浅谈水性3C1B涂装工艺设备规划建设

杨苏生 吴文锋

摘 要：文章围绕安全环保、能耗、质量、成本、交付详细介绍水性3C1B涂装工艺设备规划及建设。包括项目规划阶段的立项背景及总体思路，各工序工艺设备的详细介绍，关键技术及主要创新点。

关键词：水性3C1B；工艺设备规划和建设；安全环保；能耗；质量；成本；交付

中图分类号：U466 文献标识码：B 文章编号：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铃在中国的战略投资项目。涂装厂工艺设备投资2.5亿元，设计生产纲领12JPH，设计产能年产5万辆（预留二期24JPH）。采用了目前国际流行的、成熟的、符合安全、节能、环保、清洁生产要求的汽车车身涂装生产技术。

主要工艺设备包括前处理、电泳、烘房、喷房、工作区（室）、工艺空调送排风系统、机器人、输调漆系统、滑撬输送系统和自动化控制系统。采用水性3C1B的涂装体系，中面涂均采用水性涂料。产品包括D-MAX皮卡和Mu-X SUV及瑞迈系列产品，2015年2月12日正式投产。

1 设计原则

项目规划阶段组织集团内涂装专家、日方专家多次评审，并参考国内外水性3C1B涂装线，确定了建设一条国内领先、自动化程度较高的商用、乘用车的柔性化涂装生产线。设计原则如下：

1）采用水性3C1B先进涂装工艺，满足节能环保要求，适应日益严格的节能环保标准；

2）采用成熟、先进、可靠的工艺设备，达到国内同行业皮卡、SUV先进水平；

3）关键设备部件进口，一般设备国产名优，控制投资；

4）中面涂和清漆采用先进的壁挂式机器人喷涂；

5）分区布置，方便生产管理；

6）分期建设，一期年产5万台，二期10万台。

2 工艺技术方案

2.1 工艺布局

亮点：分区布局，作业区域主要集中在一楼，洁净区和烘干炉布置在二楼，热量向上挥发，增加了作业员工舒适度，空调集中在局部三层。

2.2 工艺技术方案

2.2.1 前处理线

主要包括：热水洗、预脱脂、脱脂、水喷洗、水浸洗、表调、磷化、水喷洗、水浸洗、纯水喷洗、纯水浸洗。

主要技术特点：中低温磷化脱脂工艺节省大量能耗；多级反向溢流漂洗工艺减少用水量及废水处理量；二次、四次水洗槽代替脱脂、磷化转移槽，节省投资费用；磷化加热只用一级换热，节省能耗及投资；双摆杆输送系统。

2.2.2 电泳线

主要包括：电泳、UF喷、UF浸、纯水喷、纯水浸。

主要技术特点：采用薄外膜超高泳透力电泳底漆；多级反向溢流漂洗工艺，提高了电泳涂料的利用率。

2.2.3 打胶线

主要包括：底涂线、焊缝密封胶线、裙边胶线及胶预烘干炉。

主要技术特点：底涂线采用新型摩擦式底涂输送机，可节省空间高度2米，节省投资15%左右。

2.2.4 中面涂线

主要包括：底漆擦净、中涂、中涂闪干、色漆、色漆闪干、清漆、中面涂烘干。

主要技术特点：采用U型结构，优化了整体工艺设备布局；喷涂机器人采用了壁挂方式，减小了喷房尺寸，降低了能源和涂料的消耗。

2.2.5 机运输送系统

主要采用摆杆输送机、地面滑橇输送机、空中滑橇摩擦输送机相结合的机械化自动控制输送系统。

2.2.6 自控系统

自控系统分为机运控制系统和工艺控制系统，将全厂设备进行了分类管理，按照工艺生产线划细分为8个区，每个区都有单独的主控柜，由 PLC进行逻辑控制。

2.2.7 消防系统

主要包括：普通消防管道、喷淋消防管道和二氧化碳消防的三级消防体系。

3 关键技术及主要创新点

3.1 新技术的应用：水性3C1B涂装工艺

3.1.1 概述

与传统的3C2B工艺相比，减少了中涂烘干过程，三道涂层在一条喷漆线上完成，中涂烘干、中涂打磨、中涂储存和面涂擦净等工序相应取消，简化了涂装工序。

与溶剂型涂料相比，优点如下：1）水性涂料以水作为分散剂，降低火灾发生风险，减轻了污染，改善了作业环境，节省了资源；2）对材质表面润湿性好；3）喷枪可用水清洗，大大减少了清洗溶剂的消耗。

3.1.2 技术难点及解决方案

难点一：对底材缺陷的遮盖性能差

解决方案：

1）综合考虑涂膜外观、焊装生产节拍，选用120#砂纸对白车身进行打磨，400#砂纸用于打磨精修区域，解决面漆喷涂后打磨痕问题；

2）选用了高外观的电泳底漆，减少电泳打磨量；

3）对底漆打磨制定作业标准。

难点二：车间环境和设备洁净度要求高

解决方案：

1）人员管理：进入涂装区域所有人员统一穿戴防尘静电服；

2）设备管理：所有设备用油进行防缩孔、耐溶剂的测试；由专业保洁公司进行保洁；

3）原辅料管理：所有原辅料进行潜纤维、防缩孔、耐溶剂的测试；

4）作业方法：所有员工按作业顺序书进行操作。

难点三：环境温湿度控制要求严格

解决方案：

选用带温湿度可控的喷涂室空调，初始设置为25±1℃，后来根据当地天气的大致变化，制定了针对夏季、冬季和春秋季的不同温湿度控制要求，具体可见表1。

3.2 新技术的应用：壁挂式喷涂机器人

面漆线外表面喷涂选用壁挂式喷涂机器人，优势如下：1）无导轨、壁挂式，节约喷房宽度；2）工作范围大，减少了机器人数量；3）排放的污染物少；4）编程省时省力，操作维护方便。

3.3 新技术的应用：薄膜超高泳透力电泳底漆

3.3.1 概述

其优点如下：环保性，不含重金属等有害物质；涂装能耗低，CO2排放量低；与传统CED产品比较，涂料消耗成本降低约20%；涂膜外观平整光滑，改善中上涂外观；超高泳透力水平，四枚盒泳透力提高55%以上；涂膜性能佳，15μm的涂膜与常规20μm的涂膜质量性能相同；良好的施工性，副资材配套性良好。

3.3.2 调试技术难点及解决方案

难点一：对白件车身表面粗糙度要求高

解决方案：

1）将白件车身的打磨砂纸从80#变更为120#，粗打磨位置需要精细研磨；

2）规范油石打磨，减少油石打磨量，降低电泳车身漆膜的油石痕；

3）制定白件车身的转间标准，控制白车身质量。

难点二：入槽条纹

解决方案：

1）调整电泳槽液参数；

2）降低二段的施工电压；

3）对铜排进行改造，将一段电压铜排和二段电压铜排分开，绝缘处理。

难点三：缩孔风险控制

解决方案：

对白件车身涉及到的油品、胶类、前处理液、辅材、烘房润滑油等进行缩孔配套性确认。

3.3.3 涂膜性能（简）

3.4 新技术的应用：GRACO电动泵

水性油漆要求从搅拌器的搅拌、管路弯曲、稳压器、过滤器等皆为低剪切设计。水性漆粘度高，在综合考虑水性油漆的各项施工条件后，选用GRACO立式柱塞电动泵。其优点包括：系统压力脈动小；更低的油漆的剪切力；可导入休眠模式，比正常生产模式节约能耗67%。

3.5 创新技术的应用：旧风回收技术

本涂装线空调送排风采用了旧风回收技术，对打磨、擦净、检查精修工位排风进行了回收利用，经过过滤，对厂房内送风，形成厂房微正压，节约了能源。尤其在冬季，降低对送风的加热量，减少了燃气使用量，原理如下图：

3.6 技术难点：面漆炉温调试

面涂烘干炉的炉温控制存在以下难点：

1）预热段温度不能太高，以防止车体升温速度过快；

2）预热段的升温速率应该加以控制，升温速度低于12℃/min；

3）在提升至140℃保温温度前，实现110℃*5min左右的升温平台（技术难点），将有利于清漆的热流平，提高涂膜的外观质量；

4）车身各部位温度需要达到140℃维持20min的烘烤，以便达到最佳的固化效果。

解决方案：根据油漆的固化参数窗口，初步设定烘房加热所需要的温度。通过炉温跟踪仪来测试车身的不同点来显现特定温度下的时间，根据所显现的温度和时间的关系，经过多次测量来确定最终的炉温曲线，详细参见图5。

3.7 新技术应用：热回收式热力焚烧系统

该系统可以充分回收利用分解有机废气时所放出的热能，降低整个系统的能源消耗，是大风量、高浓度有机废气理想的处理方式，尤其是生产过程中需要大量热量时特别适用，其特点如下：

氧化温度为760-815℃；

有机废气在燃烧室的逗留时间为1-2秒；

可以达到99%以上的有机废气分解率；

使用多级热回收，充分回收利用热能；

燃烧器输出的调节比则可达26：1；

设备的使用寿命很长。

3.8 创新技术：综合节能

3.8.1 工艺节能

工位送排风空调采用旧风回收技术对厂房进行二次送风；中面涂喷房采用春秋季、夏季、冬季三种模式，能耗下降15%左右；烘干炉采用热回收式热力焚烧系统，节省能耗。

3.8.2 贮运节能

公用动力设施均贴建涂装车间，减少路程能耗损失；厂房内变配电所尽量接近负荷中心或大容量设备处，大大降低供电线路上的损耗。

3.8.3 公用节能

照明采用高效节能灯具，灯具选用合理的配光曲线及控制方式；空调系统各类管道均采用保温性能良好的优质材料，减少冷、热量的损耗。

3.9 创新技术的应用：最新工业以太网控制架构

ETHERNET/IP现场总线技术有以下几点优势：支持环网结构，某段网络故障时不影响整个网络通讯，可以边生产边处理故障；网络节点数量几乎不受限制，后期增加节点非常方便，可扩展性强；通讯速率高，接线方便；调试方便，有专用软件进行网络状态监控和故障诊断；极具前瞻性和可推广性。

4 未来规划

4.1 总体构思

在项目规划阶段结合二期改造及节能环保要求，制定了未来提升产能及安全环保、能耗、质量、成本、交付的总体规划思路：前处理零排放、前处理无磷磷化（预留氧化锆技术）、紧凑型涂装（B1B2）、干式喷房、喷房循环风、转轮浓缩焚烧等。

4.2 具体规划

4.2.1 安全环保

轮转浓缩焚烧、货箱宝胶雾回收（方案论证完成）、粉末涂料、无磷磷化、干式喷漆室。

4.2.2 能耗

喷房循环风技术、低温磷化、胶烘房降温、无打胶烘房、变频改造（已部分自主实施完成）。

4.2.3 质量

自动擦净机器人（实施中）、内表面喷涂机器人（二期）、底部胶和裙边胶机器人（二期）、货箱宝喷涂机器人（调研中）、颗粒改善项目（持续进行中）。

4.2.4 成本

免中涂项目（正在实施）、余胶回收。

4.2.5 交付

JPH提升项目（已实施完成，JPH从12提升至16）、轻卡中卡与皮卡和SUV混线生产、中央控制室。

5 结语

本项目积极响应国家节能环保的号召，在整车生产涂装工艺环节，采用水性环保油漆，极大的降低VOC排放。在国内首次将水性3C1B涂装线应用于皮卡生产线，是江西省第一条水性涂装线，填补了江西省汽车涂装行业水性3C1B涂装生产线的空白。涂装生产线15年寿命为计算依据，减少VOC排放约1260吨。

参考文献

[1] 王锡春.汽车涂装工艺技术.[M]北京：化学工业出版社，2005.

[2] 赵光麟.涂装设备简明设计手册.[M]北京：化学工业出版社，2012.

[3] 冯立明，张殿平，王绪建.涂装工艺与设备.[M]北京：化学工业出版社，2013.

[4] 刘新.防腐蚀涂料与涂装技术.[M]北京：化学工业出版社，2016.

[5] 朱斌.降低涂装车间挥发性有机溶剂VOC排放.[J]现代涂料与涂装，2015.