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[冲压] 先进涂装技术及其在汽车制造中的应用

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发表于 2011-12-27 16:32:47 | 显示全部楼层 |阅读模式

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随着汽车工业的发展,先进的汽车涂装特别是轿车涂装技术和设备在我国得以快速应用。目前,在我国安装的涂装设备的水平已经有了很大进步,今后随着水性漆及粉末涂料等环保涂料的使用,我国的涂装技术水平将整体达到世界先进水平。
对于油漆车间的工艺布置,目前可按照设备特征分为烘干区域、工作区域、喷漆室及洁净间区域、前处理电泳区域、空调间区域、输漆等附属设备区域,布置在厂房的各个层面和区域。不同的洁净度要求、不同的防火要求及不同的操作环境要求在目前流行的多层厂房的结构中均得以较好地满足。下面介绍一下主要的先进工艺技术及设备在汽车制造中的应用。
车身翻转技术
首先值得一提的是RoDip-3和RoDip-3+车身翻转技术在前处理及电泳中的应用。车身翻转技术是一种车身在运行过程中,在前进的同时可以进行纵向翻转的新技术,目前主要用于焊接和涂装之间的强力冲洗工艺、涂装车间前处理及电泳过程的输送。图1和图2分别为RoDip-3前处理设备截面和RoDip-3电泳线设备截面。
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相对于推杆悬链以及摆杆链技术,RoDip-3车身翻转技术具有如下显著的优点:
1. 可以获得优良的前处理及电泳质量
● 在工艺槽内,良好的车身翻转运动会造成良好的湍流效应,可明显提高脱脂和磷化的质量。
● 360°的车身翻转使车身内腔的的空气得以有效排除,车身内表面局部泳不上的问题得以解决;
● 由于在电泳槽内车身是头朝下进行主要的电泳过程,因此,车身顶盖等外表面避免了“L”效应的影响,主要外表面颗粒极少,质量优良,如在BMW的车间内,有数据表明可大幅降低打磨的工作量;
● 车身内表面及夹层内的电泳膜厚度有效提高,外表面的膜厚非常均匀,膜厚的差异显著小于2μm,而使用摆杆链技术的电泳膜厚的差异达到4μm;
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● 对车身夹层的破坏性试验表明,夹层内的漆膜厚度远大于摆杆链电泳工艺的结果,如图3所示。

2. 维修方便
由于RoDip-3链式翻转系统的机械化装置布置在前处理及电泳各工艺区的外侧,非常便于维修人员接近和保养,结构更加简单,同时杜绝了机械化和前处理电泳的工艺区的互相影响,工艺区难以对机械化设备造成腐蚀。同时由于没有悬链上下坡所形成的阻力,RoDip-3链式翻转系统需要的驱动力较小。
3. 节约成本
RoDip-3链式翻转系统在前处理和电泳中的应用取消了前处理电泳的工艺浸槽进出口段,减少了浸槽的体积,从而可减少通常情况下工艺设备大约10%的投资成本。同时由于泵、管路等的相应减少,使得前处理及电泳的运行成本减少了20%。目前RoDip-3已在上海大众一厂及奇瑞二厂油漆线的前处理及电泳投入运行,效果良好。
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数据表明:RoDip-3链式翻转技术对于车身产量大于20件/h的连续生产油漆线系统的效果非常良好。对于产量小于20件/h的间歇式油漆线,杜尔公司研发了一种具有良好的工艺适应性的RoDip-3+小车翻转技术。如图4所示,一个由行走电机和旋转电机、旋转轴及车身定位装置所构成的自行小车位于工艺槽的一侧,实现车身的旋转。其工艺时间、翻转动作、沥水时间及在槽内的前后摆动均可以通过编程来完成,非常适用于低产量的油漆线。
在前处理工艺,目前除铁屑装置、含油废水处理装置、淤泥清除装置以及PT-RO系统等的应用更加广泛。对于电泳后的冲洗工艺,目前倾向于仅使用一次洁净纯水喷洗,其他的冲洗及浸洗均采用UF液进行,在一些生产线上,如奇瑞二厂的油漆线,由于ED-RO水替代洁净纯水洗,电泳后的冲洗彻底实现了封闭循环。对于UBS工艺,通常有倒置滑撬系统、推杆链系统以及自行小车系统来吊挂车身实现喷涂。目前,有一种将车身翻转180°的机械化装置可应用于UBS工艺上。机器人在此工位的使用越来越普遍。在采用机器人喷涂时,车身运行的稳定性以及停止在机器人喷涂开始时定位的准确性特别重要,在这时倒置滑撬线和车身翻转小车线更适用。图5和图6分别为倒置滑撬和车身翻转小车在UBS线中的应用。
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打磨及擦净工艺与设备
对于打磨工艺,由于个别车身很难在设计的节拍时间内完成工作,所以应该设立离线打磨间。由于滑撬输送系统可以实现双向和垂直运动,在此类的平面布置中非常适用。对于擦净工艺,外表面的擦净工作已大多由五棍的鸵鸟毛自动擦净机来实现。
对于在车身内部的颗粒和灰尘的清理,有两种工艺设备已在国际和国内投入使用。一种是对于车身进行一次水冲洗已彻底消除灰尘,在水洗过后进行沥水和烘干,这是一条独立的水洗线,这种工艺在大众体系内应用较多,目前一汽大众和上海大众已投入运行。图7是车身沥水所使用的一种装置。
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另外一种工艺是使用专用的吹净设备,如图8所示,由高速的空气吹到车身内表面,把灰尘吹起,然后通过强力吸风把灰尘吸走,个别落到外表面的灰尘通过后面的鸵鸟毛擦净机擦掉,这种装置比较简单,但效果不错,目前准备在上海通用的新油漆线上安装。
喷漆室系统
喷漆室系统主要由送风系统、喷漆室室体、排风系统、水洗及废漆分离系统等组成,如图9所示,喷漆室室体内由于防爆和劳动保护的要求必须保证一定的风速。另一方面,由于保护喷漆工人所需要的风速已高于防爆的要求,因此手工工位的风速要求为0.45~0.5m/s,而自动喷涂区主要考虑防暴的要求风速为0.25~0.3m/s。
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在冬季室内外温差比较大的地区,利用空气热交换器(热轮)设备把喷漆室排气所含热量回收,效果很好。在废漆处理部分,分离效率得到进一步提高,压滤机的应用使得废漆可以得到很高的固体含量,从而可以进一步减少清理的工作量。送排风系统由于各自使用至少一台变频控制的风机,能够很好地实现送排风系统的平衡。洁净间的设计更好地实现了喷漆室内的防尘要求。风淋室的使用使得喷漆工人带入的灰尘得以减少。自动灭火系统的应用已经成为必须,主要有CO2自动灭火以及自动喷淋灭火系统。目前自动灭火的保护范围已有客户做到包括喷漆室实体、自动喷涂机或机器人内部、静压室、水洗室、排气风道、排气烟囱、洁净间、输调漆室及烘房等。
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烘房系统
如图10所示,这是比较典型的烘干室流程图,一个集中的TAR型燃烧室,用其作热源并兼作废气燃烧装置,烘干室废气从烘干室中部,升温区和保温区之间抽出经过燃烧室内的换热器预热,在燃烧室内燃烧,由于可以达到720℃,从而实现裂解,废气达到排放标准,经过几级换热器换热将热量带给烘干炉,然后排放,比较好的设计和调试结果,废气的排放温度可以控制到160~180℃,烘干炉补充的新鲜图8 专用的吹净设备图9 喷漆室图10 典型烘干室流程图图空气经排放废气加热后补充到进出口风幕,然后进入烘干室,烘干室循环空气经过和热废气换热后回到烘干室,加热工件。
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对于烘干室废气处理的方式还有RTO式燃烧室,但其应用于烘房时,各个烘房的废气统一到RTO里燃烧,因此不易控制各烘干室的平衡。
图11为烘干室室体,从外到内可以清晰看到保温外壁板、保温层、保温内壁板、内部风道、过滤器、风嘴、烘干室内壁板。烘干室保温内壁板在安装后点焊以保证无废气从壁板渗出,DURR的烘干室已有多年以上的无渗出纪录。烘干室内的风道通常设计成能够方便清洁和过滤器的更换。风嘴的方向设计并调试到可以方便加热车身内表面夹层,并考虑温度补偿结构。
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面漆喷涂技术设备及装备
图12所示为一典型的全自动面漆线的工艺过程和设备,在这套自动喷涂系统中,质量检查的结果通过计算机网络送给喷涂机器人,喷涂机器人根据这些数据自动对于喷涂的一些参数进行调整,因此可在线检查、及时发现问题,并能迅速调整,对于保证面漆的质量稳定有很大影响,但是由于机器人以及自动检查机器人投资巨大、我国劳动力成本相对便宜以及轿车内表面的喷涂面积较小等原因,目前在国内内表面的喷涂还广泛应用手工喷涂工艺。
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关于喷涂机和机器人的比较,目前已有比较明确的答案,对于喷杯和换色设备等,喷涂机和机器人可以选用同样的部件,所不同的仅仅是喷涂的路径和速度。喷涂机必须利用喷漆室机械化运输设备提供的前进方向的稳定运动,而机器人的路径则完全独立于运输设备。图13 所示为喷涂机与机器人的喷涂路径比较。
喷涂机喷涂和机器人喷涂之间的区别主要体现在;
● 由于喷涂机器人可以灵活地根据车身的形状来寻找最优化的喷涂路径,可以保证喷杯一直以最佳的距离和均匀的喷幅来喷涂车身,从而获得更好的质量。
● 优化的路径,使机器人不需要像喷涂机喷涂时,遇见车窗不得不停止等待,因此喷杯的利用率明显提高,经验数据表明3~6个喷杯即可以完成一个典型的9杯自动喷涂机站。杜尔公司专为机器人开发的ECOBELL2高速旋转静电杯,具有更高的效率。3台ECOBELL2的机器人系统完全可以代替一个9杯的自动喷涂机站。
● 喷杯的减少意味着换色时损失的油漆更少。
● 喷漆机器人不受喷漆室链速的影响。并且能够完全抵消链速的影响,优化出完全适合于最适合质量要求的喷涂方式。
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● 喷漆机器人可以适合形状复杂的车身,也可以对于不同的车型安排不同的路径,因此喷漆线的柔性更好,适合于多种车型的生产。
● 喷涂机的使用寿命较机器人长。
车间中央控制系统
油漆车间的中控系统已经发展到可以在中控室里启动和关闭整条生产线,完成按程序储存、生产统计、车型和颜色的信息管理、设备故障报警、纪录、分析等。我们可以实时监测工艺及设备的参数和状态以及质量管理等,在PLC网络之上的计算机网络系统,以TCP/IP协议把现场各系统的计算机以及服务器连接在一起,并可以同工厂的管理网络连接。
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