创建零涂装缺陷的汽车涂装线.doc

创建零涂装缺陷的汽车涂装线开展无颗粒化（废止打磨作业）活动中国一汽 王锡春 李文刚（130011）摘要：文章从当前的经济形势和社会要求出发，介绍如何提高汽车涂装的竞争力和生产效率（一次合格率），在分析涂膜颗粒弊病和打磨作业弊病的基础上，介绍创建无颗粒化汽车涂装线的途径及相关的工艺技术及管理经验。关键词：车身涂装线，一次合格率、“”涂装颗粒、废止打磨作业、提高经济效益。随金融危机蔓延全球，汽车业受到前所未有的严重冲击，经济低迷，汽车产销量大幅下降，汽车市场竞争更加激烈；国家倡导建环境友好型、资源节约型好和创新型社会，倡导节能减排、清洁生产，迫切需要企业不断革新、提高质量竞争力，提高生产效率和资源利用率，在确保提高质量的基础上降低成本。制造业获得竞争力优势的奥秘是用同等数量的原材料和能源，能加工出更多更好的产品，从而创造出更高的产值。涂装是制作几十微米厚涂膜的作业，常因种种原因造成涂装不良，需修补重新喷漆。不合格品的修复（点修补、返线重新喷涂），不仅打乱生产程序还造成材料、能源和人力方面的浪费，不合格品的修复和再加工，一般为通常加工费的倍。因此，提高一次合格率，是对降低成本和省资源能耗的一大贡献。注：一次合格率（日文称为“直行率”），系指被涂件（如车身）通过涂装线一次涂装所获得的合格品率（），凡影响生产线节拍，需点修补，可换件和大返修（重新喷涂）的被涂装 被涂装件为涂装不良品。在现代化的高装饰性涂装车间倡导“”涂装缺陷的汽车涂装线理念，“”涂装缺陷系指一次合格率达到或接近100。在这方面做得好的，现代化轿车车身涂装线的一次合格率已由90的基准提升到98以上。多数涂装车间的涂装不良，产生涂膜弊病的原因分析结果表明50%以上是由垃圾颗粒附着问题引起的，在装饰性涂装中颗粒是最常见的涂膜缺陷。本文是作者根据累积的经验和文献资料，以“”颗粒化为实例谈实现“无涂装缺陷的汽车涂装线”理念的涂装工艺技术和涂装管理诀窍，供读者参考。 1.涂膜颗粒缺陷弊病的分析在干涂膜上的凸起物，分布在整个或局部表面上，按其形状可分为颗粒状、异物附着、垃圾、尘埃等形态的涂膜弊病。它直接影响涂膜外观和涂装的一次合格率。如在高装饰性的轿车车间涂装场合，要求漆面平整光滑，光亮如镜，无颗粒。在AUDIT检查评分中，轿车车身的脸面表面（影响外观最明显的部位）应无颗粒，如这表面上检查出1个颗粒就扣5分，扣15分就属于不合格。产生颗粒，异物附着、垃圾、漆膜弊病的主要原因是尘埃，有下列异物：被涂物不干净，带有尘埃、垃圾等异物；涂装前的表面准备后，被涂物的清洁度不达标或产生二次污染。周围环境气氛的清洁度差；空气中有浮游的尘埃，被涂物与尘埃相互间产生静电吸引，产生涂装的大敌尘埃的附着。在涂装过程中产生异物（如磷化沉渣、漆雾、打磨灰等），污染被涂物。涂装设备（如喷漆室、烘干室、涂装机等）和输送设备的清洁度差，从输送链和挂具上掉落异物尘埃。涂料带来的异物或在储运和使用过程中变质，产生漆皮和凝聚物。作业人员带入（或造成）的尘埃。在涂装现场应对涂膜颗粒缺陷进行调查分析、弄清颗粒的特性及形态，找到产生颗粒弊病的尘埃源，具体调查内容有：颗粒（尘埃）数的统计颗粒（尘埃）的分析。分清颗粒（尘埃）属于哪种类型，如毛线状、黑色还是灰色、漆膜片、底色漆颗粒、清漆颗粒等。颗粒（尘埃）的附着（产生）场所。 颗粒（尘埃）附着造成制品不良数据（时间或季节，个别件还是突发性的）。解决颗粒（垃圾）涂膜弊病问题，应树立以防为主的观念，从源头抓起彻底消除造成不良的尘埃（异物）源，才能实现无颗粒化涂装；而靠打磨作业来消除涂膜颗粒是一种治表不除根的不经济的措施。2、 打磨作业的利弊分析打磨作业在涂装工艺中属于辅助工序。在传统的汽车车身涂装工艺中有多道打磨工序（如：漆前预清理打磨除锈、底漆打磨、中涂打磨，早期还有腻子层打磨）。它们的功能是消除被涂面不平整度和颗粒等漆膜弊病；除锈和磨平腻子层，增加涂层间的结合力等。可是它有以下致命的不足之处打磨是劳动强度较大的手工作业，有时虽也用风动或电动的打磨器具手工打磨白车身的金属表面或腻子层，但还是不省力。随劳动力费用提高，而使涂装成本增加。产生打磨灰，易产生二次弊害，污染被涂物，打磨作业成了涂装车间的尘埃源。受人员和熟练度的影响；打磨后的被涂面质量不稳定，涂层变薄，易产生划伤和涂膜局部被磨穿，露出底金属等破坏涂膜完整性的弊病。但人们往往对以上三点认识不足，按经验要求设计建设的车身涂装线增长打磨间，甚至多设离线打磨工位。以上三点分析表明打磨作业是劳民伤财的辅助工序，应像依靠技术进步，提高白车身的质量（确保无锈和表面平整度），从车身涂装线上取消酸洗和刮腻子工艺那样； ，依靠先进的涂装工艺技术和管理技巧，从尘埃源产生的源头抓起，实现无颗粒化涂装，取消打磨作业。3、 开展无颗粒化（废止打磨作业）活动众所周知，涂装缺陷的种类多种多样，产生的原因是工件（被涂物）、设备、材料、环境条件和管理等多种因素混杂在一起，并且发生的形态和时段（常发生、突发性等）也多样化。在本节主要介绍减少涂膜颗粒的工艺技术及其实例。3.1电泳涂装无颗粒化（废止电泳涂膜的打磨作业）技术电泳颗粒等底涂层缺陷，及其修整时的打磨灰尘对中涂面漆涂装易造成二次弊害的影响，尤其在采用3C1B中涂面漆喷涂工艺场合，因3C1B工艺已取消了中涂烘干、打磨修正和涂面漆前表面准备等工序。所以电泳底涂膜的质量优劣已成为选用3C1B中涂面漆喷涂工艺的成败的关键因素之一。电泳颗粒的发生要因是白车身从焊装车间带来的异物（铁粉和纤维等），由前处理药剂和电泳涂料产生的异物（磷化沉渣和涂料凝聚物等），从涂装设备上掉落的异物（从输送链和挂具上掉落的尘埃、磨损等）等。开展电泳涂装无颗粒化活动的主要内容是：削减白车身自焊装车间携带铁粉等的异物量。通过优化水洗过程进一步除去白车身携带的铁粉、磷化渣、涂料凝聚物等。为使各槽的槽液不处于污染状态，应高效率的回收除去异物。改变车身的输送及装挂方式，优化吊具的结构，减少输送过程中的车身外表面的异物沉积附着量及输送设备对槽液的污染。其中，各工作槽的污染度（一定量的槽液中所含的异物量）如能保持为“”或在工艺许可的范围，则可认为不能产生电泳颗粒。来自焊装车间的白车身所携带的异物几乎都是车身焊接产生的飞溅物，因此需探讨不产生飞溅的焊接条件和电极管理方法，以削减携带的异物量，还可通过在焊装过程中以及在车身进入涂装车间前的清扫车身来降低铁屑的带入量（参见图1、2）。自动擦净机擦布 图1 焊装过程中擦拭车身 图2 进入涂装车间前，车身表面擦拭去铁粉为洗净车身，在前处理工艺中适当配置各种洗净方式，如大容量的洪流冲洗、排液性良好的倾斜喷洗、可除去车身外板上附着的异物的高压喷洗等。经热水洗和脱脂工序，基本可除去车身底板上的异物，再通过优化水洗水量、喷淋环的布置、水洗压力、处理液洁净度等洗净条件，来实现车身不带异物进入电泳槽，也就是消除发生电泳颗粒的方法之一。槽内的异物回收，按各槽异物的特征相应的配置各种过滤器（如磁性过滤器、袋式过滤器）、旋流器等回收装置。还有电泳槽和脱脂槽槽内液体不应停滞，应均一循环等改善的污染度。电泳槽和脱脂槽内的搅拌液流方向由原来的顺向（车身流向和槽液流向是同一方向）改为逆向，也是槽内垃圾“”附着技术之一。（参见图3、4）。图3 脱脂槽逆向搅拌图4 电泳槽液两种搅拌方向的对比日本马自达汽车公司的经验证实，依靠上述技术措施和槽内污染度的管理，电泳颗粒可被改善到废止电泳打磨作业的水平，并已与3C1B中涂面漆涂装工艺配套。如果再采用以下两项减少异物附着的新技术，则将会更好。采用少渣或无渣的新一代环保型非磷酸盐表面处理工艺（氧化锆转化膜处理工艺或硅烷处理技术）替代现用的低温低锌三元磷化处理工艺。车身前处理阴极电泳线采用先进的旋转式输送机取代悬挂式输送机，使车身在脱脂、磷化、电泳处理过程中，车身顶朝下，底部朝上，则可大幅度减少车身外表面上的颗粒附着（参见图5）。图5 全旋式反向输送机与摆杆式输送机运行动作的比较图3.2中涂面漆涂膜的颗粒“”化技术（2-2）在中涂面漆涂装中发生异物成为面漆涂装后的颗粒缺陷。异物大致可分为附着在车身上带来的垃圾和尘埃，由涂料供给系统发生的异物（涂料所含的异物，在循环时的凝聚、胶化等），在喷漆室中发生的异物（人带入的、漆雾等），还有在烘干室内发生的异物等。可归纳为四个（车身、涂料、喷漆室、烘干室）清洁的观点来检测。清洁的车身：检测在准备室中进行涂装前擦净除尘后的车身的清洁度；作业场所气氛的污染度（保持1万10万级的清洁度），除尘机落下的尘埃。清洁的材料（涂料）：检测喷枪喷出的涂料的污染度，所供涂料的污染度。清洁的喷漆室：检测喷漆室顶棚落下的尘埃、机器人落下的尘埃，机器人的清洁度；输送机保护盖板的清洁度；工艺小车和作业人员人体的清洁度。清洁的烘干室：检测烘干室内的气氛的污染度。总之，将喷涂工段（线）设计、创建成车身不再被垃圾和尘埃附着的清洁环境，这点十分重要。因此，喷涂线的正压化和室体化，作业工位房间化和防尘通道等，使环境气氛的洁净化，为喷涂作业创建最适宜的条件。具体的防除尘埃、中涂面漆涂膜“”颗粒化的工艺技术措施介绍如下：改进作业场所的供排风气流和设备的结构，在操作间内不产生乱流和积尘面。操作间内的供风应自上而下、均一的风向，不使尘埃卷起和飞舞（参见图6）。工作面由格栅改成平板，使其尘埃和垃圾易清理。在存储区设置水盘、防尘罩，以降低车身停留时的尘埃沉积量。车间现场按需设置加湿器和湿度计，进行现场气氛的湿度监控。现场的湿度在65%以上，发生静电少，但在70%的程度，易产生结露问题。涂过底漆或中涂的车身，表面已绝缘，像塑料件那样，易产生静电吸附尘埃。最新报道，在车身经过的通道空间，在进入喷漆室前安装防止尘埃附着的装置能替代加湿器的（能替代加湿器的产生离子风的装置、见图7）图6 作业场所的气流改进图7 空间防尘装置涂装车间入口的人行通道上铺设能粘灰的垫子，用粘性辊子强制擦净防尘服表面，是防止异物混入的有效措施。在晾干间地面上保持有积水，以防尘埃飞舞起。涂装车间和洁净间人员入口设置风淋室，吹掉进入人员身上所带的尘埃。优化门钩、卡具的设计，做到开关4门（车门）2罩（发动机罩、行李箱罩）不用手接触车体，从而降低操作人员对车体的污染（参见图8）。开车门，不接触车身图8 优化后的车门附具车底抗石击涂料的涂布有高压无空气喷涂法革新采用低压、切逢（slit）涂布法，以减少涂料飞溅（雾），提高喷涂涂装的涂布效率（参见图9），且因较低压涂布，不产生涂料飞溅，涂着时不返弹，如与涂装机器人组合，涂布精度高，且可取消防止飞溅的遮盖作业。图9 车底涂料切逢涂布法的概要选择最佳的涂面漆前被涂物（车身）表面净化工艺技术。面漆前的准备作业是确保工件涂面漆后“”颗粒化最关键的工序之一，要除静电、除尘，靠一般的吹、擦，除不净静电吸附的尘埃。涂面漆前的除静电，除尘技术有以下几种配套工艺。A、 采用鸵鸟毛擦净机（EMU）自动擦净或手工鸵鸟毛掸擦净，再吹离子化空气。B、 吹离子化空气，再用粘性纱布手工擦净被涂面C、 采用棒状除静电装置与吹风装置并用组成的除静电除尘装置或枪式除静电除尘器*，供进入喷漆室前最终的除尘作业用。D、 采用纯水（电导16ms）清洗。其长处是能较彻底地除掉被涂物（车身）及输送器具上静电及灰尘，其不足之处是清洗设备和烘干室都需用不锈钢材料制作，在涂胶密封后的 “的”字删除。进行，车身内的随 应是“水”字之误。难排出，需设专用的倒水装置，占地面积大，水耗和能耗大，运行成本高，某大汽车公司装备了几条车身涂装线，现今新建线已不采用了。 提高喷涂的涂装效率，减少漆雾发生量。喷涂时发生的漆雾附着在涂装设备上就成为垃圾，掉落在被涂面上就可能成为颗粒，即成为涂装缺陷和垃圾缺陷的发生源。改变涂装条件，采用涂着效率高的喷涂方法（如采用静电喷涂替代空气喷涂，杯式离心力静电喷涂替代空气雾化的静电喷涂，机器人自动静电喷涂替代往复式自动静电喷涂机（ESTA）等）来提高涂装效率，减少漆雾，提高涂料的利用率（参见图10），另一方面调整风速等喷漆室条件，防止漆雾的飞散，立刻排除掉，减少漆雾对涂装设备和装置的污染，防止飞散的漆雾对被涂面的污染。同时还应对所使用的自动喷涂设备进行遮蔽，以控制污染源的产生。对于手工喷涂工具如喷枪等也要定期清洗。图10 涂装机器人遮蔽 防止作业者携带垃圾、尘埃。据统计带入喷漆室内的垃圾异物一大半是操作者。在防尘皮鞋和防尘服穿换场合和它们的洗涤中，见到多是纤维垃圾附着的实例。因此严禁防尘服与普通衣料混在一起洗涤。风淋室内壁上也有纤维附着，与其接触后带入喷漆室造成污染，应定期清扫。 保证烘干炉内的洁净度也是降低漆膜表面垃圾数量的重要因素。我们知道涂装后的车身是以湿膜状态进入烘干炉的，炉内的灰尘以及溶剂的冷凝物落在湿漆膜表面就可能成为颗粒，即成为涂装缺陷和垃圾缺陷的发生源。保证烘干炉内的洁净度可以通过全面的清扫，使用过滤精度为30m的过滤器以及在烘干炉下部设置水盘来实现。在先进的现代化的车身涂装线上喷涂车身内外表面全部采用机器人静电喷涂，实现喷涂无人化作业，其目的之一也是消除作业者带入尘埃。注*：新型除静电除尘装置（器）是由日本TRINC公司8年前开发，商品化报道应用评价很好，在先进的大企业使用完全消除了异物缺陷，尘埃和异物不良削减85%。该公司的三种除静电除尘装置的概要，功能和特征列于表1中和参见图11 a、b。表1 TRINC公司的三种除静电除尘装置一览表（2-1）名称装置的概要功能和特征用途无壁洁净间(参见图7）它是防止尘埃附着的装置。向某场所的空间放射离子，除去制品和浮游在空间的尘埃所带来的一切静电。 不用风扇和压缩空气，空气离子间运动仅靠库仑力。处在全无风状态中静静的除去静电是其一大特征，无风不能使尘埃卷起。有效区域大（最大可无限扩张，如建100m宽的无静电的工厂。节能：仅0.5w/m2，超小电力。能明显减少尘埃、异物不良弊病。可替代加湿装置。适用于汽车涂装车间和电子工业（液晶、等离子电视）等要求无尘埃的领域。 因同时除去工件和浮游在空间尘埃的静电，所以能消除工件吸引尘埃的作用和尘埃吸附到工件上的作用，绝对减少了尘埃的附着现象。棒状除电器（参见图11a）它是无风除去物体的静电装置。尺寸：由155mm到3000mm适应于小型至大型物件。类型分强力型和宽型两种。强力型是瞬间发生较多离子除静电，宽型的有效范围广，最大到1500mm的除静电。也不用风扇和压缩空气，离子间运动靠库仑力。因离子浓度非常高，除点时间短，几乎是瞬间除去静电。故障少，维修简便。安全，放电针也无危险是安全的。因空气与高压电隔离后，无漏电和火灾事故。适用于高速移动工件除静电。最适宜用于平板和膜状那样平面状工件除静电（如薄膜印刷机等）也使用三次元物体的除静电。 与吹风装置并用构成强力的除静电除尘装置，供进入喷漆室的最终除尘作业用，立刻见效。枪状除静电器（参见图11b）空气喷枪型除静电除尘器 采用直流式4根放电针，枪部与本体一体化，轻量化、耗电量为原除静电枪的1/10，可用小干电池驱动。采用无漏电结构，无故障，寿命长，离子量多，效率高。小型、轻量，仅340g。空气流量每分钟160l，电力仅为2.8w，超小功率。适用于汽车车身、汽车保险杠、塑料件、FRP大型制品及部品等的除静电除尘。 a b图11 除静电器4、涂装管理是实现“”涂装缺陷化的另一半支柱。上述电泳涂装无颗粒化、中涂面漆涂膜“”颗粒化等工艺技术实现依存于生产现场的维护管理及改善。“洁净的涂装工厂”