第六章汽车涂装设计与涂装控制系统.docx

第六章汽车涂装工艺设计与涂装控制系统第一节汽车涂装工艺设计概论一、概述1、工艺设计的重要性工艺设计的优劣直接影响着产品的质量、生产效率和生产成本。涂装工艺设计是确定工艺设计方案的全过程。它是根据产品的涂层标准、生产纲领和生产物流，通过采用的工艺流程以及选用的涂装材料、涂装设备、涂装厂房、公用动力设施和生产辅助设施等优化组合实现。工艺设计要重视工艺流程和工艺布置，如果工艺材料和设备的选择及设计不合适，还可以更换。但是，工艺流程和工艺布置选择不合适、布置不合理将后患无穷。其后果是在生产过程中产生的质量问题无法解决、运行成本增加、经济效益低、不能满足国家规定的各种法规要求等。因此，必须高度重视工艺设计，并做到精心设计；设计出既符合生产工艺要求，又经济实用、整齐美观的合理布局。布置合理与否，将直接影响建设项目的投资、投产后的操作、检修和安全，以及各项经济指标的完成情况。若厂房布置过于宽敞，会增加建设投资；若过于紧凑，会影响日后安装、操作、检修等工作，甚至还会导致生产事故的发生。因此必须统一考虑，全面衡量，合理安排，切实做好车间布置工作。2、工艺设计的基本原则1）物流合理涂装工艺设计中的物流包括产品的生产工件物流和各种材料、物料及废物的物流。生产工件物流应选择运行路线短且尽量避免运行路线交叉。对于多层分区布置应尽量减少产品升降和往返次数。各工序应布置合理、衔接良好，且各工位布置要紧凑。各种材料、物料及废物的物流应选择运输路线短、尽量不通过生产操作区、存放场地尽量靠近使用位置。选用的物流运输设备或工具应经济可靠。2）立体化、区域化布置汽车涂装的装饰性要求越来越高。涂装环境的洁净度是提高涂装装饰性的重要条件。因此，工艺设计应按立体化、区域化分层分区布置各种设备及辅助设施。即按不同工序和不同工艺要求，达到不同洁净度以保证汽车涂装装饰性要求。应该设置喷漆洁净区、一般洁净区、烘干区和送排风设备区。尽量使辅助设施设在底层，喷漆操作间设在中层，送排风设备区设在上层；烘干区设在中层或上层，送排风设备区和烘干区尽量用墙板封闭，防止噪声和热量扩散而影响其他区域。3）离线返修及质量抽检的设置涂装产品表面质量要求高，在每个工艺段（电泳、中涂、面漆等）必须设置离线返修工位，保证不合格产品及时修整。在聚氯乙烯（PVC）和面漆后边设置质量抽检(Audit)工位，在电泳、中涂和面漆强冷室后边设置质量反馈检查工位，以保证产品质量并达到质量信息及时反馈的目的。4）设置必要的车身编组站及漆后缓冲随着市场竟争的激烈程度，车身产品都采用多品种、多样化生产。为了保证生产柔性化，大型车身涂装线都应布置漆前的白车身编组站和漆后车身编组站，按品种和颜色存放车身。对每个工艺段（电泳、PVC、中涂、面漆）后边都设有缓冲线，保证涂装线在班后或意外事故时的“跑空”，防止烘干炉内工件放置时间过长，同时保证同步生产和便于清理设备内部。为了节省面漆和多种产品需求，在中涂漆后设多色缓冲线。5）保持微正压为了保证喷漆洁净度，必须保证喷漆区对其他区域保持微正压，其他区域对涂装厂房外界保持微正压。防止外部灰尘进人洁净区，由送人的经过滤的新鲜空气维持各区域的微正压环境。从喷漆洁净区至厂房室外，车间各个区域之间的微正压压差一般按照1020 Pa递减。   6）设备选择方式伴随汽车涂装技术的国际化发展，国内对世界上的各种涂装线的技术水平都有较深入的了解。经过分析和研究，我们认为尽管同一类涂装设备有着不同的结构形式，各有自己的特点，但是在使用上大同小异。通过不断完善，都朝着结构合理可靠、降低投资、提高效率、减少运行成本、节能和环保的方向发展。在选择涂装设备时，应根据不同的工艺设备布置产品档次及投资额度的确定方案。悬挂积放链与反向地面积放链或滑撬运输系统配套使用，较适用单层厂房区域化布置，采用水旋式喷漆室和烘干炉等设备；桥式烘干炉和桥式U型烘干炉适用于反向地面积放链运输工件；型烘干炉适用于滑撬运输系统运输工件。新型的水旋式喷漆室也适用于多层厂房的立体化、区域化布置。悬挂积放链、摆杆或Rodip滑撬运输系统、多功能穿梭机分别与滑撬运输系统配套使用，均适合多层厂房立体化、区域化布置，采用文丘里式喷漆室和烘干炉等设备。文丘里式喷漆室用于单层厂房区域化布置，由于其水洗装置较深，会造成土建费用增力口。多品种生产且柔性化要求高的喷漆线，选择喷涂机器人比自动喷涂机更合适，采用机器人喷漆是未来汽车涂装喷漆的发展趋势。产品级别较高、投资额度较大的涂装线，可选择适合立体化、区域化多层厂房工艺布置的涂装设备，选择自动化程度高的喷涂设备（喷涂机、机器人）以达到生产全过程的自动化控制。产品级别较低、投资额度较小的涂装线，可选择适合区域化单层厂房工艺布置的涂装设备。选择适当的自动化控制水平及喷涂设备。受建设厂地所限，在投资额度允许的情况下，可选择适合占地面积小的多层厂房立体化、区域化工艺布置的涂装设备。7）土建及公用设施适用、可靠汽车涂装线要求厂房全封闭、占地面积尽量小、厂房高度尽量低，以节省送排风系统运行能耗。厂房内墙壁及地面光滑平整，涂不积尘、不起灰的专用涂料。根据涂装线用能种类和厂区公用动力供应位置及工艺设备用能位置，合理布置涂装线公用动力设施及供应管线。公用动力设施位置的安排应该既方便从厂区引线，又尽量靠近使用设备。公用动力管线布置司令图方案，要考虑线路短、与其他设施互不干涉、布线顺畅及安装维修方便。3、工艺设计的关键点1）工艺布置的合理性汽车涂装线一般都采用“三涂层”涂装工艺，即底漆、中涂、面漆。工艺流程及工艺布置应合理，各种工艺功能齐全，充分考虑柔性化生产并有生产调整、改造的发展余地。物流、人流顺畅，工件运行路线短，升降和迁回少；工件缓冲和各种物料存放位置合适；各种设备及库房布置恰当；消防、安全、卫生措施可靠；三废治理得当，符合国家环保法规要求。考虑未来的涂装工艺发展，工艺设计要满足发展的需要。尽管国内目前环保法规要求还不高，涂装几工艺应考虑将来能采纳环保型涂装工艺，如高固体分漆、水性漆、粉末涂料。 2）设备及辅助设施布置的准确性由于涂装车间设备品种多，设备结构大而复杂，公用介质种类多且各种管道密集，在施工中易发生相互干扰和碰撞。因此，在工艺设计中应及时绘制管道司令图及设备管道综合汇总图，以便检验工艺设计中工艺布置的准确性；及时消除各种干涉和碰撞，使设备及辅助设施布置准确，各种管道布线通畅。3）投资的经济性投资额度是衡量工艺设计经济性的重要指标。生产同样的产品并达到同样的涂层要求，其投资越少、投资回收期越短、生产运行成本越低，则工艺设计越经济。因此，要结合实际情况和产品水平决定投资，不能使设备功能过剩。同时，应重视国内外涂装设备制造公司价格差异极大的特点。由国内涂装公司设计制造涂装设备，以国内设备及材料为主，从国外引进关键设备及配套件的投资方式更为经济。4）工艺设计的可实施性汽车涂装线的工艺设计必须充分考虑布置涂装设备的占地空间和辅助空间，保证安装空间以便于设备的安装、维修和保养。在工艺布置时应保证设备安装运输通道有足够的空间。多层厂房应预留出各层的安装洞或安装孔，设置安装各层设备使用的起重运输设备或电梯。大型涂装设备必须设置足够的维修平台及上下扶梯。5）涂装技术的全面性作为工艺设计人员必须具备较全面的涂装技术水平，在进行工艺设计之前即形成一个初步较完整的立体化模型。这个模型基本上能够满足产品生产及管理、设备及设施的安装维修和保养等要求。因此，工艺设计人员必须尽可能多地掌握涂装材料、涂装工艺、涂装设备和涂装管理方面的技术。掌握大型涂装线中各种设备的结构及特点、涂装车间的能源介质种类及各种管路布置走向、厂房结构形式及要求、各种生产和生活辅助设施的配置等。有条件的人员应参加生产实习，多参加涂装线的安装和调试工作。在完成一项汽车涂装线的工艺设计过程中，应成立由多个专业技术人员组成的设计项目组，广泛地进行国内外调研，向国内外有关公司进行技术交流和技术咨询，组织国内有关专家进行咨询，保证工艺设计的质量。二、汽车涂装工艺设计、投资和运行对涂装成本的影响1、涂装工艺设计对涂装成本的影响成本关系到汽车涂装企业的生命，降低成本涉及到诸多方面，设计是源头，从源头开始算成本帐，一定会取得积极的降成本效果。汽车涂装是汽车制造的重要工艺之一，围绕涂装工艺的精心设计，精打细算，一定会为整车降成本作出重要贡献。随着我国汽车工业的蓬勃发展，竞争日趋激烈，价格战不可避免，汽车工业的高利润时代将一去不复返了。降低成本、提高效益是汽车工业的必然选择。降低成本涉及到投资规划、产品设计、配套采购、生产工艺、产品销售、过程管理等多方面的因素。本文仅从汽车涂装工艺设计角度，谈谈怎样降低成本的体会。 汽车涂装是汽车制造的四大工艺之一，大规模汽车涂装线不仅工艺复杂、工程建设周期长，而且工程投资巨大。涂装工艺设计是涂装线建设的“龙头”，它不仅直接影响投资成本，而且还关系到涂装质量和生产成本，因此，从涂装工艺设计源头上考虑成本。对降成本工作非常重要。 2、降低涂件喷涂设备的投资和运行费用 大型被涂件（如大客车车箱、客车车箱、载货车车箱、工程机械、专用车车箱等）的喷涂生产方式（除其中产量大、生产节拍小，已采用流水作业生产方式外）习惯于采用固定式喷涂（喷涂时工件不移动），且配置大型化的喷漆室。 喷漆室又宽又高，长度为在被涂物长度基础上增加2-3m。如12m长的大客车车箱选用喷漆室的尺寸L为15m，W为5-6m，H为8.0m；为27m左右长的客车车箱设计喷漆室，其长度应为30m。这样大型喷漆室的造价约为56万元/m；每米长的喷漆室的供排风都需60009000m3/h，其耗能很大。 在这种固定式喷涂生产场合，靠喷漆工走动（或靠三维升降工作平台）进行喷涂，有的企业采用机械手自动喷涂机和门式自动喷涂机，仍是被涂物静置卜而自动喷涂机走动。在这种大型喷漆室中只有2-4支喷涂枪工作，造成供、排风能源极大的浪费。 为降低运行成本，长春客车厂采用分段供、排风技术。将30m长喷漆室分为5个区段，借助供风阀和变频风机按程序承担机械手喷涂机行走的喷涂区段的供、排风。使喷漆室的供、排风量由20多万m3/h降到56万m3/h。设备投资仍然很大。 采用工业涂装的流水作业生产方式，固定喷涂工位，工件在喷涂过程中按工艺所需的速度向前移动。按每件被涂物的喷涂时间、生产节拍（链速）和喷涂定额时间（每支枪喷213m2/min)来确定工位数；再按应设的工位、数来选定喷漆室的长度。在大型工件的两侧布置工位，如果是24个工位，则可选用6-8m长度的喷漆室；如果是46个工位，则可选用8-10m长的喷漆室。在喷漆室进出口配置漆前准备室和所需长度的晾干室（它们的作用是除防尘外，在喷漆室出人口形成风幕，防止喷涂漆雾串人车间；另外起缓冲作用）。漆前准备室和晾室需按溶剂的挥发量达到一定的换气次数（30次/h）。因结构简单其造价约1万元/m左右。这种流水作业生产方式不仅能节省设备投资和运行成本，也能较大幅度地提高喷漆室和自动喷涂机的有效作业时间。 设备的有效作业时间（或称设备的有效使用率）系指设备运转时间有效作业时间空运转时间。例如喷漆室启动运行后，有喷涂作业的时间为有效作业时间，无喷涂作业的场合为空运转时间。在同一生产节拍中有效作业时间长，则设备的有效利用率就高。又如在有一定经济规模的汽车车身涂装线上装备的自动静电喷涂站（ESTA），原用9个杯的往复式自动静电涂装机，现已被34台（34杯）机械手组成的自动静电喷涂站所取代，大幅度地提高了杯式静电喷枪的有效作业时间，从而节省投资和运行成本。因此，在进行涂装工艺设计时，应在尽量提高设备的有效使用率的基础上计算选用设备（工位数、台数或长度）。 三、生产纲领是工艺设计的重要依据1、生产纲领的确定 生产纲领是工艺设计的重要设计依据，直接关系到投资成本。新建涂装线生产纲领的确定，主要是根据企业发展规划及对市场的预测，由于存在诸多的不确定因素，所以生产纲领难以把握准确，太小可能完不成生产任务，造成市场损失，太大可能造成成本增加，不仅浪费建设投资成本，而且还会增加单件产品的生产成本。汽车产品的成本与产量的关系十分密切。在汽车涂装中尤其明显，未达到一定的批量，开动大规模涂装线，很可能会导致生产亏本。有公司曾经出现过大规模涂装线已经建成，但因无生产批量而不能开动生产线的教训，造成大量资产闲置，资金浪费。在确定生产纲领时，一定要十分慎重，避免投资不慎造成重大损失。笔者认为，若预期的产量不很明确。或预计产品市场需要一个较长的成长过程，在设计生产纲领时不妨相对保守一些，或采取滚动发展的策略。 对设计生产纲领偏小，造成生产能力过饱和的问题。可以采取一些应对措施，主要可以提高设备的年时基数及设备开动率。国内大多数生产线的年时基数及设备开动率计算留有相当的余量，年时基数计算扣除了所有双休日和节假日等，设备开动率计算也比国外偏低，因此，提高设备年时基数及设备开动率的空间很大。提高设备的年时基数，增加设备的负荷率，不但可以提高产量，还可以降低单件产品的生产成本。 涂装能力的滚动发展也有两种基本模式；一种是当一条生产线的生产能力难以满足生产需要时，重新建设一条生产线；另一种是在原有生产线的基础上进行补充、改造，提高其生产能力。尽管是滚动发展。但一次设计规划相当重要，特别是对于第二种模式。在一期设计中就应设计好二期的补充、改造方案。有利于降低改造成本及施工周期。以滚动发展的模式进行能力建设如仅从单位生产能力的投资额考虑，可能要大于一次性投资，但若考虑投资风险、综合成本等因素，滚动发展是一种实用的能力建设模式。在国内汽车行业有不少这种成功的先例。对商用车涂装而言。中涂及罩光漆的纲领也是影响投资成本的重要因素。在乘用车涂装中，必须有中涂，面漆中底色漆(含金属底色漆)加罩光清漆的涂装方式占大多数，而现在的商用车涂装中，中涂及罩光漆通常只占很小的比例，为节省成本，中涂一般共用面漆线。但随着用户对商用车涂层要求的不断提高，商用车中涂及加罩光的面漆有扩展之势，所以在新建商用车涂装线时应作好这方面的准备，可以一次规划，预留中涂、罩光等部分的阵地，分期实施。 四、涂装车间的自动化程度是工艺水平的主要体现1、工艺水平的确定 涂装生产线工艺水平的高低直接决定投资成本及以后的生产成本。确定工艺水平是一项复杂的工作。应对产品市场定位、涂层质量要求、企业的管理水平、企业的经济状况等进行综合分析，从低到高选择合适的水平档次。笔者认为确定工艺水平应尽量做到恰如其分，不必追求“锦上添花”。许多涂装工艺设计师，在确定工艺水平时，习惯采用宁高勿低的保险做法，往往导致不必要的成本增加。确定工艺水平的首要原则是工艺适合于产品涂层质量要求，再结合企业的管理水平、企业的经济状况、经济效益等综合考虑。 涂装车间厂房是支撑工艺水平的重要方面。对装饰性要求很高的车身涂装，涂装环境洁净非常重要。因此。要求采用封闭的空调厂房，要求地面及墙面(涂料)光滑，不容易积灰尘。这种厂房的成本及运行费用均很高，但它对涂层外观质量的保证是十分必要的可以大幅度降低面漆的返修率，从节省返修费用的角度考虑也是值得的。但对装饰性要求不太高的涂装，如底盘件及载重车车厢涂装，可以采用普通的开放式厂房，以节省成本。 涂装车间的自动化程度是工艺水平的主要体现。也是影响投资及生产成本的关键因素。涂装车间自动化主要包括物流输送自动化、喷涂(喷胶、喷漆)自动化、工艺参数自动控制、工件自动识别与控制、数字化管理等内容。确定其水平高低主要是根据产品档次、生产纲领、资金状况、管理水平、经济效益等方面的情况。一般，产品档次较低，产量不大(年产小于2000辆车身)的情况下，工艺手段主要以人工为主：产品档次较高，年产量(500020000)辆车身，可以采用机械化自动运输，各线之间人工过渡，采用人工喷涂；产品档次较高，年产量(3000060000)辆车身，可以采用涂装过程全部自动化运输，关键的工艺参数自动控制，喷涂以人工为主，自动输调漆，人工换色：产品档次高，产量大(年产量大于十万辆车身)。可以实现涂装车间自动化的全部内容。在涂装工艺设计中，因地制宜，选择合适的自动化水平，对成本控制非常重要。涂装工艺设计中，跟随涂料及涂装技术的进步，利用新技术，可以降低涂装成本。例如：传统的中涂、底色漆、罩光漆应用“三涂两烘”工艺，近年来，有汽车涂料公司开发了中涂、底色漆、罩光漆“三涂一烘”的材料及工艺。可以用于商用车及中低档乘用车，这项技术的推广应用，可以节省涂装设备的投资及占地面积。降低生产成本。但利用新技术之前，应进行充分的调查研究，注意新技术的应用条件，保证应用的可靠性。例如：利用远红外烘干技术，可以节省能源用在粉末等底漆烘干中比较适合，但若在面漆烘干中全部采用远红外烘干，可能会影响面漆的外观质量。涂料及涂装技术在不断发展，依靠技术的进步。降低涂装成本，是涂装技术发展的方向之一。2、工艺平面布置 工艺平面布置是工艺设计的重要组成部分，是所有数据计算的综合体现，同时也是一项复杂的工作，对平面布置方案应优化，再优化，选择最佳效果。若平面布置不合理，可能造成长期生产不便，质量问题难以解决，产生无效劳动，增加生产成本。对大型涂装线的平面布置，除要完成整个工艺过程外，还应注意物流、分区、跑空、返修和厂房结构等多方面的内容：物流应避免过多交叉、过多不必要的往返，衔接应良好；为更好地保证涂装环境，平面布置中尽量将车间分隔成洁净区、产尘区、高温区、辅助区等若干个区域；为保证涂装质量，涂装线停线前，前处理、电泳、烘干等设备内工件必须跑空；对装饰性要求高的涂装。特别是轿车涂装，设计中要留出足够的返修场地：对大型车身涂装线，采用多层结构厂房较先进合理，便于空间利用和车间分区，并减少地下结构，但多层结构厂房较单层厂房成本高。 五、关键设备的选型、工艺材料的选用、能源策略1、设备选型 关键设备的选型，体现工艺水平的高低，也直接影响投资成本、产品质量及生产成本。例如：车身前处理、电泳设备采用步进式，还是连续式对设备投资影响很大。步进式前处理、电泳设备占地面积小，设备投资小，但生产纲领不能太大，一般，年纲领在三万辆以下。采用步进式前处理、电泳设备，年纲领在 三万辆以上。采用连续式。现在有厂家提出，为节省设备投资，年纲领在六万辆以下，前处理、电泳设备仍可以采用步进式，采取的措施是用一个吊具装两个工件，或在工艺时间较长的磷化工序采用两个工位。车身涂装线中喷涂设备的选型，采用最简单的空气喷枪人工喷涂，投资成本最小，但喷涂效率很低，油漆利用率一般在3040左右；而现代最先进的喷涂设备是高速静电旋杯自动喷涂机或机器人喷涂效率可以达到85以上，可以节省大量的油漆材料及废漆处理费用，并且涂装质量明显优于其它喷涂方式，但这种自动喷涂系统价格非常昂贵。采用哪种喷涂设备综合成本更低，主要根据生产批量等因素确定，对大批量高档次流水线，采用喷涂效率高的自动喷涂机更合算，对年产量小于三万的生产线。采用价格高昂的自动喷涂机可能就不合算。机器人可以喷涂车身的内外表面，随着机器人技术的发展，价格下调，喷涂机器人将会逐步扩大应用。 设备选型的内容很多，大到一个系统，小到一台设备，根据实际情况，比较综合成本，应是设备选型工作的重要内容。 输送被涂物的机械设备是工业涂装线的重要组成部分，它贯通连接各涂装线，是涂装生产线的动脉。它的类型、结构和被涂工件的装挂及输送方式等的选用，在涂装工艺设计中占十分重要位置。它直接影响工艺设计水平及其经济技术指标；直接影响涂装线的机械化和自动化程度。 输送设备的每一次革新都推动着涂装技术的进步，以汽车车身前处理和阴极电泳涂装线为例，由普通悬挂式输送链悬挂式推杆积放链摆杆式输送链旋转浸渍式输送机（以Rodip-3为代表）革新历程的每一步都使漆前处理、阴极电泳涂装工艺得到改进。涂装质量提高、设备长度缩短、被处理面积的百分比增加，尤其是旋转浸渍输送技术投产应用，以全新的理念彻底解决了车身漆前处理和电泳涂装工艺中存在的问题。使被处理面积达到100%，消除了气包，克服磷化和电泳过程中的“L”效应；使车身的外观水平面更平滑、减少打磨工作量；使漆前处理和电泳设备进一步缩短；使浸渍处理槽容积达到最小；沥水更干净，使车身的带液量由传统输送方式的812L/台降到0.3L/台，提高材料利用率，降低了用水量和污水处理量。 在工业涂装领域中采用的地面输送机械的品种、类型更多。如普通的（水平或垂直）地面链、倒置式地面推杆积放链、滑撬输送机系统及其变型地面输送机械，需结合实际科学、合理地选用。 在车身涂装和塑料件涂装工艺中，应用滑撬输送技术在国内已得到认可。与地面反向积放链相比，具有较多的优越性。但在滑撬输送技术应用（作出的工艺平面布置）中仍存在线路偏长、占地面积偏大、涂装车间空间利用率偏低、升降机和横向转移单元使用量偏多等情况导致投资增大。分析原因是设计人员对滑撬输送机的基本单元的功能、特性研究不够，滑撬输送机系统的工艺布置技巧掌握不够，还留有采用地面输送链那种平铺的设计观念。在满足工艺需求的功能和生产能力的前提下，滑撬输送机线路应尽可能短，各工序间应尽可能紧凑衔接；升降机和横向转移单元也应尽可能少用；以减少投资和故障点。2、涂装车间机运设备的选用大规模的汽车涂装线不仅工艺复杂、工程建设周期长，而且工程投资巨大，其设备选型至关重要，其中的机运设备也不例外。各种输送设备各具优缺点，在工艺布置及设备选型时，应根据厂房、造价、车型、工艺要求综合考虑，并做出最终选择。随着我国汽车工业的蓬勃发展，竞争日趋激烈，汽车工业的高利润时代已经结束，降低成本、提高效益是汽车工业的必然选择。汽车涂装是汽车制造的四大工艺之一，大规模的汽车涂装线不仅工艺复杂、工程建设周期长，而且工程投资巨大。如某汽车公司年产15万辆新涂装车间，投资5亿人民币，从土建到交付使用，工期3年左右（图6-1所示）。本文仅从汽车涂装车间前处理、电泳线机运设备的选型原则和方法，来管窥汽车生产线的设计原则，尤其是关键设备的选型，不仅体现工艺水平的高低，也直接影响投资成本、产品质量及生产成本。 图6-1生产纲领及总体规划的确定某汽车公司近5年来汽车产量以每年30%的速度高速增长，原有的生产平台已不能满足其发展要求，必须新建生产线。新建涂装车间的生产纲领取决于国家汽车产业的政策导向，道路交通、石油供给的能力及社会购买能力等，最主要的还是公司自身的发展动力和品牌意识。产能太小不能完成生产任务，会造成市场损失，失去占领市场的机会；产能太大可能造成建设成本增加，不仅浪费建设投资成本，而且还会增加单件产品的生产成本，削弱产品的竞争力，国内某汽车厂曾有过此类经验教训。一旦建成大规模涂装线，开机运行后，烘炉的能源消耗，前处理电泳的泵、阀，机运输送运行不能停止，能源消耗极大，如因该车型无生产批量，无法开启生产线，会造成大量资产闲置，资金严重浪费。汽车产品的成本与产量的关系十分密切，在汽车涂装中尤其明显，在未达到一定的批量时，开动大规模涂装线必然会导致生产亏本。最终，该汽车公司根据企业发展规划及对市场前景的预测研判，决定采取滚动发展的策略，新建年产15万辆商用车/乘用车涂装车间，土建厂房预留二期工程年产15万辆基础。常用的机运设备 前处理电泳工艺是工件在槽体内通过“酸洗水洗预脱脂脱脂水洗磷化水洗纯水洗电泳喷淋洗水洗纯水洗进入烘炉”的涂漆工艺，电泳的实质是车体在水性涂料溶液中，通过电流的作用使涂料在工件表面发生电沉积，形成漆膜。汽车涂装车间前处理、电泳机械化输送设备主要有普通悬挂链、推杆链、程控葫芦、摆杆链等，它们虽然结构形式差别很大，作用却都是一样的输送工件，完成工艺流程。各种输送设备各具优缺点，在工艺布置及设备选型时，应根据厂房、造价、车型、工艺要求综合考虑，并做出设备选择。在工艺形式上，采用步进式还是连续式对设备投资的影响也很大。目前国内外的前处理、电泳机运设备主要有以下几种： 1） 悬挂输送链悬挂输送链（图6-2所示）是目前国内汽车生产厂商在涂装线上使用最普遍的机运方式，它具有连续输送、造价低、运行可靠、维修方便的优点。一条年产7万辆的机运线造价四五百万左右，无论是零部件还是电控系统，国内的应用都已经非常成熟。除此之外，悬挂输送链也是焊装、装配生产线使用最普遍的机运设备。 图6-2悬挂输送链悬挂输送链也存在一些局限性，如入槽角度不能超过30°，另外，相对于其它机运方式，它的室体、槽体较大，而且由于入槽角度小，复杂型腔及车顶的气泡难以排出，要开排气孔。 2） 程控葫芦 程控葫芦被广泛用于年产3万辆以下、生产拍节在5min/台的步进间歇式输送，其造价低，设备占地面积小、投资小，承载大，在卡车、工程机械的涂装前处理电泳线的机运输送中有很大优势，如某厂大客车车身（车身长度614m）油漆前处理线，采用小车变频调速，吊具为自动吊具，由于厂房原因，线路不能组成封闭环，有2台程控行车转移轨道小车及工件，设计承载重量10t，这是其它输送方式难以做到的。近年来，一些汽车厂在年产6万辆的涂装生产线前处理、电泳设备中采用步进式输送，措施是1个吊具装2个工件，或在工艺时间较长的磷化工序采用2个工位，并且国内也有连续生产的程控葫芦线问世，可以使用于节拍较快的生产线上，为程控葫芦的使用带来了极大的拓展。 3）摆杆输送机摆杆输送机是最近十几年发展起来的新型输送设备，主要用于大规模生产的汽车涂装生产线。我国上海大众B5涂装线、金杯汽车厂轿车涂装线、烟台车身有限公司涂装线的前处理和电泳段都采用了这种摆杆链输送系统（图6-3所示）。与推杆悬挂链、程控葫芦相比，摆杆链输送机上的工件能以45°的倾斜角出槽和入槽，减少了浸槽的体积，缩短了设备长度，通常情况下可减少大约10%的工艺设备投资成本。摆杆输送机还具有其它一些优点：由于泵、管路等的减少，使得前处理及电泳的运行成本得以降低；入槽角度大，解决了车顶部内表面有气泡、内腔膜厚偏薄有问题，可提高前处理和电泳的质量；轨道和链条在设备两侧，从根本上避免了油污滴落在工件上。当然，这种先进的摆杆链输送机造价昂贵，整套系统在2000万元左右，主要由德国杜尔公司、西班牙AMAC公司生产，国内输送机生产厂家也做了一些深入的研究开发工作。 图6-3摆杆输送机综合以上输送设备的优缺点，该汽车公司最终选用了目前在国际上比较先进的摆杆链机运系统作为其涂装系统中前处理电泳的机运设备，虽然造价比悬挂输送链贵了1000多万元，但各个浸槽的体积减少了15%，管路泵、阀及能源消耗的投资减少了10%，从总成本来看，投资只增加了700万元。某汽车公司该系统已投入运行了一段时间，从目前的使用情况来看，电泳漆膜厚度均匀，质量好，设备运行可靠，完全达到了设计要求。 3、工艺材料的选用 工艺材料与生产成本密切相关。在保证涂层质量的前提下，比较工艺材料成本，不仅要比较材料的价格，还应比较材料的消耗量、生产费用(能耗等)，甚至还包括环保费用等。尽量选用低能耗、环保型的材料，是降低成本的有效途径。例如：选择中低温磷化材料，选择烘烤温度较低的电泳漆，可以降低能耗。通常，材料的价格与其性能指标是相关的，性能指标越高，价格越高，根据产品的类型、档次，恰如其分地确定材料的性能指标，也是影响成本的重要方面。例如，对车身的电泳涂装而言，因其形状复杂，有腔形结构，所以要求电泳漆的泳透力高，但对形状简单的汽车零件，其电泳漆的泳透力要求不高。价格也较低。 4、能源策略 涂装车间是耗能大户，工艺设计中选择的能源政策直接影响车间的运行成本。涂装工艺设计应根据实际情况，选择供应充足，较经济的能源。用于前处理设备及空调设备较经济的加热能源是蒸汽或热水。用于烘干及废气处理较经济的能源是天然气或煤气。 老的涂装车间中。由于天然气或煤气供应不足的缘故，多以电能作为烘干热源，从能耗成本的角度考虑，很不经济。许多地方。不一定有充足的天然气或煤气供应，但现在各地的石油供应都很充足，与电能相比，以石油作烘干能源可能也要经济得多，可以简单算一笔帐。一公升轻柴油的热值相当于十一度左右的电，根据当地的油及电的价格，就可大概计算燃油节省的能耗成本。与用电相比，使用燃烧设备还有另一优点，它可以结合废气处理，将废气进行直接燃烧处理。不但综合利用了烘干炉废气。还节省了废气处理装置及运行费用。关于两者的一次性投资，若计算废气处理装置的费用，基本相当，所以，以石油作烘干的能源，也可以降低涂装成本。 第二节  汽车涂装中的降成本方案设计实例一、概述降低汽车涂装的成本是汽车涂装业发展的趋势，通过优化电泳后水洗工艺可以简化电泳工艺流程，减少纯水的消耗与废水排放，降低纯水制造与废水处理成本；在本色面漆机器喷涂工艺中，可通过减少旋杯站来缩短工艺流程，减少喷漆室的长度，从而节省运行动能费用。随着我国汽车工业的蓬勃发展，竞争也日趋激烈，降低成本、提高效益是汽车工业发展的必然要求，降低成本同样也是汽车涂装的发展趋势与要求，而优化涂装工艺方案是降低涂装成本的重要途径之一。尽管降成本任务迫切，但不能以牺牲质量、环保为代价，降成本必须进行非常细致的工作，挖掘各种降成本的潜力，并进行充分的试验论证，防止由于降成本引发的质量、环保风险。涂装材料与涂装工艺密不可分，研究降低汽车涂装成本的工艺必须紧密结合汽车涂料的特性。汽车涂料制造业的竞争也要求汽车涂料制造商在开发、制造涂料的同时，研究开发低成本涂装工艺，给用户创造更多价值。下面提出两例汽车涂装中的降成本工艺方案构想，与汽车涂料制造商及汽车涂装同行共同探讨。二、取消电泳后纯水洗工艺1、现行的电泳后水洗工艺阴极电泳代表性工艺过程如图6-4所示。 图6-4阴极电泳代表性工艺过程电泳后多道UF（超滤）水洗的作用是清洗电泳后漆膜表面的浮漆，并通过超滤液将浮漆带回电泳槽循环利用，以提高电泳漆利用率。纯水清洗的目的是进一步清洗浮漆，并清洗漆膜表面的超滤液，避免超滤液中的溶剂及其他小分子物质对漆膜质量造成影响。电泳后纯水洗的排放废水需进污水处理站集中处理，处理达标后排放；对含铅电泳漆电泳后的水洗废水，按环保法规要求，需进行单独的废水处理。为进一步提高电泳漆的利用率，减少电泳后水洗的废水排放，膜分离设备厂开发了一套电泳后封闭清洗系统，该系统采用特殊的RO（反渗透）设备，将电泳超滤液进行反渗透，用超滤液的反渗透液代替纯水用于电泳后冲洗，并采用“逆流”清洗的办法，清洗液全部回电泳槽，以实现封闭清洗。该系统在部分汽车涂装线上得到应用，应用效果较好。2、取消电泳后纯水洗工艺的构想为了进一步挖掘电泳后水洗工艺中的降成本潜力，日本学者实验比较了电泳后有无水洗对漆膜性能的影响。其实验结果表明，取消电泳后的水洗工艺，漆膜的厚度增加了34m，漆膜粗糙度基本相同，主要面的漆膜外观无变化，存在积液的部分出现流痕，漆膜的物理机械性能、耐盐雾性能、耐水、耐湿热及配套面漆的性能等均无变化，且其锐边耐腐蚀性能得到了提高。根据文中的分析，取消电泳后水清洗工艺的主要问题是要避免电泳后的积液，其他方面不存在明显影响。因此，对于不存在积液或采取适当措施可以消除积液的工件，可以探讨取消电泳后水清洗工艺的可行性。在底面合一的阳极电泳涂装中，试验过无电泳后水洗工艺对漆膜性能的影响，结果表明无电泳后水洗工艺对漆膜外观质量有一定影响，对漆膜的耐腐蚀等性能没有明显影响，因此，在部分漆膜外观质量要求不太高、涂装条件较差的阳极电泳涂装中存在电泳后无水洗工艺或电泳后只采用自来水洗的做法。为了在保证漆膜质量与材料利用率的前提下尽量降低电泳后水洗及其排放废水的处理成本，笔者根据以上的相关实验及应用情况，进一步推理，提出电泳后只采用超滤液清洗，取消电泳后纯水洗的构想，但有同行认为取消电泳后纯水洗会影响配套面漆的质量，尤其是耐水性能。又据搜集的相关方面的信息，国内某合资汽车公司计划根据外资方的试验结果，在新建涂装线中取消电泳后纯水洗工艺。可见在满足一定边界条件的前提下，存在取消电泳后纯水洗工艺的可能性。考虑到不同的电泳漆材料可能存在差异，笔者建议电泳涂料供应商根据各自的电泳漆产品特性，进行相关试验研究，创造相关条件，争取将电泳后免纯水洗工艺应用到涂装生产中。取消电泳后纯水洗工艺，简化电泳工艺流程，可以缩短电泳设备长度，减少电泳设备投入；在不增加电泳RO设备的情况下，简单实现了封闭电泳后冲洗，提高了电泳漆的利用率，减少了纯水的消耗与废水排放，降低了纯水制造与废水处理成本，有利于保护环境，符合涂装生产的发展要求。三、面漆自动喷涂工艺方案设计以溶剂型金属面漆为主的机器喷涂典型工艺过程如图6-5所示。 图6-5溶剂型金属面漆机器喷涂典型工艺过程以本色面漆为主的商用车机器喷涂典型工艺过程如图6-6所示。 图6-6本色面漆机器喷涂典型工艺过程  目前东风汽车有限公司的商用车面漆主要采用本色漆，少部分采用金属漆，若兼顾金属漆与本色漆的喷涂，采用金属漆机器喷涂方案，可以同时满足金属漆与本色面漆的喷涂工艺要求。从金属漆机器喷涂工艺流程中可以看出需要3个自动喷涂站，自动喷涂站的投资成本很高，而公司金属漆的产量很低，采用自动喷涂节省的金属漆材料成本不足以抵消自动喷涂站高额的投入，所以这种方案很不经济。为降低自动喷涂的投资成本，根据公司本色漆与金属漆的产量情况，计划金属底色漆采用人工喷涂，本色面漆与金属漆的清漆部分共用自动静电旋杯站。按通常的机器喷涂方法，本色面漆采用2个旋杯站，而清漆喷涂采用1个旋杯站，为最大限度节省投资，方案的关键是要论证1个自动喷涂机旋杯站（一道喷涂）能否替代原来需要2个自动喷涂机旋杯站（两道喷涂）的本色面漆喷涂。首先围绕机器本身进行理论计算。根据漆膜的厚度要求3540m，本色面漆的施工固体分45%，旋杯的油漆输出量范围50500ml/min，车身零件旋杯喷涂最大面积20m2，涂装线的节拍要求2min/台，旋杯的油漆传输效率85%，自动喷涂机旋杯的工作效率60%，计算出1个7杯站，旋杯的油漆输出量在250ml/min左右，可以完成要求的本色面漆喷涂。某涂装线上，采用2个7杯站喷涂车身本色面漆，旋杯的油漆输出量在120ml/min左右，旋杯的利用效率太低。为验证一道旋杯喷涂本色面漆的实际效果，在现有的旋杯自动喷涂线上进行试验，只应用1个旋杯站，用现用的油漆，调整旋杯的油漆流量等参数，进行一道本色面漆喷涂，结果表明漆膜厚度可以达到工艺要求，漆膜外观质量水平与同样厚度的两道喷涂水平相当。尽管通过理论计算和试验验证，证明了采用1个旋杯站完成车身本色面漆喷涂的可行性，但不同喷涂机器、不同面漆材料可能存在差异。为保证这种工艺方式的稳定应用，希望涂料供应商能够进行相关试验研究，提供抗流挂性好、固体分较高、适合静电旋杯喷涂的优良产品，就能更有把握地采用此工艺。在各方面的共同努力下，实现以1个旋杯站完成车身本色面漆喷漆，其降成本效果非常显著。减少1个旋杯站，节省的设备投入超过千万元，缩短了工艺流程，减少了喷漆室的长度，并节省了运行动能费用。第三节汽车涂装车间（线）的工艺设计汽车涂装车间（线）的设计包括工艺设计、设备设计、建筑及公用设计等。工艺设计贯穿整个汽车涂装车间的项目设计。一般在扩初设计阶段，主要进行工艺设计（或称概念设计）。在对扩初设计方案进行审查论证后，方进入施工图设计阶段，在施工图设计阶段，工艺设计师要对扩初高计进行优化、深化，然后向其他专业设计人员提出设计任务