淺談水性3C1B涂裝工藝設備規劃建設

楊蘇生 吳文鋒

摘 要：文章圍繞安全環保、能耗、質量、成本、交付詳細介紹水性3C1B涂裝工藝設備規劃及建設。包括項目規劃階段的立項背景及總體思路，各工序工藝設備的詳細介紹，關鍵技術及主要創新點。

關鍵詞：水性3C1B；工藝設備規劃和建設；安全環保；能耗；質量；成本；交付

中圖分類號：U466 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）12-135-04

Abstract： An introduction on Equipment Layout and Construction of Car-body 3C1B Coating Process in detail， Safety and environment protection， energy， quality， cost and delivery is widely involved. The planning background and entire mind， detailed introduction for each process equipment， critical techonology and main innovations are fully discussed.

Keywords： waterborne 3C1B； Equipment Layout and Construction； Safety and environment protection； Energy； Quality； Cost； Delivery

CLC NO.： U466 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-135-04

引言

江西五十鈴是日本五十鈴在中國的戰略投資項目。涂裝廠工藝設備投資2.5億元，設計生產綱領12JPH，設計產能年產5萬輛（預留二期24JPH）。采用了目前國際流行的、成熟的、符合安全、節能、環保、清潔生產要求的汽車車身涂裝生產技術。

主要工藝設備包括前處理、電泳、烘房、噴房、工作區（室）、工藝空調送排風系統、機器人、輸調漆系統、滑撬輸送系統和自動化控制系統。采用水性3C1B的涂裝體系，中面涂均采用水性涂料。產品包括D-MAX皮卡和Mu-X SUV及瑞邁系列產品，2015年2月12日正式投產。

1 設計原則

項目規劃階段組織集團內涂裝專家、日方專家多次評審，并參考國內外水性3C1B涂裝線，確定了建設一條國內領先、自動化程度較高的商用、乘用車的柔性化涂裝生產線。設計原則如下：

1）采用水性3C1B先進涂裝工藝，滿足節能環保要求，適應日益嚴格的節能環保標準；

2）采用成熟、先進、可靠的工藝設備，達到國內同行業皮卡、SUV先進水平；

3）關鍵設備部件進口，一般設備國產名優，控制投資；

4）中面涂和清漆采用先進的壁掛式機器人噴涂；

5）分區布置，方便生產管理；

6）分期建設，一期年產5萬臺，二期10萬臺。

2 工藝技術方案

2.1 工藝布局

亮點：分區布局，作業區域主要集中在一樓，潔凈區和烘干爐布置在二樓，熱量向上揮發，增加了作業員工舒適度，空調集中在局部三層。

2.2 工藝技術方案

2.2.1 前處理線

主要包括：熱水洗、預脫脂、脫脂、水噴洗、水浸洗、表調、磷化、水噴洗、水浸洗、純水噴洗、純水浸洗。

主要技術特點：中低溫磷化脫脂工藝節省大量能耗；多級反向溢流漂洗工藝減少用水量及廢水處理量；二次、四次水洗槽代替脫脂、磷化轉移槽，節省投資費用；磷化加熱只用一級換熱，節省能耗及投資；雙擺桿輸送系統。

2.2.2 電泳線

主要包括：電泳、UF噴、UF浸、純水噴、純水浸。

主要技術特點：采用薄外膜超高泳透力電泳底漆；多級反向溢流漂洗工藝，提高了電泳涂料的利用率。

2.2.3 打膠線

主要包括：底涂線、焊縫密封膠線、裙邊膠線及膠預烘干爐。

主要技術特點：底涂線采用新型摩擦式底涂輸送機，可節省空間高度2米，節省投資15%左右。

2.2.4 中面涂線

主要包括：底漆擦凈、中涂、中涂閃干、色漆、色漆閃干、清漆、中面涂烘干。

主要技術特點：采用U型結構，優化了整體工藝設備布局；噴涂機器人采用了壁掛方式，減小了噴房尺寸，降低了能源和涂料的消耗。

2.2.5 機運輸送系統

主要采用擺桿輸送機、地面滑橇輸送機、空中滑橇摩擦輸送機相結合的機械化自動控制輸送系統。

2.2.6 自控系統

自控系統分為機運控制系統和工藝控制系統，將全廠設備進行了分類管理，按照工藝生產線劃細分為8個區，每個區都有單獨的主控柜，由 PLC進行邏輯控制。

2.2.7 消防系統

主要包括：普通消防管道、噴淋消防管道和二氧化碳消防的三級消防體系。

3 關鍵技術及主要創新點

3.1 新技術的應用：水性3C1B涂裝工藝

3.1.1 概述

與傳統的3C2B工藝相比，減少了中涂烘干過程，三道涂層在一條噴漆線上完成，中涂烘干、中涂打磨、中涂儲存和面涂擦凈等工序相應取消，簡化了涂裝工序。

與溶劑型涂料相比，優點如下：1）水性涂料以水作為分散劑，降低火災發生風險，減輕了污染，改善了作業環境，節省了資源；2）對材質表面潤濕性好；3）噴槍可用水清洗，大大減少了清洗溶劑的消耗。

3.1.2 技術難點及解決方案

難點一：對底材缺陷的遮蓋性能差

解決方案：

1）綜合考慮涂膜外觀、焊裝生產節拍，選用120#砂紙對白車身進行打磨，400#砂紙用于打磨精修區域，解決面漆噴涂后打磨痕問題；

2）選用了高外觀的電泳底漆，減少電泳打磨量；

3）對底漆打磨制定作業標準。

難點二：車間環境和設備潔凈度要求高

解決方案：

1）人員管理：進入涂裝區域所有人員統一穿戴防塵靜電服；

2）設備管理：所有設備用油進行防縮孔、耐溶劑的測試；由專業保潔公司進行保潔；

3）原輔料管理：所有原輔料進行潛纖維、防縮孔、耐溶劑的測試；

4）作業方法：所有員工按作業順序書進行操作。

難點三：環境溫濕度控制要求嚴格

解決方案：

選用帶溫濕度可控的噴涂室空調，初始設置為25±1℃，后來根據當地天氣的大致變化，制定了針對夏季、冬季和春秋季的不同溫濕度控制要求，具體可見表1。

3.2 新技術的應用：壁掛式噴涂機器人

面漆線外表面噴涂選用壁掛式噴涂機器人，優勢如下：1）無導軌、壁掛式，節約噴房寬度；2）工作范圍大，減少了機器人數量；3）排放的污染物少；4）編程省時省力，操作維護方便。

3.3 新技術的應用：薄膜超高泳透力電泳底漆

3.3.1 概述

其優點如下：環保性，不含重金屬等有害物質；涂裝能耗低，CO2排放量低；與傳統CED產品比較，涂料消耗成本降低約20%；涂膜外觀平整光滑，改善中上涂外觀；超高泳透力水平，四枚盒泳透力提高55%以上；涂膜性能佳，15μm的涂膜與常規20μm的涂膜質量性能相同；良好的施工性，副資材配套性良好。

3.3.2 調試技術難點及解決方案

難點一：對白件車身表面粗糙度要求高

解決方案：

1）將白件車身的打磨砂紙從80#變更為120#，粗打磨位置需要精細研磨；

2）規范油石打磨，減少油石打磨量，降低電泳車身漆膜的油石痕；

3）制定白件車身的轉間標準，控制白車身質量。

難點二：入槽條紋

解決方案：

1）調整電泳槽液參數；

2）降低二段的施工電壓；

3）對銅排進行改造，將一段電壓銅排和二段電壓銅排分開，絕緣處理。

難點三：縮孔風險控制

解決方案：

對白件車身涉及到的油品、膠類、前處理液、輔材、烘房潤滑油等進行縮孔配套性確認。

3.3.3 涂膜性能（簡）

3.4 新技術的應用：GRACO電動泵

水性油漆要求從攪拌器的攪拌、管路彎曲、穩壓器、過濾器等皆為低剪切設計。水性漆粘度高，在綜合考慮水性油漆的各項施工條件后，選用GRACO立式柱塞電動泵。其優點包括：系統壓力脈動小；更低的油漆的剪切力；可導入休眠模式，比正常生產模式節約能耗67%。

3.5 創新技術的應用：舊風回收技術

本涂裝線空調送排風采用了舊風回收技術，對打磨、擦凈、檢查精修工位排風進行了回收利用，經過過濾，對廠房內送風，形成廠房微正壓，節約了能源。尤其在冬季，降低對送風的加熱量，減少了燃氣使用量，原理如下圖：

3.6 技術難點：面漆爐溫調試

面涂烘干爐的爐溫控制存在以下難點：

1）預熱段溫度不能太高，以防止車體升溫速度過快；

2）預熱段的升溫速率應該加以控制，升溫速度低于12℃/min；

3）在提升至140℃保溫溫度前，實現110℃*5min左右的升溫平臺（技術難點），將有利于清漆的熱流平，提高涂膜的外觀質量；

4）車身各部位溫度需要達到140℃維持20min的烘烤，以便達到最佳的固化效果。

解決方案：根據油漆的固化參數窗口，初步設定烘房加熱所需要的溫度。通過爐溫跟蹤儀來測試車身的不同點來顯現特定溫度下的時間，根據所顯現的溫度和時間的關系，經過多次測量來確定最終的爐溫曲線，詳細參見圖5。

3.7 新技術應用：熱回收式熱力焚燒系統

該系統可以充分回收利用分解有機廢氣時所放出的熱能，降低整個系統的能源消耗，是大風量、高濃度有機廢氣理想的處理方式，尤其是生產過程中需要大量熱量時特別適用，其特點如下：

氧化溫度為760-815℃；

有機廢氣在燃燒室的逗留時間為1-2秒；

可以達到99%以上的有機廢氣分解率；

使用多級熱回收，充分回收利用熱能；

燃燒器輸出的調節比則可達26：1；

設備的使用壽命很長。

3.8 創新技術：綜合節能

3.8.1 工藝節能

工位送排風空調采用舊風回收技術對廠房進行二次送風；中面涂噴房采用春秋季、夏季、冬季三種模式，能耗下降15%左右；烘干爐采用熱回收式熱力焚燒系統，節省能耗。

3.8.2 貯運節能

公用動力設施均貼建涂裝車間，減少路程能耗損失；廠房內變配電所盡量接近負荷中心或大容量設備處，大大降低供電線路上的損耗。

3.8.3 公用節能

照明采用高效節能燈具，燈具選用合理的配光曲線及控制方式；空調系統各類管道均采用保溫性能良好的優質材料，減少冷、熱量的損耗。

3.9 創新技術的應用：最新工業以太網控制架構

ETHERNET/IP現場總線技術有以下幾點優勢：支持環網結構，某段網絡故障時不影響整個網絡通訊，可以邊生產邊處理故障；網絡節點數量幾乎不受限制，后期增加節點非常方便，可擴展性強；通訊速率高，接線方便；調試方便，有專用軟件進行網絡狀態監控和故障診斷；極具前瞻性和可推廣性。

4 未來規劃

4.1 總體構思

在項目規劃階段結合二期改造及節能環保要求，制定了未來提升產能及安全環保、能耗、質量、成本、交付的總體規劃思路：前處理零排放、前處理無磷磷化（預留氧化鋯技術）、緊湊型涂裝（B1B2）、干式噴房、噴房循環風、轉輪濃縮焚燒等。

4.2 具體規劃

4.2.1 安全環保

輪轉濃縮焚燒、貨箱寶膠霧回收（方案論證完成）、粉末涂料、無磷磷化、干式噴漆室。

4.2.2 能耗

噴房循環風技術、低溫磷化、膠烘房降溫、無打膠烘房、變頻改造（已部分自主實施完成）。

4.2.3 質量

自動擦凈機器人（實施中）、內表面噴涂機器人（二期）、底部膠和裙邊膠機器人（二期）、貨箱寶噴涂機器人（調研中）、顆粒改善項目（持續進行中）。

4.2.4 成本

免中涂項目（正在實施）、余膠回收。

4.2.5 交付

JPH提升項目（已實施完成，JPH從12提升至16）、輕卡中卡與皮卡和SUV混線生產、中央控制室。

5 結語

本項目積極響應國家節能環保的號召，在整車生產涂裝工藝環節，采用水性環保油漆，極大的降低VOC排放。在國內首次將水性3C1B涂裝線應用于皮卡生產線，是江西省第一條水性涂裝線，填補了江西省汽車涂裝行業水性3C1B涂裝生產線的空白。涂裝生產線15年壽命為計算依據，減少VOC排放約1260噸。

參考文獻

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