車身涂裝工藝設(shè)計(jì)研究

1、車身涂裝工藝設(shè)計(jì)研究（九院蓋東輝）車身涂裝工藝設(shè)計(jì)研究（九院蓋東輝）0902乘用車車身涂裝工藝規(guī)劃研究蓋東輝 馬汝成 （機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院 130011 ） 摘要 本文通過分析論述大型乘用車車身涂裝車間的工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)理念， 對(duì)大型多層乘用車車身涂裝車間工藝布置、 工藝設(shè)備、 設(shè)施的選擇應(yīng)用以及設(shè)計(jì)思路等進(jìn)行了研究探討。 關(guān)鍵詞 工藝布置、分析與優(yōu)化大型乘用車車身涂裝車間代表了汽車涂裝技術(shù)的最高水平， 它通常都采用多層立體化、區(qū)域化工藝布置方式，工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)難度大，工藝布置復(fù)雜。但是，可以充分的利用空間、有效的規(guī)劃使用工藝面積和節(jié)省占地面積。本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)體會(huì)對(duì)大型多層乘用車車身涂裝車

2、間的工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)理念進(jìn)行一些研究和探討。工藝規(guī)劃的關(guān)鍵點(diǎn)工藝布置區(qū)域化、立體化、潔凈化區(qū)域化、 立體化布置是把同類型、 同潔凈度要求的涂裝設(shè)備布置在車間同一區(qū)域和樓層。 目的是按不同的潔凈度分區(qū)。 通常涂裝車間劃分為一般潔凈區(qū)、 潔凈區(qū)、烘干區(qū)及噪聲區(qū)等。一般潔凈區(qū)布置密封、車底噴涂線及手工操作的檢查、打磨、修整、返修等易產(chǎn)生塵埃顆粒的工位， 并與各種輔助設(shè)備和潔凈度要求較低的各類庫(kù)房、 物流輸送頻繁的各種材料存放地， 在多層廠房底層布置。 潔凈度要求高的噴漆設(shè)備為潔凈區(qū)， 在車間二層布置。 烘干室及各排空線在車間二層或三層布置， 防止熱污染?？照{(diào)機(jī)房噪聲大布置在車間第三層或頂層。 噴漆排風(fēng)機(jī)

3、房和煙囪布置在噴漆室附近的側(cè)面或端部區(qū)域。 為了防止臟物、 噪聲和熱的污染， 采用金屬輕質(zhì)密封隔墻將噴漆區(qū)、烘干區(qū)、空調(diào)機(jī)房封閉，空調(diào)機(jī)房設(shè)在頂層時(shí)用樓板封閉，用磚墻將噴漆排風(fēng)機(jī)房、 噴漆室下部的水洗系統(tǒng)和廢漆處理設(shè)備封閉。 通過分區(qū)和分層工藝布置，實(shí)現(xiàn)了涂裝車間區(qū)域化、立體化。這樣能充分利用使用面積，節(jié)省占地面積。通過區(qū)域化、立體化布置，并滿足不同的潔凈度要求，實(shí)現(xiàn)全車間的潔凈化。 1.2 車間物流順暢、短捷大型多層乘用車車身涂裝車間生產(chǎn)物流輸送立體交叉，涉及機(jī)械化類型較多。通常大型乘用車車身涂裝車間內(nèi)的機(jī)械化輸送距離長(zhǎng)達(dá)6-7 公里， 車身由涂裝車間入口到涂裝車間出口通常運(yùn)行時(shí)間為基本型乘

4、用車需要6.5-7 小時(shí)， 雙色乘用車或多功能車（MPV和運(yùn)動(dòng)型多用途車（SUV等需要9-9.5小時(shí)。車間物流需經(jīng)相關(guān)專業(yè)配合多次優(yōu)化完成。涂裝車間物流要做到各種物流便捷順暢，涂裝產(chǎn)品、涂裝材料、設(shè)備維修、廢物輸送等物流不能相互干涉； 根據(jù)生產(chǎn)組織需要有相應(yīng)的工序間產(chǎn)品排空、 緩沖、編組輸送線； 不合格產(chǎn)品可隨時(shí)就近下線， 返回打磨返修； 盡量縮短產(chǎn)品的物流路程。 切忌按涂裝工序羅列生產(chǎn)物流， 忽略其他物料運(yùn)輸。 1.3 柔性生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品多元化涂裝車間能夠多品種混流生產(chǎn)，不僅需要合理確定通過的產(chǎn)品最大外形尺寸，還要考慮機(jī)械化輸送能否滿足不同平臺(tái)產(chǎn)品輸送要求， 能否滿足不同類型產(chǎn)品的噴漆質(zhì)量。

5、根據(jù)不同產(chǎn)品的不同涂裝工藝要求，實(shí)現(xiàn)涂裝車間生產(chǎn)產(chǎn)品多元化、工藝柔性化。 1.4 環(huán)保節(jié)能型廠房和設(shè)備全密閉廠房的涂裝車間應(yīng)采用封閉、隔熱、減振、降噪等方法，保護(hù)車間工作環(huán)境。 廠房密閉和保溫至關(guān)重要， 在保證室內(nèi)環(huán)境潔凈的同時(shí)， 要采取節(jié)能建筑結(jié)構(gòu)和措施。 選擇的涂裝設(shè)備應(yīng)可靠節(jié)能， 特別是噴漆室和烘干室的結(jié)構(gòu)形式的確定， 將直接影響車間能耗。 充分考慮前處理和電泳設(shè)備水的循環(huán)使用及節(jié)水措施，烘干室的煙氣熱回收及余熱再利用等。1合理確定工藝基礎(chǔ)參數(shù)工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)需要合理確定各類設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)， 如車身質(zhì)量、 表面積等， 由于涂裝產(chǎn)品向多元化發(fā)展，應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)確定值。列表說明如表1。表 1 工藝

6、基礎(chǔ)參數(shù)確定匯總表序號(hào) 1 2 3 項(xiàng)目名稱 車身質(zhì)量（多品種混線生產(chǎn)） 車身延展面積車身自動(dòng)噴涂面積 （外表面） 車身長(zhǎng)寬高 廠家給定上限350kg （部分產(chǎn)量） 90m15m2 設(shè) 計(jì)確定值300kg 80m 12m 4800 X 1800X 1500mm 2敢上限值設(shè)計(jì)不利結(jié)果 增大 各類烘干室安裝功率，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)造成浪費(fèi)。 增加電泳槽陽(yáng)極面積，增加各清洗工序耗水量。 增加機(jī)器人數(shù)量， 增加自動(dòng)段噴漆室長(zhǎng)度。 增加生產(chǎn)線上各種設(shè)備長(zhǎng)度或容量。 基礎(chǔ)參數(shù)范圍 允許通過車身質(zhì)量范圍 250kg-350kg 允許通過車身延展面積范圍70-90 m2允許通過車身自動(dòng)噴漆面積范圍 8-15 m2允

7、許通 過最大車身4800X 1800X 1500mm （部分產(chǎn)量）2 （部分產(chǎn)量）4800 乂 1800X 1500mm （部分產(chǎn)量）4 2工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)分析區(qū)域化、立體化、潔凈化的工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)在工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮完整、全面，符合實(shí)際生產(chǎn)情況。對(duì)于特大型項(xiàng)目，應(yīng)事先根據(jù)產(chǎn)品的工藝流程，制定涂裝車間的物流圖、 功能圖， 然后繪制工藝布置圖。物流圖和功能圖見圖1、圖2。圖 1 乘用車車身涂裝車間物流圖2 乘用車車身涂裝車間功能圖物流圖、 功能圖表示涂裝車間生產(chǎn)過程和布置情況。 區(qū)域化、 立體化布置很容易實(shí)現(xiàn)涂裝車間潔凈分區(qū)。 經(jīng)驗(yàn)證明， 涂裝車間保持潔凈度要求， 可降低返修率達(dá) 5%以上。因此，區(qū)

8、域化、立體化布置是降低涂裝成本的有效手段。新型涂裝工藝布置思路： 在實(shí)現(xiàn)區(qū)域化、 立體化布置的同時(shí)， 使電泳和密封線、中涂和面漆線分別布置在兩個(gè)獨(dú)立的廠房中， 兩個(gè)廠房分平行式和垂直式兩種涂裝工藝布置方式。2根據(jù)能耗和潔凈不同要求分別考慮， 以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保， 達(dá)到需要潔凈的區(qū)域更加潔凈。布置簡(jiǎn)圖見圖 3。圖 3 新型涂裝工藝布置簡(jiǎn)圖可實(shí)施性思路工藝布置方案必須考慮下列因素：各種設(shè)備和設(shè)施齊全，但是，功能不過剩。方便施工建設(shè)和安裝維修，使各種施工周期盡量短。在消防、環(huán)保、安全、衛(wèi)生等方面符合國(guó)家法規(guī)。 要全面考慮車間物流， 初步確定各種設(shè)備安裝時(shí)進(jìn)入車間的入口或位置；細(xì)分各種物流通道，包括消防、

9、備件、材料、維修及人員疏散等通道；考慮各層物流、人流樓梯、電梯、設(shè)備安裝孔洞等運(yùn)輸方式。并且要充分利用通道上方的有效空間， 實(shí)施公用管線布置。 使工藝方案具有可實(shí)施性， 保證滿足正常生產(chǎn)和生產(chǎn)管理。 2.3 注重環(huán)保，使工作環(huán)境人性化乘用車車身涂裝車間廠房為密閉廠房，其中使用對(duì)人體有害的化學(xué)藥品較多，各類設(shè)備會(huì)產(chǎn)生噪聲和熱量， 對(duì)工作環(huán)境造成不良影響。 為了避免工人工作環(huán)境變得惡劣，保證工人正常工作和質(zhì)量穩(wěn)定，必須注重涂裝車間工作環(huán)境人性化。將烘干區(qū)布置在車間上層，將空調(diào)及排風(fēng)風(fēng)機(jī)布置在車間隔音的空調(diào)機(jī)房層，消除不良環(huán)境影響。 全車間通風(fēng)換氣， 有化學(xué)藥品的房間進(jìn)行單獨(dú)全室通風(fēng)， 改善房間空氣

10、質(zhì)量。 設(shè)置應(yīng)急設(shè)施對(duì)被化學(xué)品傷害人員進(jìn)行緊急救治， 夏季對(duì)操作工位、休息室送制冷后的新鮮風(fēng)，設(shè)置更衣淋浴、衛(wèi)生間、餐廳等，通過工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)工作環(huán)境人性化。 2.4 涂裝生產(chǎn)工藝柔性化，適應(yīng)產(chǎn)品多元化生產(chǎn)為能實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)多品種混流生產(chǎn)， 有些車型需套色及大返修， 其套色噴涂工作量和大返修車身噴涂工作量較小， 其噴涂位置變化較大， 不適合返回機(jī)器人面漆線進(jìn)行噴涂， 可布置一條實(shí)用的綜合噴漆線， 完成該項(xiàng)工作。 有些高檔乘用車采用四涂層珠光漆， 四涂層車身一般只占生產(chǎn)綱領(lǐng)的一部分， 無需增加滿足四涂層的噴漆線， 可利用面漆線或中涂線循環(huán)， 或利用綜合噴漆線， 合理安排底色涂層打磨及面漆線前編組線

11、路， 實(shí)現(xiàn)四涂層工藝。 為滿足定單化生產(chǎn)需要， 在調(diào)漆間布置、噴涂機(jī)器人配置及工序間緩沖存放等幾個(gè)方面要考慮小漆種工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)。主要工藝設(shè)備選型與節(jié)能環(huán)保涂裝車間的各種工藝設(shè)備、 輔助設(shè)備和公用設(shè)備的選型， 要環(huán)保、 節(jié)能、 經(jīng)濟(jì)、適用，功能不應(yīng)過剩。前處理、電泳設(shè)備前處理、電泳設(shè)備的噴淋室、工作液槽、轉(zhuǎn)移備槽及輔助設(shè)施分三層布置，這種布置形式設(shè)備規(guī)整， 工作液槽與轉(zhuǎn)移槽間倒槽方便， 但相應(yīng)設(shè)備投入較大。 根據(jù)實(shí)際情也可以采用噴淋室、 工作液槽雙層布置， 轉(zhuǎn)移槽及輔助設(shè)施合理布置在主體設(shè)備旁邊，這種結(jié)構(gòu)能節(jié)省材料，降低設(shè)備造價(jià)。輸送設(shè)備不同前處理和電泳設(shè)備的結(jié)構(gòu)也不同。 采用推桿懸鏈或摩擦鏈輸

12、送機(jī)時(shí)，前處理、電泳室體上部按機(jī)械化軌跡進(jìn)行仿形布置，通過采用大C型吊具及仿形室體設(shè)計(jì)能夠?qū)⑤斔蛻益溑c前處理、電泳產(chǎn)生的各種腐蝕性水汽隔離，有利于保護(hù)輸送懸鏈系統(tǒng)。前處3理、電泳機(jī)械化裝置采用擺桿輸送機(jī)、 Rodip 輸送機(jī)、多功能穿梭機(jī)、倒掛升降輸送機(jī)，傳動(dòng)（鏈）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置在浸槽兩側(cè)，室體頂部采用斜板結(jié)構(gòu)將凝結(jié)的水滴導(dǎo)流，防止水滴、油滴落在車身及槽液里，確保涂裝質(zhì)量，明顯縮短設(shè)備長(zhǎng)度。其中： Rodip 輸送機(jī)、多功能穿梭機(jī)是滾浸式輸送機(jī)，采用全旋轉(zhuǎn)浸漬輸送技術(shù)，使車身入槽后旋轉(zhuǎn)180或360底板朝上反向前進(jìn)，能大幅度縮短設(shè)備長(zhǎng)度，節(jié)約投資；節(jié)省電能、化學(xué)藥品和后沖洗水；顯著提高產(chǎn)品涂裝質(zhì)

13、量。多功能穿梭機(jī)更適合柔性化生產(chǎn)。 2.5.2 噴漆室噴漆室主要為文式和水旋式結(jié)構(gòu)形式。 采用文式噴漆室， 調(diào)輸漆間位置及輸漆管路走向規(guī)劃較方便， 并且容易布置在噴漆室下部或近旁。 布置方式為直線型和U 型。采用 U 型布置距離排風(fēng)煙囪近，排風(fēng)機(jī)布置方便，投資與運(yùn)行費(fèi)用低，適合水性漆的面漆噴漆室布置。近年來多采用機(jī)器人噴漆， 內(nèi)置式機(jī)器人占用空間大， 噴漆室能源浪費(fèi)大。 外置式或壁掛式機(jī)器人是選用趨勢(shì)，它使噴漆室寬度降至3.8m 或更窄，大量減少噴漆送風(fēng)量，節(jié)省能源和降低CO2出量。以前高速旋杯的出漆量為300600ml/min ，目前出漆量最大已達(dá)1000ml/min ，使機(jī)器人數(shù)量減少，有

14、些工位有減半的趨勢(shì)。文氏噴漆室的漆泥處理裝置布置在下部， 集中管理較方便。 水旋式噴漆室的漆泥處理集中布置在噴漆室附近的漆泥處理間內(nèi)， 大型多層涂裝車間采用水旋式噴漆室正逐漸減少。機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)備采用滑橇輸送機(jī)、 反向積放鏈或摩擦鏈輸送機(jī)等。 也有帶托架的獨(dú)立板鏈輸送系統(tǒng), 其前后需要工件轉(zhuǎn)載。為噴漆室供風(fēng)的空調(diào)機(jī)布置在噴漆室上方或側(cè)面?？照{(diào)機(jī)布置在噴漆室上方，廠房需要加高，高層建筑超過24m會(huì)提高消防等級(jí)及增加投資。因此，廠房高度 應(yīng)該控制在24m以下。將空調(diào)機(jī)布置在噴漆室側(cè)面也是一種布置方式。2.5.3烘干室烘干室盡量集中布置，便于動(dòng)能集中供應(yīng)和環(huán)境隔熱。烘干室常采用了口型結(jié) 構(gòu)，也可采用F

15、型結(jié)構(gòu)，將換熱系統(tǒng)放在烘干室頂部樓板以上，在烘干室下面可布置其它操作工序。 但是， 電泳烘干室工作溫度較高， 烘干室形式應(yīng)該采用傳統(tǒng) 的口型。膠烘干室可以采用直通型結(jié)構(gòu)。u型橋式烘干室便于集中布置，節(jié)能，省投資，管理方便。型型和r型烘干室的輸送系統(tǒng)為帶垂直升降裝置的輸送機(jī)， U 型橋式烘干室的輸送系統(tǒng)為反向積放鏈、摩擦鏈或反向單軌輸送機(jī)（IMC）。烘干室的廢氣處理裝置可選用蓄熱式熱力直燃系統(tǒng)（RTO或回收式熱力直燃 系統(tǒng)（TAR ,烘干煙氣中的熱量應(yīng)回收利用。以前烘干室換熱大多采用集中供 熱系統(tǒng)（TAR ,由一套焚燒爐集中供熱，使排放煙氣溫度達(dá)到160c以下；最近采用蓄熱式熱力直燃系統(tǒng)（RTO

16、集中處理烘干廢氣也在逐漸增多。國(guó)產(chǎn)烘干 室排放的煙氣溫度大于200，應(yīng)該回收利用余熱?？蓪⑴欧诺臒煔馐占?，通過新風(fēng)換熱裝置對(duì)新鮮空氣加熱后排放。這樣溫度可降至160以下，能明顯降低CO2HF出量。2.5.4 電控設(shè)置先進(jìn)的電控是現(xiàn)代化大型多層乘用車車身涂裝車間必要的組成部分， 電控通常 按下幾個(gè)方面考慮。? 識(shí)別系統(tǒng)采用耐高溫、耐化學(xué)腐蝕的數(shù)據(jù)載體。 ? 用現(xiàn)場(chǎng)總線連接現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器等電氣設(shè)備。？用帶人機(jī)界面的PLC控制涂裝設(shè)備。？用工業(yè)以 太網(wǎng)連接各PLG設(shè)中央控制室，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與辦公自動(dòng)化系統(tǒng)及生產(chǎn)管理 ERP系統(tǒng)連接。? 適量設(shè)置大屏幕顯示裝置，及時(shí)傳達(dá)生產(chǎn)信息。? 重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域

17、及重要車間物流門設(shè)攝像監(jiān)控系統(tǒng)。通過這些電控措施便于生產(chǎn)管理， 提高生產(chǎn)效率, 降低單車能耗和材料消耗等。工藝優(yōu)化目前我國(guó)生產(chǎn)的乘用車產(chǎn)品主要源于美系、 歐系、 日系和韓系， 以及國(guó)內(nèi)自主系列產(chǎn)品。 盡管涂裝工藝大體相同， 但是， 不同體系的產(chǎn)品依據(jù)其企業(yè)內(nèi)部的產(chǎn)品和涂裝工藝涂層標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定仍有不同。 因此， 在進(jìn)行工藝分析和規(guī)劃時(shí)， 應(yīng)該根據(jù)不同品種或體系的產(chǎn)品細(xì)化不同的涂裝工藝。例如：? 根據(jù)乘用車的基本型、 多功能型（ MPV） 、 運(yùn)動(dòng)多用途型（ SUV） 等不同品種，確定不同的工序過程；? 根據(jù)乘用車的相同品種而不同體系， 確定同種涂裝工藝采用不同的工序數(shù)和工序順序等；? 根據(jù)不同品種不

18、同體系，確定采用不同的工藝材料、制造技術(shù)、設(shè)備配置、操作方法等。進(jìn)行工藝優(yōu)化在涂裝工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)中十分重要， 它不僅能夠決定經(jīng)濟(jì)合理的工藝規(guī)劃， 同時(shí)將為建設(shè)企業(yè)節(jié)省建設(shè)資金， 保證功能不過?；蚨倘?， 降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。土建公用措施大型多層乘用車車身涂裝車間廠房結(jié)構(gòu)和內(nèi)部各種公用設(shè)施及管路布置很復(fù)雜，需要周密思考確定。廠房節(jié)能降耗保證車間潔凈廠房結(jié)構(gòu)可設(shè)多跨，跨度大小應(yīng)綜合考慮。應(yīng)加強(qiáng)墻體、屋面的密封和保溫，選擇保溫密封性好、節(jié)能型建筑材料，提高節(jié)能效果。屋面吊掛較少，可采用輕型鋼梁，便于施工。涂裝車間屋面開洞較多，屋面開洞位置必須保證準(zhǔn)確無誤。 涂裝廠房除生活間特殊需要外

19、， 廠房外墻盡量不設(shè)可開窗， 可采用單框雙玻密閉固定窗， 盡可能提高車間的密封性能， 人員進(jìn)出均通過車間風(fēng)淋室， 物料進(jìn)出通過帶雙道風(fēng)幕密封門的專用防塵過廊。 2.7.2 廠房通風(fēng)布置涂裝車間全封閉廠房供風(fēng)系統(tǒng)為全空調(diào)供風(fēng)方式， 盡量采用回風(fēng)裝置， 節(jié)約能源。一、二班生產(chǎn)時(shí)，全部供新風(fēng)或加少量室內(nèi)回風(fēng)；三班停產(chǎn)時(shí)，全部采用室內(nèi)回風(fēng)。 2.7.3 公用設(shè)施及管道布置涂裝車間的公用設(shè)施應(yīng)按照使用方便布置。 各類不同的公用管線多達(dá)二十種以上，需將公用管線合理規(guī)劃，分列或分層布置，及時(shí)繪制管道布置司令圖。借助計(jì)算機(jī)三維匯總， 使公用管道布置線路通暢合理， 避免各類公用管線相互干擾碰撞。3 工藝布置中幾

20、個(gè)值得注意的問題車身產(chǎn)品大都采用多品種多樣化生產(chǎn)。為了保證生產(chǎn)柔性化，大型車身涂裝線應(yīng)該設(shè)置漆前的白車身編組站、 漆后車身編組站和面漆前顏色編組站， 按品種和顏色存放車身并具有單車召喚功能。 對(duì)每個(gè)工藝段（ 電泳、PVC、 中涂、 面漆 ）后邊都設(shè)有緩沖線， 保證工件班后或意外事故跑空。 編組站和緩沖線的存車數(shù)應(yīng) 該適量，不宜過大。人工打磨修整操作工位應(yīng)全封閉，在易產(chǎn)生灰塵的環(huán)境區(qū)域可設(shè)置水分噴霧器，在操作工位入口可設(shè)粘性地面等，更有利于保持潔凈度。涂裝產(chǎn)品表面質(zhì)量要求高，在每個(gè)工藝段（ 電泳、中涂、面漆等） 應(yīng)設(shè)置離線返修工位，保證不合格產(chǎn)品及時(shí)修整。在PVCffi面漆后邊設(shè)置質(zhì)量抽檢（Audit） 工位， 在電泳、 中涂和面漆強(qiáng)冷室后邊可設(shè)置質(zhì)量反饋檢查工位， 保證產(chǎn)品質(zhì)量。點(diǎn)修補(bǔ)和大返修準(zhǔn)備應(yīng)具5備