汽车涂装烤房工艺设置探讨

曹晓根*，冯擎峰，胡峥楠

（浙江吉利控股集团有限公司，浙江 宁波 315336）

汽车涂料的各项性能及最终外观是由固化后形成的涂膜来体现的。为了提高生产效率和质量，节约空间，减少在制品，汽车涂料的固化目前均采用强制方式，应用最广泛的是加热固化，用到的主要设备是烤房。适宜的烘烤条件是涂料达到其外观和性能的前提条件。涂装车间是汽车整车厂的耗能大户，而烤房又是其中的主要耗能设备之一，研究其合理的使用范围对产品质量的保证，乃至节能，有着十分重要的意义。

要保证涂料和相关产品的固化，达到其固化条件(甚至是最佳固化条件)至关重要。不同的烤房要固化的产品不同，一般要满足所有在相应烤房固化的所有产品的固化条件。如：中涂烤房要固化中涂漆、阻尼胶板(大多是沥青材料，主要作用是隔音降噪)、焊缝密封胶、防石击涂料等产品；电泳烤房要固化电泳漆、阻尼胶板(一般为环氧胶板，部分车型用于局部补强)、点焊胶(焊装白车身时焊点位置需要涂的一种胶)、折边胶(包边区域涂的一种胶)、膨胀胶(如门盖的内外板之间涂的胶或胶块)、隔音胶(一般用在白车身的A、B、C柱用来隔音)、指压胶(一种胶泥状的密封胶，主体材料为PVC树脂)等产品。另外，应用热烘烤硬化板的为了达到更高的屈服强度等性能，还要令其在相应的温度保持一定的时间。因为烤房要固化的产品较多，要保证达到所有产品的固化条件比较困难。现以较为复杂的电泳烤房(固化的材料种类多，不同位置的温差大)为例，对烤房温度的设置原则以及原材料固化条件的选择进行阐述。

1 识别需要固化的材料及烤房对其他材料的限制

电泳烤房除了一般需要固化上述提到的材料之外，有的生产线还需要固化四门铰链处的焊缝密封胶(在焊装时进行涂胶，方便对铰链遮挡位置的操作)和热烘烤硬化板。限制条件：部分车型可能存在油箱门、高分子材料的翼子板等材料，它们对炉温上限有限制。典型的材料分布位置及固化条件见表1。

2 根据车体相同位置同时存在的不同材料，找出该区域需满足的固化条件

以外覆盖件外板为例，热烘烤硬化板的烘烤温度不低于160 °C，保温不短于20 min，在外板内表面粘贴须在160 ～ 190 °C下固化20 ～ 40 min的环氧阻尼胶板，则该区域既要满足热烘烤硬化板的烘烤要求，又要满足环氧阻尼胶板的固化要求，其烘烤条件即二者固化窗口的重叠区域：烘烤温度160 ～ 190 °C，保温20 ～ 40 min。仍以上述主机厂为例，不同区域的固化条件经重叠后的结果见表2。

表1 某主机厂电泳烤房需固化的材料及其固化条件Table 1 Material needed to be cured in baking booth after electrophoretic coating and their curing conditions in an automobile manufacturer

图1 各种材料的固化窗口Figure 1 Curing windows for different materials

烤房的结构直接影响烤房内不同位置温度的均匀程度。整车外形复杂，又可能出现多车型共线，不同车体的吸热不同，造成同一设定温度下各车体表面的温度不尽相同。一般要求烤房烘烤温度的控制精度在3 °C以内，最大不超过5 °C。

3 确认烤房结构和加热方式，并据此进行烤房温度的初步设定

目前乘用车的电泳烤房多采用空气加热(热源可以是天然气、电、蒸汽等)，可加热复杂工件，车体不同区域的温度较为均匀。一般把烤房分为预热段、升温段和保温段(指按功能分，并非烤房被实际分为3个区域)。预热段是为了对工件进行较为平缓的加热(升温速率一般为15 °C/min左右，建议最大不超过15 °C/min，以降低对外观的不良影响)，以利于材料中溶剂的挥发，减少电泳流痕和爆沸，降低胶类材料的针孔等缺陷。另外，其风速相对较低(电泳湿膜不能承受过高的风速，以免影响外观)，不同区域的温差较大。设定温度时不宜过高(要防止水的爆沸，避免将腔体中的积液迅速加热到100 °C)，避免车体不同区域的温差过大。在常温下，工件不同位置的温差可以忽略不计，但随着温度的升高，温差逐渐变大。当车体温度达到进风温度后，温差开始变小。

图2 车体不同区域的固化窗口Figure 2 Curing windows for different parts of a car body

升温段风速较高，要令车体达到所需的固化温度，那么其温度不低于保温段的温度，但又不能超过相应材料固化温度的上限。

4 炉温的测量及工艺调整

4. 1 炉温测量的目的

第一、确认特定生产线上被测量车所有测量点达到了相应材料(涂料、胶、胶板等)的固化条件；

第二、确认被测量车所有需固化的材料均达到了固化条件；

第三、确认固化条件的稳定性及变化趋势(提前预知可能出现的不合格)。

4. 2 测量点的选取原则

原则一：考察每种材料的最高温度和最低温度。如材料的固化温度有重叠，可减少相应的测量点。

原则二：确认每种材料的最高和最低固化条件。重点在于考察不同烘烤温度与烘烤时间下的极限条件。最高和最低固化条件常采用两种方式来确定：一是利用英国达塔帕克(Datapaq)公司的炉温跟踪仪自带的datapaq值(根据树脂在固化条件下所需热量而计算得到)，该值越大，固化条件越高(注意：不同的固化条件下，同一材料的温度曲线的datapaq值也不同，故datapaq值一般不适用于确定超过1种材料的固化条件)；二是利用积分的方式，以5 °C为尺度，将炉温分为若干个时间段进行积分。

原则三：空气线(即空气温度传感器)应安装在通风口，用于监控进风的温度，与烤房本身自带的进风温度进行对应，便于调整设定的温度。

原则四：测量点的位置需因应生产线、材料和车型的不同而变化，要在调试阶段确认位置并固定。

原则五：调试阶段需要多轮炉温测量，每次测量应至少固定2个测量点(如车体需要44个测量点，采用8点炉温跟踪仪需要6次测量，采用16点或20点炉温仪则只需测量3次)，便于计算不同测量点之间的温差。

炉温测量应优先选用电泳后未经烘烤的车体，但这对炉温跟踪仪会形成轻微的损伤，长期这样使用将影响其精度，并缩短其使用寿命。一般只在调试初期采用此方式，正式生产后将采用专门的炉温测量车，待漆膜固化后测定。一般认为温度从高往低来调试要好一些，虽有过烘风险，但几乎无烘烤不干的风险。以上例中的主机厂为例，因车体外覆盖件的最高允许温度为190 °C，考虑到进风温度的波动(±3 °C)，保温段需要设定的最高温度为190 °C - 3 °C = 187 °C，隔音胶腔体内的最低固化温度为160 °C，则保温段需要设定的最低温度为160 °C + 3 °C = 163 °C(此处考虑的是不利的情况，即实际温度低于设定温度)。考虑到同一测量点的温度波动一般也是±3 °C左右(仅指保温段)，故可初步设定为185 °C，然后根据实际测量的炉温进行相应的调整。

5 异常情况的处理

正常情况下按上述烤房温度的分析进行初步设定，并根据实测炉温调整后，能够达到各种材料的固化条件。但有时部分区域不能满足固化要求。除在前期要选择重叠区域较宽的材料(一般要求在一定的固化时间下允许的最高温度和最低温度之差要达到20 °C以上，且要考虑内腔温度较外板温度要低20 °C左右)之外，现场也可进行下列调整：

(1) 通过增加门盖的开口尺寸(如将原本的10 cm增大到20 cm)，可以减小外板与内板、内腔之间的温差。

(2) 通过调整风阀来调整风速，增大风速可加快升温。如要局部降低外板温度，可以调整风口的角度，不直接吹在车体上或吹在车内。

(3) 通过增加吹水、倒水工序，延长沥水时间，可减少腔体内的积液，从而提高相应部位的温度。

(4) 将升温段风管延长到预热段车体的底部(不可使用远红外加热，防止滴水令加热装置受损)，可以提高车体底部的温度(车体底部由于积液且多为双层板，因此加热较慢)。

6 结语

通过以上措施，对涂装烤房工艺进行设定及调整，经实际炉温测量，证实了所制定的烤房工艺能够持续满足相应产品的固化要求。