声和热量，对工作环境造成不良影响。为了避免工人工作环境变得恶劣，保证工人正常工作和质量稳定，必须注重涂装车间工作环境人性化。将烘干区布置在车间上层，将空调及排风风机布置在车间隔音的空调机房层，消除不良环境影响。全车间通风换气，有化学药品的房间进行单独全室通风，改善房间空气质量。设置应急设施对被化学品伤害人员进行紧急救治，夏季对操作工位、休息室送制冷后的新鲜风，设置更衣淋浴、卫生间、餐厅等，通过工艺规划设计实现工作环境人性化。2.4 涂装生产工艺柔性化，适应产品多元化生产为能实现多平台多品种混流生产，有些车型需套色及大返修，其套色喷涂工作量和大返修车身喷涂工作量较小，其喷涂位置变化较大，不适合返回机器人面漆线进行喷涂，可布置一条实用的综合喷漆线，完成该项工作。有些高档乘用车采用四涂层珠光漆，四涂层车身一般只占生产纲领的一部分，无需增加满足四涂层的喷漆线，可利用面漆线或中涂线循环，或利用综合喷漆线，合理安排底色涂层打磨及面漆线前编组线路，实现四涂层工艺。为满足定单化生产需要，在调漆间布置、喷涂机器人配置及工序间缓冲存放等几个方面要考虑小漆种工艺规划设计。 2.5 主要工艺设备选型与节能环保涂装车间的各种工艺设备、辅助设备和公用设备的选型，要环保、节能、经济、适用，功能不应过剩。2.5.1 前处理、电泳设备前处理、电泳设备的喷淋室、工作液槽、转移备槽及辅助设施分三层布置，这种布置形式设备规整，工作液槽与转移槽间倒槽方便，但相应设备投入较大。根据实际情也可以采用喷淋室、工作液槽双层布置，转移槽及辅助设施合理布置在主体设备旁边，这种结构能节省材料，降低设备造价。输送设备不同前处理和电泳设备的结构也不同。采用推杆悬链或摩擦链输送机时，前处理、电泳室体上部按机械化轨迹进行仿形布置，通过采用大“C”型吊具及仿形室体设计能够将输送悬链与前处理、电泳产生的各种腐蚀性水汽隔离，有利于保护输送悬链系统。前处理、电泳机械化装置采用摆杆输送机、Rodip输送机、多功能穿梭机、倒挂升降输送机，传动（链）驱动机构布置在浸槽两侧，室体顶部采用斜板结构将凝结的水滴导流，防止水滴、油滴落在车身及槽液里，确保涂装质量，明显缩短设备长度。其中：Rodip输送机、多功能穿梭机是滚浸式输送机，采用全旋转浸渍输送技术，使车身入槽后旋转180或360底板朝上反向前进，能大幅度缩短设备长度，节约投资；节省电能、化学药品和后冲洗水；显著提高产品涂装质量。多功能穿梭机更适合柔性化生产。2.5.2喷漆室喷漆室主要为文式和水旋式结构形式。采用文式喷漆室，调输漆间位置及输漆管路走向规划较方便，并且容易布置在喷漆室下部或近旁。布置方式为直线型和U型。采用U型布置距离排风烟囱近，排风机布置方便，投资与运行费用低，适合水性漆的面漆喷漆室布置。近年来多采用机器人喷漆，内置式机器人占用空间大，喷漆室能源浪费大。外置式或壁挂式机器人是选用趋势，它使喷漆室宽度降至3.8m或更窄，大量减少喷漆送风量，节省能源和降低CO2排出量。以前高速旋杯的出漆量为300600ml/min，目前出漆量最大已达1000ml/min，使机器人数量减少，有些工位有减半的趋势。文氏喷漆室的漆泥处理装置布置在下部，集中管理较方便。水旋式喷漆室的漆泥处理集中布置在喷漆室附近的漆泥处理间内，大型多层涂装车间采用水旋式喷漆室正逐渐减少。机械化运输设备采用滑橇输送机、反向积放链或摩擦链输送机等。也有带托架的独立板链输送系统,其前后需要工件转载。为喷漆室供风的空调机布置在喷漆室上方或侧面。空调机布置在喷漆室上方，厂房需要加高，高层建筑超过24m会提高消防等级及增加投资。因此，厂房高度应该控制在24m以下。将空调机布置在喷漆室侧面也是一种布置方式。2.5.3烘干室烘干室尽量集中布置，便于动能集中供应和环境隔热。烘干室常采用了型结构，也可采用型结构，将换热系统放在烘干室顶部楼板以上，在烘干室下面可布置其它操作工序。但是，电泳烘干室工作温度较高，烘干室形式应该采用传统的型。胶烘干室可以采用直通型结构。U型桥式烘干室便于集中布置，节能，省投资，管理方便。型和型烘干室的输送系统为带垂直升降装置的输送机，U型桥式烘干室的输送系统为反向积放链、摩擦链或反向单轨输送机（IMC）。烘干室的废气处理装置可选用蓄热式热力直燃系统（RTO）或回收式热力直燃系统（TAR），烘干烟气中的热量应回收利用。以前烘干室换热大多采用集中供热系统（TAR），由一套焚烧炉集中供热，使排放烟气温度达到160以下；最近采用蓄热式热力直燃系统（RTO）集中处理烘干废气也在逐渐增多。国产烘干室排放的烟气温度大于200，应该回收利用余热。可将排放的烟气收集，通过新风换热装置对新鲜空气加热后排放。这样温度可降至160以下，能明显降低CO2排出量。2.5.4 电控设置先进的电控是现代化大型多层乘用车车身涂装车间必要的组成部分，电控通常按下几个方面考虑。 识别系统采用耐高温、耐化学腐蚀的数据载体。 用现场总线连接现场传感器、执行器等电气设备。 用带人机界面的PLC控制涂装设备。 用工业以太网连接各PLC，设中央控制室，通过网络服务器与办公自动化系统及生产管理ERP系统连接。 适量设置大屏幕显示装置，及时传达生产信息。 重点生产区域及重要车间物流门设摄像监控系统。通过这些电控措施便于生产管理，提高生产效率,降低单车能耗和材料消耗等。2.6 工艺优化目前我国生产的乘用车产品主要源于美系、欧系、日系和韩系，以及国内自主系列产品。尽管涂装工艺大体相同，但是，不同体系的产品依据其企业内部的产品和涂装工艺涂层标准规定仍有不同。因此，在进行工艺分析和规划时，应该根据不同品种或体系的产品细化不同的涂装工艺。例如： 根据乘用车的基本型、多功能型（MPV）、运动多用途型（SUV）等不同品种，确定不同的工序过程； 根据乘用车的相同品种而不同体系，确定同种涂装工艺采用不同的工序数和工序顺序等； 根据不同品种不同体系，确定采用不同的工艺材料、制造技术、设备配置、操作方法等。进行工艺优化在涂装工艺规划设计中十分重要，它不仅能够决定经济合理的工艺规划，同时将为建设企业节省建设资金，保证功能不过剩或短缺，降低生产运行成本，增强产品的市场竞争力。2.7 土建公用措施大型多层乘用车车身涂装车间厂房结构和内部各种公用设施及管路布置很复杂，需要周密思考确定。2.7.1 厂房节能降耗保证车间洁净厂房结构可设多跨，跨度大小应综合考虑。应加强墙体、屋面的密封和保温，选择保温密封性好、节能型建筑材料，提高节能效果。屋面吊挂较少，可采用轻型钢梁，便于施工。 涂装车间屋面开洞较多，屋面开洞位置必须保证准确无误。涂装厂房除生活间特殊需要外，厂房外墙尽量不设可开窗，可采用单框双玻密闭固定窗，尽可能提高车间的密封性能，人员进出均通过车间风淋室，物料进出通过带双道风幕密封门的专用防尘过廊。2.7.2 厂房通风布置涂装车间全封闭厂房供风系统为全空调供风方式，尽量采用回风装置，节约能源。一、二班生产时，全部供新风或加少量室内回风；三班停产时，全部采用室内回风。2.7.3 公用设施及管道布置涂装车间的公用设施应按照使用方便布置。各类不同的公用管线多达二十种以上，需将公用管线合理规划，分列或分层布置，及时绘制管道布置司令图。借助计算机三维汇总，使公用管道布置线路通畅合理，避免各类公用管线相互干扰碰撞。3 工艺布置中几个值得注意的问题 车身产品大都采用多品种多样化生产。为了保证生产柔性化，大型车身涂装线应该设置漆前的白车身编组站、漆后车身编组站和面漆前颜色编组站，按品种和颜色存放车身并具有单车召唤功能。对每个工艺段(电泳、PVC、中涂、面漆)后边都设有缓冲线，保证工件班后或意外事故跑空。编组站和缓冲线的存车数应该适量，不宜过大。 人工打磨修整操作工位应全封闭，在易产生灰尘的环境区域可设置水分喷雾器，在操作工位入口可设粘性地面等，更有利于保持洁净度。 涂装产品表面质量要求高，在每个工艺段(电泳、中涂、面漆等)应设置离线返修工位，保证不合格产品及时修整。在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可设置质量反馈检查工位，保证产品质量。点修补和大返修准备应具备车身缓冲线（