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发表于 2020-3-11 08:27:05 | 显示全部楼层 |阅读模式

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商用车发动机涂装工艺设计浅析

董美琛*,张焕亮
(浙江吉利新能源商用车集团有限公司,浙江 杭州 310000)
【中国汽车材料网】摘要:从新工厂设计前的信息收集、工艺布局(包括上线、放油、遮蔽、水洗、脱脂、硅烷/除锈、吹水、烘干、喷漆等)、设备构成(包括前处理系统、喷漆系统、空调系统、烘干系统、电气控制系统和环保系统)、材料选择等方面阐述了商用车发动机涂装工艺设计。
关键词:商用车;发动机;涂装;生产线

发动机作为汽车的心脏,具有举足轻重的作用。乘用车发动机大部分采用铝合金铸造成型,无需再进行涂装处理。商用车发动机多为铸铁件,与乘用车发动机有一定的差异,在成品完成前需要进行涂装,而且要兼顾装饰性和功能性。伴随环保压力的不断攀升,环保节能成为衡量生产线的重要指标,如何建设一座既符合法律法规又能够迎合行业发展趋势的工厂变得十分重要。
1 前期工作

工厂设计往往以产品为导向,需要在设计之初获取相关信息,包括产品类型、品质目标、材质、尺寸、质量、喷涂面积,以及产能、工作时间、生产班次、设备开动率等,同时还需要考量宏观信息,如政策导向、法律法规、环保要求、气候条件等。所收集的信息越是齐全,就越能设计出合理的工艺方案。


2 工艺设计

商用车发动机涂装工艺主要是从产品外观及必要的防腐两方面进行设计。常规的工艺布局[1]如下:

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图1 商用车发动机涂装的常规工艺流程

Figure 1 Common process flow for painting commercial vehicle engines


2.1 发动机涂装上线

在装配指定区域,工人通过专用挂钩将发动机固定在升降结构上,然后采用常温升降机将工件往涂装车间进行输送。为保证人身安全,输送线下方需设置安全网。

2.2 放油

[size=1em]放油工位可以安放在发动机上线前,具体位置根据现场情况而定。工人利用电动工具拆卸发动机底部放油螺栓,工位下方设置接油盘,油在重力作用下流入专用的接油容器,然后通过专用的泵及管路输送到机油处理间。根据放油实际所需时间布置工位或室体的长度。为提高整体的洁净度和安全性,可将该工序设置为封闭室体,预留送排风系统并布置必要的照明设施。

2.3 脱脂前遮蔽

[size=1em]前处理用的酸碱类化学药剂易对发动机核心零部件产生侵蚀,严重时损坏发动机相关零部件,因此在进入前处理之前要设置遮蔽工位,通过人工作业,采用专用塑料袋包覆或以其他非金属材料制作的专用随形贴片、胶带等对非亲水区域进行防护(如图2 所示)。

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图2 发动机产品遮蔽后准备进入前处理

Figure 2 Partial masking of engine prior to pretreatment


2.4 热水洗

[size=1em]通过热水洗来提高脱脂效果,对基体表面进行预热和初步清洗。

2.5 预脱脂/脱脂

[size=1em]在工业水中加入脱脂剂,清洗发动机表面携带的油污、灰尘等异物。

2.6 水洗

[size=1em]清洗脱脂后的发动机表面及夹缝中残留的液体,确保基体洁净。水洗工位数量根据需要进行设置,一般2 ~ 3 道水洗较合适。条件允许的情况下,脱脂后第一道水洗可考虑设置为热水洗,以便更好地提高产品质量。

2. 7 硅烷/除锈

[size=1em]对于产品定位和工艺要求较高的生产线,可考虑设置该工序,以提高产品的防腐性。国内部分生产线在脱脂后设有铁系或锌系磷化,但随着环保要求和工艺水平不断提高,可考虑设置硅烷处理来取代传统磷化。除锈可对发动机工件的机加工切削面以及未经处理的基材表面形成一定的保护。对于部分在散件供货时自带底漆的零部件产品,因本身具有一定防腐性能,故涂装时可取消相关工序。

2.8 吹水

[size=1em]采用压缩空气手动或自动吹水,去除外表面及夹缝中残留的水分,保证外观质量达到喷涂要求。品种单一、产量大的流水线可采用自动吹水,产品类型多的生产线则需预留人工吹水工位。

2.9 水分烘干

[size=1em]通过热风对基体表面的水分进行烘干,采用三元体直接换热。

2.10 喷漆前遮蔽

[size=1em]喷漆前遮蔽相对于前处理遮蔽要求略低,无需考虑进水风险的部位,主要是对非喷涂区域进行遮蔽,避免漆雾污染装配面或工艺孔等。遮蔽材料可使用随形贴片或根据需要进行开发。

2.11 机器人喷漆

[size=1em]为提高喷涂效率及喷涂质量,推荐采用机器人喷涂(见图3)。根据基体的形状及喷涂区域的实际情况,优先考虑地桩式喷涂机器人,高压混气喷涂的效率较高。另外,由于发动机外观形状和结构比较复杂,因此通常采用机器人+喷枪的形式进行涂装。喷涂后的流平时间根据工件外观质量及涂料特性而定,通常设计为8 ~ 10 min,条件允许的话可适当延长。

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图3 某公司发动机产品的机器人喷漆

Figure 3 Robot spraying of engines in a company


2.12 人工喷涂

[size=1em]人工喷涂的主要目的是弥补机器人喷涂无法达到或喷涂不到位的区域,以提高产品质量。对于质量要求不高的产品或非外观面的产品,有时也会用合适的毛刷进行点补或补刷。

2.13 油漆烘干

[size=1em]采用直通式烘干炉对油漆进行烘干。烘干室设置升温区和保温区,烘干条件根据材料自身的固化窗口进行设定。

2.14 卸遮蔽

[size=1em]油漆烘干完成后,人工去除发动机外表面的遮蔽材料。要控制作业手法,避免造成喷涂区与非喷涂区分缝线质量下降。针对机加工的外露位置,为避免后期产生锈蚀的风险,可考虑通过涂刷防锈油等形式进行防护。

2.15 其他

[size=1em]对于质量严重不达标的产品,可设置返工路线,进入喷漆室重新喷漆或修补。根据产能及占地面积需求,设置必要的成品或半成品存储区。根据产品需求,面漆通常喷涂一道色漆或清漆。有部分生产线的色漆喷涂由零部件供应商完成,因此在主机厂内部仅喷涂清漆来提高外观装饰性。对于需要海运或长距离运输的产品,需要另外考虑单独的防腐处理(如喷涂防腐蜡等)。

3 系统构成

[size=1em]为满足产品质量及设备稳定性的要求,优先选用国内优秀设计院及设备制造商。若预算受限或较在意投资成本,根据需要可适当降低供应商定位。空中积放链作为贯穿整个生产线的主要输送单元,进口品牌的价格是国产品牌价格的2 倍以上。输调漆系统可设置输调漆间进行集中供漆或在喷漆室周边就近布置。对于对外供货的生产线,颜色往往由买方提需求,一般采用小系统进行供漆喷涂。应根据产品颜色需求,合理布置小颜色系统的数量。

3.1 前处理系统

[size=1em]前处理线主要由工艺槽、室体、管路、自动除油系统、调温系统、药剂补加系统、供排风系统、人工工作区、平台等组成。在室体两端设置仿形门。前处理多采用喷淋方式清洗,各工艺槽为矩形。为保证除油效果,通常设置油水分离器、纸袋过滤机或其他更高效的除油装置。加料系统采用自动补加,无需设置集中加料区,在工艺槽就近布置即可。为避免热气外逸,建议在前处理出入口增加风幕。

3.2 喷漆系统

[size=1em]喷漆室选用不锈钢材质。前些年主要采用水旋等类似结构的漆雾处理措施,近几年为减少废水处理量,选用干式(纸盒式)漆雾分离系统更有利。对于投资较小,喷漆量不多,更换频次较低的生产线,建议采用纸盒处理方式。为实现节能减排,对于采用水性漆的场合,建议人工喷漆室送新鲜风,机器人喷漆室采用循环风,即人工段的新风经过滤后回用至机器人段。

3.3 空调系统

[size=1em]喷漆线(尤其是水性漆)对温湿度有一定要求,但相对于整车涂装,要求可适当降低。为节约投资,在空调功能段设置上可进行合理优化。

[size=1em](1) 喷漆室新风空调宜选用的功能段流程为:进风段→粗效(G4)过滤段→表冷段→加湿段→加热段(热水)→风机段→均流段→消音段→中效(F6)过滤段→出风段。

[size=1em](2) 循环风空调宜选用的功能段流程为:进风段→漆雾捕捉段→中效(F5)过滤段→表冷段→加湿段→风机段→出风段。

[size=1em](3) 工作室体空调宜选用的功能段流程为:进风段→加热段(热水)→粗效(G3)过滤段→表冷段→中效(F5)过滤段→风机段(风机可外置)。

3.4 烘干系统

[size=1em]采用直通式烘干炉对发动机基体进行加热,发动机油漆一般为低温烘干,温度范围70 ~ 90 °C。水分烘干约15 min,油漆烘干通常为20 ~ 30 min。烘干废气收集后通过RTO(蓄热式焚烧炉)进行处理。

3.5 机械化输送系统

[size=1em]发动机上下线通过升降机实现,整体采用空中积放推杆链形式进行输送,如图4 所示。根据功能段不同,可将输送链节拍分区域进行设置:前处理、喷漆等主要工艺线体设为慢速链,节拍通常为1 ~ 3 m/min;发动机上件及放油、储存区、烘干、强冷区等在节拍允许时可设置为快速链,节拍通常为8 ~ 15 m/min。

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图4 某公司输送系统示意图

Figure 4 Schematic diagram of conveying system of a company


3.6 电气控制系统

[size=1em]采用集散控制方式,通过中控室对车间生产状况、设备运行状态、工艺参数、设备报警等数据进行监视或控制。

3.7 环保系统

[size=1em]针对产量较大的溶剂型漆生产线,废气处理量较大的场合可考虑采用转轮吸附+RTO 处理。对于产能较低,处理量较小的场合,可考虑采用活性炭吸附等形式。

4 材料选型

[size=1em]发动机涂料属一般工业漆,目前主要有两种选择——环氧型低温漆及聚氨酯型低温漆。国内有很多材料供应商从事涂料开发和配套性供货,也有部分主机厂选择国外品牌油漆,例如PPG、艾仕得等。采用溶剂型漆进行喷涂已有较长历史,但随着环保压力的不断增大,近几年水性漆取代传统溶剂型漆的趋势愈加明显[2]。另外,鉴于单组分油漆的成本比双组分油漆的成本低,在满足产品质量要求的前提下,也可以考虑采用单组分水性漆。

5 结语

[size=1em]随着环保要求的不断提高以及顾客日益增长的消费意识,发动机涂装的设计水平和工艺理念也在不断地推陈出新。如何制造出高质量、低成本,且能够令顾客满意的产品,是每个涂装人都需要认真研究的课题。



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