智数汽车大数据麦克恒通汽车轻量化在线
查看: 1809|回复: 0
收起左侧

[焊接(连接)] 涂装车间规划中的新技术

[复制链接]
发表于 2015-12-11 20:57:16 | 显示全部楼层 |阅读模式

亲,赶快注册吧,有更多精彩内容分享!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x
       

涂装车间规划中的新技术

涂装车间规划中的新技术

        图1  RoDip与摆杆链设备长度对比

        轿车涂装车间是汽车厂投资最大、能耗最高的车间,也是三废的主要来源。本文介绍了几种涂装新技术,能够显著减少车间能源消耗,减少三废的排放,减少投资和运营成本,在涂装车间规划中应重点考虑。
        涂装是汽车制造过程中能耗最高且产生三废最多的环节之一,减少涂装公害、降低涂装成本和提高涂装质量一直是涂装技术发展的主题。近年来,涂装工艺及设备的进步主要体现在环保型涂装材料的应用、机械化输送技术和喷涂技术改进以及优化汽车生产过程等方面,目的是提高质量,减少投资,降低能源消耗,减少废气、废水和废渣的排放,降低生产成本。在汽车工艺开发过程中,生产工艺规划具有举足轻重的地位,在项目确定之前,科学的规划为项目决策提供科学的依据;在项目确定之后,对项目的技术先进性、经济合理性起着决定作用。规划决定了车间的布局和工艺水平,对车间日后使用产生深远的影响,科学的规划能够节约投资、减少环境污染、保证产品质量并提高经济效益。近年来,涂装技术发展迅速,新技术不断涌现,在新工厂规划中考虑新技术是减少投资、降低能耗和减少VOC排放最有效的途径,本文介绍了几种对车间规划影响较大的新技术。
       

涂装车间规划中的新技术

涂装车间规划中的新技术

        图2  传统工艺流程

        RoDip输送技术
        1. 三种输送技术比较
        目前,国内大规模汽车涂装线预处理电泳工艺段采用的输送机有4种:空中积放链(摩擦链)、摆杆链、RoDip和多功能穿梭机,由于多功能穿梭机投资太大、技术复杂,在国内很少应用,本文不作介绍。
        空中积放链是最早应用的输送机,其轨道由上下两层组成,上层为牵引轨,传递牵引动力,下层为承载轨,工件通过特制的吊具悬吊在小车下。所谓“积放”是指承载小车在轨道上可以受控停止或运行。由于空中积放链输送机的轨道链条位于槽体正上方,容易受酸雾、水蒸气的侵蚀,且易对车身和槽液造成污染。工件入槽角度30°,槽体体积大,生产线占地面积大,且对消除车顶内气泡和出槽时的倒水都十分不利。为了改善上述问题,我们近几年做了很多改进(如使用大C型吊具、宽接油盘等),但都不能从根本上解决问题。
        摆杆链在20世纪80年代末开始在国外广泛应用,2006年,由机械工业第四设计院开发的国产摆杆链输送机开始投入应用。摆杆链在槽体的正上方没有输送机构,轨道改到了室体上部的两侧,解决了吊架和输送链滴水污染车身的问题。出入槽的角度可以达到45°,对消除车顶气泡和出槽倒水比较有利。由于摆杆可自由摆动,设备长度比传统的空中积放链要短很多,摆杆链可以有效利用车间的高度,在1m高度内完成空摆杆的返回,节省了积放链中空吊具储存区的占用面积。
       

涂装车间规划中的新技术

涂装车间规划中的新技术

        图3  “免中涂”工艺流程

        RoDip输送机由德国杜尔公司开发,第一代是步进式运行的,工件可以旋转180°;第二代的工件可以旋转210°;目前全球应用最多的是第三代RoDip,它连续运转,工件可以进行360°旋转。RoDip-3输送机系统包括带有驱动装置的两条平行的标准链条,车身承载装置为单一圆轴,它与滑橇锁紧后位于槽体的正上方。RoDip输送系统是先将车身锁紧在滑撬上,再将滑撬锁紧在一根可以360°旋转的轴上,这根轴的一边有一连续杠杆导辊系统,其导向轮所处的位置决定了车身旋转的角度。当车身移动到浸槽口时,导向轮让轴旋转90°,车身头部迅速垂直向下,当主轴向前移动车身时再逐步旋转90°变成底向上,尾向前反向继续前进,在达到工艺要求的时间后开始出槽,这时车身在杠杆导辊系统的作用下连续旋转180°变为正常方向前进。由于输送机不在工艺槽上方,因此改善了清洁状况。3种输送技术比较如表1所示。
        输送链和导向设备位于工艺槽外面的两侧,不会因输送机的润滑和磨损等原因造成槽液和车身的污染,输送系统受酸雾、水蒸气的侵蚀也较少。工件的顶面和侧面均无输送设备,可以减少槽体宽度和输送机吊具引起的喷淋反溅。因为实现了工件的90°垂直出入槽,槽体体积变小,大大减小了化学药品的首次用量、运行能源消耗及日后的清洁维护工作量。
       

涂装车间规划中的新技术

涂装车间规划中的新技术

        2. RoDip输送技术的优势
        (1)减少了槽体长度及相关槽液的消耗,减小了槽体容积,减少了首次投槽量,同时降低了能耗、设备运行成本和废水处理负担。若RoDip的容积为1,摆杆输送方式的槽液容积比:脱脂槽为1.315、磷化槽为1.315、浸洗槽为1.660及电泳槽为1.217。RoDip与摆杆链设备长度对比如图1所示。
        (2)电泳涂层质量优,能克服“L”效应,确保车身水平上表面的积渣和颗粒少,使电泳底漆的打磨工作量大大减少。车身内腔无气泡(摆杆输送有),电泳后表面粗糙度达到0.2~0.3mm,摆杆输送只能达到0.35mm。
        (3)由于车身是180°翻转出槽,车身内腔的槽液可以流得比较干净,带液量约为摆杆输送方式的10%,冲洗水量减少了25%,废水排放和处理也相应减少了25%。节省污水处理费用,对环保有利。
        (4)在车身与阳极间无吊架干扰,极距可缩短0.15~0.20m,有利于电泳涂膜均匀和泳透力的提高。
        RoDip具有处理槽液容量小、运转成本低、电泳涂层质量优、材料利用率高、节省清洗水用量和有利于环保等优点。而且随着技术发展和用户的增加,设备投资成本逐渐下降,接近摆杆式输送方式,因此该技术在涂装车间规划时应重点考虑。
       

涂装车间规划中的新技术

涂装车间规划中的新技术

        图4   传统工艺和“免中涂”工艺生产线对比

        “免中涂”工艺
        汽车涂层一般包括电泳涂层、中涂层和面漆层(底色漆和清漆),各层承担不同的作用。电泳层具有良好的耐盐雾性能,主要是防腐蚀;中涂层起着承上启下的作用,具有良好的机械性能,能增加涂层抗石击性,并具有填平作用,提高整个漆膜的鲜映性和丰满度;色漆的主要功能是着色、遮盖、抗紫外线和装饰作用,金属闪光底漆的涂膜在阳光照耀下具有鲜艳的金属光泽和闪光感;清漆的主要作用是装饰和保护,能决定涂层的耐候性能和外观,具有足够的硬度、抗石击性、耐化学品性、耐污性和防腐性等性能,使汽车外观在各种条件下保持不变。
        喷涂工艺按照涂层进行设计,工艺流程为:中涂-烘干-底色漆(两道)-闪干-清漆-烘干,详细流程如图2所示。
        喷漆和烘干环节是涂装车间VOC的主要来源,近年来,汽车厂大量采用水性漆和高固体分漆来减少VOC的排放。杜邦、PPG等涂料公司又推出紧筹型工艺,即大家说的“免中涂”工艺。紧筹型工艺流程为:底色漆Ⅰ/底色Ⅱ-闪干-清漆-烘干,详细流程如图3所示。其中底色Ⅰ具有中涂的作用,涂层的整体性能并没有降低。该技术省去了中涂喷涂线、中涂烤箱和中涂打磨线,传统工艺与“免中涂”工艺对比如图4、表2所示。
       

涂装车间规划中的新技术

涂装车间规划中的新技术

        采用“免中涂”工艺节约投资、降低能耗、减少材料消耗、减少VOC排放并且增加生产效率,每辆车的制造成本可以节省20美元。“免中涂”工艺技术是节能环保低成本工艺,也是汽车涂装技术的发展趋势之一,在涂装车间规划中应加以考虑。
        干式喷漆室技术
        目前,国内大规模汽车涂装线主要采用文丘里式喷漆室和水旋式喷漆室。
        文丘里式喷漆室是目前技术比较成熟的喷漆室,该喷漆室上部送风、底部抽风,格栅板下面设有喷水管将循环水均匀喷出,喷涂的漆雾被层流状的气流压到喇叭形的抽风罩中,漆雾随空气一起流向抽风罩的间隙形成高速气流,高速气流经过槽下水面与折流板间狭窄间隙时,形成文丘里式现象,将水面的水分吸入空气雾化成水粒。水粒与漆粒通过碰撞、吸附和聚凝变成含漆雾的水滴,当水滴经过折流板后,含漆雾的水滴及其他水被分离掉入水槽中,99%的漆雾颗粒和苯类有毒物质被清除至水中,净化的空气排入室外大气。
        水旋式喷漆室:新鲜空气通过空调送风装置送入水旋式喷漆室顶部的均压室,经均流调节器和过滤层后,以0.45m/s的端面风速均匀地送入室体内,自上而下,将工件置入具有一定风速的均流层中,使飞溅的废漆雾压入水旋式喷漆室水旋器;水在高速气流的冲击下被雾化后和废漆雾充分混合,从而使漆雾被吸引到水中而带走,含水分的空气再经气水分离后,洁净的空气经排风系统送入大气中,漆雾的净化率≥98%;含漆雾的水流入循环水池,通过凝聚净化(水中定期添加专用凝聚剂)后由循环泵送入到喷漆室循环使用,漂浮的漆渣定期捞出后进行深埋或焚烧处理。
       

涂装车间规划中的新技术

涂装车间规划中的新技术

        图5  干式喷漆室结构

        如今喷漆室用的湿式漆雾捕集装置的捕集漆雾率虽比较高,可是其致命的缺点是耗水(文丘里式喷漆室处理1.0kg漆雾消耗3.0~3.3kg水,水悬式喷漆室处理1kg漆雾消耗1.5~2.0kg水)。消耗多种药剂和能源,废弃物大幅增加,且成为危险废弃物。德国杜尔公司最近推出了喷漆室用的干式漆雾捕集装置Eco DryScrubber(见图5)。Eco DryScrubber使用的干式分离技术与湿式(水洗)分离技术相比,喷漆房面积节省35%,高度降低16%,不再产生特殊的垃圾,无水,减少90%颗粒排放,它们与机器人及喷涂参数匹配,使喷漆室排风不需追加过滤,可直接再循环使用,仅需补充5%~20%的新鲜空气,可节省能源30%。采用这种新的漆雾捕集方法后,涂装单车成本可减少10%,而且不需要考虑风管的腐蚀,没有细菌。石灰粉的采购及处理方便,把含有油漆渣的旧石灰送到水泥厂用于烧制水泥,其费用比湿式喷漆室含水漆渣处理费用可降低45%~60%。它是环保性最好的捕集漆雾的工艺方法,在一年多时间内全球已有18个应用案例,其中国内4个,分别是:一汽大众成都工厂、上海大众南京二工厂、上海通用烟台工厂和奇瑞大连工厂。
        总之,干式喷漆室有节水、环保和降低成本的优点,尤其是中国北方普遍缺水,在新工厂规划建设时应重点考虑。
       

涂装车间规划中的新技术

涂装车间规划中的新技术

        图6  磷化工艺与锆盐处理工艺对比

        锆盐前处理技术
        磷化处理是汽车涂装应用最广泛的前处理技术,汽车钢板经过磷化处理后表面形成的磷化膜作为油漆涂层的基底,能显著提高涂层的耐腐蚀性,增强漆膜的附着力。所谓磷化就是在锰、锌和镍的磷酸盐溶液中,钢铁等金属制品的表面上发生化学反应,生成一种不溶性磷酸盐保护膜的过程。汽车涂装磷化一般采用中温磷化,温度30~50℃,磷化过程中产生大量沉渣,清洗不净将影响漆膜的外观质量,生产过程消耗大量水。
        目前磷化技术发展遇到了瓶颈,各化学品公司在磷化剂产品上无更大技术突破,为适应节能环保的要求,目前出现了一种替代磷化处理的前处理技术——氧化锆转化膜技术。氧化锆转化膜技术的反应机理是:在氟锆酸溶液里,金属表面凝聚沉积转化成一种纳米氧化锆陶瓷膜涂层,形成一种“ZrO2-M-ZrO2”的氧化锆陶瓷结构的骨架。ZrO2是无定型态结构,具有很强的凝聚功能。随着反应的进行,该骨架交联密度增大,继续凝聚沉积。直至产生ZrO2纳米陶瓷转化膜,该膜层具有良好的耐腐蚀性能并适应电泳涂装。采用磷化技术和锆盐前处理技术的生产线对比如图6所示。
        采用新一代环保氧化锆盐前处理工艺替代现用的磷化工艺,能彻底不用Zn、Mn和Ni等有害物质,少渣或无渣,资源利用率高,可在室温下处理,且处理快速,工艺简化(不需表调和钝化),设备投入小,是前处理技术的发展方向,在新车间规划时应考虑。
        结语
        车间工艺规划是汽车工艺开发过程中最重要的环节,在新车间规划中考虑新技术是减少投资、降低能耗和减少VOC排放最有效的途径。本文介绍了几种对车间规划影响较大的新技术,这些新技术是涂装技术的发展方向,会对汽车生产产生深远的影响,因此汽车涂装工艺技术人员应该消化吸收这些技术,在车间规划时进行充分论证,并根据具体情况采用这些新技术。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则