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 汽車零部件清洗噴漆及防護潤滑解決方案

汽車零部件 清洗噴漆及防護潤滑解決方案



汽車零部件 清洗噴漆及防護
汽車涂裝工藝,一般可分為兩大部分:一是涂裝前金屬的表面處理,也叫前處理技術(shù);二是涂裝的施工工藝。表面處理主要包括清除工件表面的油污、塵土、銹蝕、以及進行修補作業(yè)時舊涂料層的清除等,以改善工件的表面狀態(tài)。包括根據(jù)各種具體情況對工件表面進行機械加工和化學處理,如磷化、氧化和鈍化處理。汽車噴漆一般用烘烤漆。在汽車制造廠,車架、車殼焊接完成,下一道工序就是噴漆。形式有普通漆、金屬漆、珠光漆。汽車噴漆工序:刮膩子、打磨、噴漆等。...
行業(yè)概況

汽車是一種陸路交通工具,其使用的環(huán)境、氣候、道路條件復雜而多變,為此它需要有良好的耐候、耐蝕、耐擦傷及抗石擊的特性,即應在日曬、雨淋、風沙沖擊、干濕交替、冷熱變換、鹽霧與酸雨侵蝕的環(huán)境下,具有良好的保光、保色、不粉化、不脫落、不起泡、不銹蝕能力。此外,覆蓋在車身表面的油漆涂裝層還是汽車一層美麗的外裝,對于絕大多數(shù)用戶而言,往往外觀是決定是否購買某車的主要因素。由此可見,汽車涂裝應具有防護和裝飾二大功效。汽車涂裝工藝的重點就在于:在低污染、低成本的前提下實現(xiàn)對汽車車身及其他各總成部件最有效的防護并達到最佳的美化效果。

汽車涂裝工藝經(jīng)歷了100 多年的發(fā)展歷程,其作業(yè)方式由最初作坊式的簡單刷涂到簡單噴涂再到適應于大量流水生產(chǎn)的現(xiàn)代化工業(yè)涂裝;其作業(yè)內(nèi)容也由最初的僅在需保護的工件表面刷上一層油漆到在工件表面先刷防銹漆再噴面漆發(fā)展到現(xiàn)在的“漆前處理——電泳——中涂——面漆” 等。

涂裝涂層至少包括電泳底漆、中涂、色漆和清漆等四層。對于有密封要求的焊縫部位,在電泳底漆與中涂之間還要加涂PVC。為了適應用戶對汽車外觀質(zhì)量越來越高及多樣化的要求,汽車車身涂裝的漆前處理、底漆陰極電泳工藝已實現(xiàn)全自動化,中涂與面涂工藝實現(xiàn)了靜電自動噴涂、計算機智能化控制。汽車車身涂層質(zhì)地(外觀裝飾性、耐腐蝕性、抗擦傷性等)得到了顯著提高,車身保用期達到和超過了汽車的整體使用壽命。

汽車涂裝工藝與發(fā)展趨勢

隨著汽車市場競爭的日趨激烈以及環(huán)保呼聲的日漸增高,汽車涂裝在保證高裝飾性、高防腐蝕性能的同時,對于環(huán)境保護的效果、涂裝材料和涂裝生產(chǎn)成本以及設(shè)備投資也越來越為重視。 汽車涂裝工藝正朝著簡化工序、減少設(shè)備投資、減少占地面積、提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗、減少人員費用等方向發(fā)展。
汽車涂裝工藝,一般可分為兩大部分:一是涂裝前金屬的表面處理,也叫前處理技術(shù);二是涂裝的施工工藝。表面處理主要包括清除工件表面的油污、塵土、銹蝕、以及進行修補作業(yè)時舊涂料層的清除等,以改善工件的表面狀態(tài)。包括根據(jù)各種具體情況對工件表面進行機械加工和化學處理,如磷化、氧化和鈍化處理。
工藝流程為 : 預脫脂→脫脂→熱水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→中和→冷水洗→表面調(diào)整→磷化→冷水洗→熱水洗→純水洗→干燥
表面處理是防銹涂裝的重要工序之一。據(jù)英國帝國化學公司介紹 , 涂層壽命受 3 方面因素制約 : 表面處理 , 占 60%; 涂裝施工 , 占 25%; 涂料本身質(zhì)量 , 占 15% 。 工程機械行業(yè) , 不同零部件的表面處理方式。 機械清理可有效去除工件上的鐵銹、焊渣、氧化皮 , 消除焊接應力 , 增加防銹涂膜與金屬基體的結(jié)合力 , 從而大大提高工程機械零部件的防銹質(zhì)量。機械清理標準要求達到的Sa2 . 5 級。表面粗糙度要達到防銹涂層厚度的 1 /3 。噴、拋丸所用鋼丸要達到 GB6484 要求。 薄板沖壓件的表面處理稱一般用化學表面處理。 
汽車涂裝工藝根據(jù)汽車類型的不同而各有特點和側(cè)重點。 
  載重汽車的主要涂裝件是前部駕駛室,涂裝要求最高;其他部件如車廂、車架等涂裝要求比駕駛室低。 
  客車的涂裝與載貨汽車的涂裝有較大區(qū)別。客車車身包括大梁、骨架、車廂內(nèi)部、車身外表面,其中以車身外表面要求較高。車身外表面不但要求具有良好的保護性和裝飾性,而且噴涂面積大、平面多,有兩種以上的顏色,有時還有汽車色帶。因此,施工周期比載貨汽車長,施工要求比載貨汽車高,施工過程比載貨汽車復雜。 
  轎車和小型旅行車,不論在表面裝飾性或底層保護性都比大型客車和載貨汽車的要求高。它的表面涂層屬于一級裝飾精度,具有美麗的外觀,光亮如鏡或光滑的表面,無細微的雜質(zhì)、擦傷、裂紋、起皺、起泡及肉眼可見的缺陷,并應有足夠的機械強度。底面涂層屬于優(yōu)良保護層,應有優(yōu)良的防銹性和防腐蝕性,很強的附著力;局部或全部刮涂附著力好、機械強度高的膩子,使用數(shù)年也不會出現(xiàn)銹蝕或脫落等現(xiàn)象。
涂裝主要設(shè)備分為涂裝前表面預處理設(shè)備、涂漆設(shè)備、涂膜干燥和固化設(shè)備、機械化輸送設(shè)備、無塵恒溫恒濕供風設(shè)備等及其它附屬設(shè)備。
工藝流程為 : 預脫脂→脫脂→熱水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→中和→冷水洗→表面調(diào)整→磷化→冷水洗→熱水洗→純水洗→干燥
汽車傳統(tǒng)涂裝技術(shù)為:頻處理——陰極電泳——電泳烘干——PVC密封——中涂——中涂烘干——Esta噴涂色漆——氣噴槍噴涂第二道金屬色漆——色漆閃干——罩光清漆——面漆烘干。
涂裝設(shè)備工藝布局圖設(shè)計的好壞,對涂裝生產(chǎn)線的使用至關(guān)重要。如果涂裝設(shè)備工藝布局不當,即使各項單臺設(shè)備制作得再好,整條涂裝生產(chǎn)線也不好使用。 
  現(xiàn)將涂裝設(shè)備工藝布局常見的典型錯誤列舉如下: 
  1、產(chǎn)量達不到設(shè)計綱領(lǐng):有的設(shè)計不考慮涂裝設(shè)備吊掛方式,不考慮吊掛間距,不考慮上下坡、水平轉(zhuǎn)彎干涉,生產(chǎn)時間不考慮廢品率、涂裝設(shè)備利用率、產(chǎn)品高峰生產(chǎn)能力。導致產(chǎn)量達不到設(shè)計綱領(lǐng)。 
  2、涂裝設(shè)備工藝時間不夠:有的設(shè)計為了降低造價,通過減少工藝時間來達到目的。常見的如:涂裝生產(chǎn)線前處理過渡段時間不夠,造成串液;固化時未考慮升溫時間,造成固化不良;噴漆流平時間不夠,造成漆膜流平不夠;固化后冷卻不夠,噴漆(或下件)時工件過熱。 
  3、輸送設(shè)備設(shè)計不當:工件的輸送方式有多種,設(shè)計不當,對生產(chǎn)能力、工藝操作、上下件都會產(chǎn)生不良后果。常見的有懸掛鏈輸送,其負載能力、牽引能力都需要計算和干涉繪圖。鏈條的速度對設(shè)備的配套也要有相應的要求。涂裝設(shè)備對鏈條的平穩(wěn)性、同步性也有要求。 
  4、涂裝設(shè)備選型不當:由于產(chǎn)品的要求不同,設(shè)備選型也有所不同,而各種涂裝設(shè)備有其優(yōu)點,也有其缺點。而設(shè)計時不能向用戶說明,制造后發(fā)現(xiàn)很不滿意。例如,噴粉烘道用風幕隔熱、潔凈度要求的工件未安裝凈化設(shè)備等。這類錯誤是涂裝設(shè)備工藝布局最常見的錯誤。
涂裝技術(shù)的發(fā)展歷史過程是刷、刮、噴、手工滾涂,自動線噴涂,靜電噴涂,自動輥涂,自動浸涂,水溶性浸漬電泳,高壓無氣噴涂,粉末靜電噴涂等主要發(fā)展的順序過程。涂料的性能,涂裝特點,涂裝方法,干燥方法,涂料間的層次配套等,以及涂裝工藝生產(chǎn)中的逐步完善等諸因素,構(gòu)成了涂裝技術(shù)的應用與發(fā)展。
不同涂裝特點的高性能涂料的出現(xiàn),與之相適應的出現(xiàn)了先進的涂裝方法、配套設(shè)備,相輔相成地促進了涂裝技術(shù)向著高速度、高效率、高質(zhì)量、低消耗、節(jié)省能源、減少環(huán)境污染、改善勞動條件、提高操作者健康水平的方向發(fā)展,普遍地建成了各種涂裝方法的自動流水線生產(chǎn),這是涂裝技術(shù)今后發(fā)展的必然趨勢,還將會有時代新技術(shù)特點的機器人、電子設(shè)備、更新的遠紅外、光固化、電子束固化、高周波固化等先進技術(shù),用以實現(xiàn)全自動程序控制的無人操作的涂裝生產(chǎn)。
 在汽車制造過程中,車身涂裝是工藝流程最長、技術(shù)復雜程度最高的環(huán)節(jié)之一,也是產(chǎn)生三廢排放最多的環(huán)節(jié)之一。在汽車及制造相關(guān)法規(guī)的驅(qū)動下,減少涂裝公害、降低涂裝成本、提高涂裝質(zhì)量一直是涂裝技術(shù)發(fā)展的主題。近十幾年來圍繞質(zhì)量、環(huán)保、成本在新材料、新工藝、新技術(shù)等諸方面的進步十分顯著。除環(huán)保材料在典型的三涂層體系涂裝工藝中得到全面應用外,從前無法實現(xiàn)的革命性新工藝和新技術(shù)也得到應用或即將應用,這預示著汽車車身涂裝技術(shù)將進人一個新的發(fā)展時期。
涂裝材料、涂裝工藝、涂裝設(shè)備、涂裝管理是汽車涂裝的四大要素,相互之間相輔相成,促進了涂裝工藝和技術(shù)的進步與發(fā)展。21世紀被稱為面向環(huán)境的新世紀,環(huán)境保護倍受全球關(guān)注,并已成為人類最迫切研究的課題。汽車及其零部件的涂裝是汽車制造過程中能耗最高且產(chǎn)生三廢最多的環(huán)節(jié)之一。因此,減少涂裝公害、降低涂裝成本、提高涂裝質(zhì)量一直是涂裝技術(shù)發(fā)展的主題。

  近十多年來,涂裝工藝及設(shè)備的進步主要體現(xiàn)在環(huán)保型涂裝材料的應用,減少廢水、廢渣的排放,降低成本,優(yōu)化汽車生產(chǎn)過程等幾個方面。由于涂裝材料的進步,車身涂層體系的設(shè)計也有了革命性的進展,幾種典型的新涂裝體系及新技術(shù)已經(jīng)或即將用于工業(yè)生產(chǎn)。我國目前的涂裝工藝及設(shè)備總體相當于歐美10年前的水平,有些企業(yè)在新涂裝線上采用了一些當今國際先進水平的新設(shè)備。
  幾種新式車身涂裝工藝
  逆過程工藝:在車身外表面先噴涂粉末涂料,待熱熔融后再進行電泳涂裝,隨后粉末/電泳涂膜一起烘干。使用這種工藝約可減少60%的電泳涂料用量,用厚度為70μm的粉末涂層替代車身外表面的電泳底漆和中涂層,取消中涂及烘干工序,從而節(jié)省材料和能源費用,降低VOC排放量。
  二次電泳工藝:采用兩涂層電泳材料,用第二層電泳(35~40μm)替代中涂。電泳工藝自動化施工穩(wěn)定可靠性高,一次合格率高,材料利用率高,設(shè)備投資少(不需空調(diào)系統(tǒng)),因此可節(jié)省費用的48%,減少了維修頻次及傳統(tǒng)中涂的漆渣和VOC排放。
  一體化涂裝工藝(三涂層概念):采用與面漆同色的功能層(15μm)替代中涂,功能層與面漆底色間不需烘干,取消中涂線,在提高生產(chǎn)效率的同時,大幅降低了VOC排放量。
1、 普及環(huán)保型涂裝材料,VOC排放量大幅度下降。
盡管目前在世界范圍內(nèi),有機溶劑型涂料還在不同程度的使用,但環(huán)保型涂裝材料近十幾年來已經(jīng)逐漸普及。典型的3C3B涂裝工藝在應用環(huán)保型涂料前后VOC排放量的對比。VOC排放量從120g/g/m2下降到30g/m2以下,最低可降到12~13g/m2。                       環(huán)保型涂料正式工業(yè)化應用的十幾年來,在涂層質(zhì)量及噴涂技術(shù)方面存在的諸多問題已經(jīng)得到較好的解決,進入了成熟期。為降低涂裝CO2的排放,應用紫外光(UV)固化或低溫固化涂料進行車身涂裝也是各大汽車公司關(guān)注的課題,試驗研究已經(jīng)接近工業(yè)應用階段。我國幾大汽車公司在漆前處理材料和電泳漆應用方面與國際水平相差不大,但由于應用水性中涂和水性面漆必須使用專用設(shè)備,涂裝成本會大幅度提高,盡管目前國外獨資及合資的涂料生產(chǎn)企業(yè)具備可在國內(nèi)加工生產(chǎn)水性中涂和水性面漆的能力,但中涂和面漆仍采用傳統(tǒng)的中低固體分溶劑型涂料,所以涂裝VOC排放遠落后于歐洲。為適應未來的發(fā)展要求,我國近幾年新建的車身涂裝線多已考慮應用水性中涂及水性面漆的可能性。
2、涂裝線的自動化趨于完美
    傳統(tǒng)典型的運輸機(Power and Free Overhead Conveyer、Pendulum Conveyer、Auto-Motor-Hoist)對漆前表面處理和電泳都不同程度地存在難以解決的問題或不利影響。新型多功能穿梭機(Vario-Shuttle)和滾浸運輸機(RoDip)誕生后,在解決了這些問題的同時兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)運輸機的所有優(yōu)點。多功能穿梭機還具備在一條生產(chǎn)線上實現(xiàn)多品種不同工藝的功能,完全符合自動化柔性涂裝生產(chǎn)的要求。
車身內(nèi)外焊縫密封及鋪放防聲隔熱片一直是人工勞動最大的環(huán)節(jié),目前這兩種操作隨著新材料及噴涂裝備的進步,已經(jīng)可用機械人實現(xiàn)自動化。
典型的側(cè)噴加頂噴式中涂和面漆用自動涂裝機(ESTA)對多品種生產(chǎn),尤其是車形尺寸差別大的情況下,有局限性,頂噴機的噴涂功能局限性更大,且對涂裝質(zhì)量也有不利影響。隨著機器人技術(shù)的進步,多功能噴涂機器人(VarioRobot)得到應用,顯示出其功能方面的突出優(yōu)點。不僅使標準的自動噴涂段噴杯數(shù)量由9只減少到6只,標準噴漆室寬度由4.6m減少到3.8m,而且取消了頂噴機橫梁,消除了典型自動噴涂機的種種弊端。使噴涂質(zhì)量進一步提高,更適應柔性生產(chǎn),一次投資和運行成本進一步減少,新車型上線和設(shè)備維修更容易。我國在自動化技術(shù)應用方面基本與世界先進水平保持同步。滾浸運輸機、多功能穿梭機、多功能噴涂機器人都已經(jīng)得到應用。
3、低成本涂裝技術(shù)開始進入實用階段
    如前所述,水性涂料的涂裝成本高于傳統(tǒng)溶劑型涂料,從現(xiàn)有水性涂料施工性能和噴涂技術(shù)方面的改進降成本潛力有限。為此,從新材料和新工藝的應用角度實現(xiàn)涂裝成本的降低,成為涂裝技術(shù)發(fā)展的主要方向;谲嚿礓摪灞砻尜|(zhì)量的不斷提高,使涂裝工藝的簡化成為可能。值得關(guān)注的有以下幾個方面。
    3.1二次電泳工藝
    用兩涂層電泳材料,首涂層(1020μm)具有防腐、導電性、泳透力極高的特性;第二層電泳(35-40μm)具有抗石擊能力、外觀卓越、零VOC、抗紫外線/有足夠的遮蓋力、無泳透力的特性,完全替代中涂。試驗模擬車身各部位二次電泳后的效果如圖5.電泳工藝自動化施工穩(wěn)定可靠,一次合格率高,材料利用率高(98%),設(shè)備投資少(不需空調(diào)系統(tǒng)),可節(jié)省費用48%,減少了維修頻次,減少了傳統(tǒng)中涂的漆渣和VOC排放。
3.2.1一體化涂裝工藝(3BIC概念)
(3BIC概念)一體化涂裝工藝。采用與面漆同色的功能層(15μm)替代中涂,功能層與面漆底色濕碰濕噴涂在面漆線上完成,取消中涂線。該工藝提高了生產(chǎn)效率,降低了成本并進一步減少了三廢排放。
3.2.2無中涂工藝(Primerless Paint System)
    在板材表面質(zhì)量不斷提高和電泳漆膜外觀滿足裝飾性涂裝要求前提下,使取消中涂層的設(shè)想成為可能,要做的就是改進電泳底漆或面漆底色,以適應這種兩涂層工藝的要求。和以往兩涂層工藝稍有不同,無中涂工藝不增加底漆和面漆的膜厚,在減薄漆膜總厚度后,仍能滿足對車身的防護和裝飾要求。顯然,這會大幅度地降低涂裝成本。大眾汽車公司正考慮在其西亞特系列汽車上使用一種無中涂工藝,德國和意大利的一些工廠已經(jīng)在某些色系的汽車上使用了無中涂工藝。
4、P2Zero概念及涂裝替代技術(shù)的應用
    P2Zero概念可在幾乎無環(huán)境污染和滿足用戶質(zhì)量要求的前提下,把車身涂裝車間工藝簡化到只進行2次粉末噴涂?梢哉f,這是革命性的技術(shù)概念,將對汽車車身技術(shù)進步產(chǎn)生巨大的影響。
    采用敷膜技術(shù)制造的塑料覆蓋件可直接裝配。戴姆勒-奔馳公司在法國漢巴赫的SMART工廠已經(jīng)應用這項技術(shù),車身金屬結(jié)構(gòu)可簡化到只有底板和框架,這樣大大簡化車身涂裝工藝,在降低涂裝成本的同時,使涂裝的VOC排放達到7g/m2左右。
    透明涂層注射成型技術(shù)(CCM-ClearCoatMolding)是一種透明聚氨醋樹脂注射反應成型技術(shù)。該技術(shù)適用于汽車桃木、金屬、碳纖維等材質(zhì)的內(nèi)飾件涂裝和外飾件涂裝,可取代傳統(tǒng)涂漆工藝。高級車身內(nèi)裝飾件,一般都是在加工完成后,采用傳統(tǒng)的噴涂或刷涂工藝,進行多次涂裝,不飽和聚醋漆需要涂6-10道,每道漆之間都需要固化后進行打磨,最后表面往往需要打磨拋光。應用注射成型技術(shù)可大大簡化工藝過程,提高效率,降低成本;無涂裝廢料、無氣味,利于環(huán)保;涂層厚度均勻無缺陷;避免了傳統(tǒng)涂裝過程中的零件變形。這項技術(shù)在德國已有應用。
綜上所述,目前歐美等發(fā)達國家汽車車身涂裝在普及應用環(huán)保材料方面發(fā)展迅速,VOC排放已經(jīng)遠低于最苛刻的法規(guī)要求;涂裝自動化、涂裝生產(chǎn)效率及涂裝材料利用率進一步得到提高;進一步降低涂裝成本和降低三廢排放的新技術(shù)已經(jīng)誕生,并開始得到應用;新技術(shù)已經(jīng)不限于在傳統(tǒng)典型的涂裝工藝方面的改進,不同的替代涂裝技術(shù)已經(jīng)應用于生產(chǎn)或即將得到應用,這些技術(shù)的應用在簡化車身涂裝工藝的同時,對傳統(tǒng)的汽車車身的設(shè)計和制造的概念也產(chǎn)生著重大的影響,這足以說明,汽車車身涂裝技術(shù)已經(jīng)開始進人一個新的發(fā)展時期,汽車車身設(shè)計及防護裝飾會有更多可供選擇的技術(shù)概念和成套制造方案。我國目前在用的典型車身涂裝生產(chǎn)技術(shù)除環(huán)保材料應用方面相對落后外,其他方面技術(shù)應用與歐美差距不大。盡管如此,我國在涂裝材料以及涂裝相關(guān)技術(shù)的自主研發(fā)方面尚有不小的差距,如何改變這種現(xiàn)狀是涂裝及其相關(guān)行業(yè)的共同課題。
下面我們來具體分析下汽車涂裝發(fā)展趨勢:
1.涂裝前處理工藝
    汽車車身涂裝前處理現(xiàn)今幾乎100%采用低溫低鋅三元磷化處理工藝,并在低溫少渣化、快速化、無鉻鈍化、表調(diào)劑長效化等方面都取得了較大的科技進步?墒菑沫h(huán)保和節(jié)能省資源的角度考慮,鋅鹽磷化處理工藝仍存在以下問題:
    (1)磷化處理液中含有資源短缺的有害物質(zhì),如:Ni、Mn、P、F、NO2-等;
    (2)資源利用率低,幾乎50%的藥劑在處理過程中成為磷化沉渣(工業(yè)廢棄物)。在處理過程中需及時清除磷化沉渣,否則將嚴重影響磷化膜和電泳涂膜的質(zhì)量,因而需裝備除渣過濾裝置并需嚴控管理。
    為適應環(huán)保法規(guī)和省資源的時代要求,必須革新前處理工藝、解決上述問題。近年開發(fā)出的新一代環(huán)保型非磷酸鹽涂裝前處理工藝(氧化鋯轉(zhuǎn)化膜處理和硅烷處理技術(shù))將是替代現(xiàn)用鋅鹽磷化處理的理想工藝,它們的環(huán)保和經(jīng)濟技術(shù)效果列于表1中。據(jù)報道,美國FordTwinCities(2007年12月)和巴西通用SaoJose(2008年4月)2條車身前處理線已采用新一代的環(huán)保型前處理工藝,通用汽車公司已決策在華推廣這一新工藝。
    另外,前處理工藝的節(jié)水問題也應關(guān)注。一般前處理工藝用水量最大,約占涂裝車間總用水量的90%,國內(nèi)許多車身涂裝前處理線的水洗工序尚未采用多次(段)化、逆工序補水、預清洗、清洗水綜合利用和再生循環(huán)利用等節(jié)水技術(shù),有的在脫脂和磷化后僅設(shè)1道水洗工序,造成耗水量成倍增大或水洗不干凈(如在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)磷化渣增多、電泳涂膜顆粒弊病)。脫脂和磷化后的水洗清潔度以最終稀釋倍數(shù)來表示,一般要求稀釋500或1000倍,為節(jié)省水資源和減少污水排放處理量,希望達到同一水洗清潔度(稀釋倍數(shù)),耗水量應盡可能小為好。通過清洗水綜合利用和再生循環(huán)利用,實現(xiàn)零排放。
 
表1兩代涂裝前處理工藝特性及成本對比
    注:以鋅鹽磷化處理為基準計。
    在逆工序供水清洗場合,水洗的供水量可按以下Kushner近似公式計算:
    最終稀釋倍數(shù)=(Xn+1-1)/(X-1)
    式中:n——水洗次數(shù);X——供水量/帶出水量。
    如:在被清洗面積200m2/h,帶出液量為20L/h(即100mL/m2)的場合,采用1次、2次、3次水洗所需要的供水量如表2所示。
 
表2脫脂和磷化工序的水洗次數(shù)與供水量
    注:供水量系指每小時水洗200m2面積達到稀釋倍數(shù)所需的供水量(L/h);耗水量系指水洗1m2面積達到工藝要求稀釋倍數(shù)所消耗的水量(L/m2)。
從表2中可以看出:采用逆工序補水的2~3次水洗工藝的耗水量(每平方米水洗面積的耗水量)較1次水洗的耗水量大幅度減少,大大地提高了水的利用效率。在采用2~3次水洗場合,實際經(jīng)驗數(shù)據(jù)耗水量為1.5~2.0L/m2。
2.陰極電泳涂裝技術(shù)
    汽車車身涂底漆工藝的發(fā)展歷程為:手工刷涂或噴涂底漆→手工噴涂底漆→輥浸或拖式浸涂(Rotodiporslipperdip)底漆(有機溶劑型,后改為水性底漆)→陽極電泳涂裝→1977年開始采用陰極電泳涂裝。采用陰極電泳涂裝已有30余年歷史,并取得較大的科技進步(如涂層的耐腐蝕性,槽液穩(wěn)定性、作業(yè)性、泳透力、涂膜外觀等方面);通過一次涂布使車身所有表面獲得均勻涂膜,從環(huán)保、資源再利用和涂層質(zhì)量等方面來評價,現(xiàn)今仍是先進的車身涂底漆工藝,大量流水生產(chǎn)的汽車車身幾乎100%都采用陰極電泳打底,至今尚無理想的工藝來取代它。近年來,為進一步提高車身及空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)表面陰極電泳涂裝的質(zhì)量和降低成本,汽車廠與涂料廠聯(lián)合開發(fā)提高電泳涂料的泳透力、控制涂膜厚度、改善電泳涂膜外觀、降低涂裝成本等方面的陰極電泳涂裝技術(shù)。轎車車身各部位電泳涂裝厚度分布的實際情況如圖1所示,內(nèi)表面≥10mm,外表面希望控制在18~22mm;實際車身的兩側(cè)和底板下表面超厚,超值膜厚是陰極電泳涂裝成本升高的因素之一。
 
圖1車身各部位的電泳涂膜厚度分布(電泳涂裝的泳透力)
    車身及其空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的電泳涂裝需靠提高泳透力來保證,泳透力越高,內(nèi)表面涂膜就越厚。在車身電泳涂裝場合,影響泳透力的關(guān)鍵因素有以下3個方面:
    (1)電泳涂料的特性:濕涂膜的電阻(控制板外表面膜厚)和電泳漆槽液電導率(增加空腔內(nèi)的膜厚)。
    (2)涂裝工藝參數(shù):電泳時間、槽液溫度、電泳電壓和陽極布置狀況等。
    (3)車身結(jié)構(gòu):縫隙、孔數(shù)和孔徑等。
    日本豐田和德國大眾兩大汽車公司在提高泳透力方面所走的技術(shù)路線不同。日本豐田是委托涂料公司研制開發(fā)采用超高泳透力陰極電泳涂料(SuperThrowingPowerED),目標是控制盒內(nèi)、外表面的涂膜分布,削減涂料消耗量大于20%(即較大幅度地降低成本),具體目標是新開發(fā)的陰極電泳涂料的耐腐蝕性、表面平滑度(Ra<0.2μm)和涂裝作業(yè)性與原用的陰極電泳涂料相同,泳透力要求達到盒內(nèi)/外表面膜厚G/A=10μm/15μm(即67%);最終希望達到100%。豐田公司評價泳透力的方法是四盒法(4BOX),如圖2所示。
 
圖2泳透力評價法
 
 當初第一代陰極電泳涂料的泳透力雖較陽極電泳涂料高一些,但相對來說還較低,豐田公司2005年用的高泳透力陰極電泳涂料的泳透力為G/A=10μm/23μm(43.5%)。
    超高泳透力陰極電泳涂料現(xiàn)已開發(fā)成功,并已投產(chǎn)使用,取得涂料消耗量削減22%(降低成本10%)的成果。
    德國大眾公司為提高轎車車身內(nèi)表面和空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)的涂裝質(zhì)量采用了延長電泳涂裝時間的工藝,其工藝規(guī)范由3.0min延長到5.0min。在生產(chǎn)能力為60臺/h(輸送鏈速度≥6.0m/min)場合,電泳時間延長2.0min,則將使電泳槽延長12m多,電泳槽液增加100多立方米,造成1次投槽漆量增大,更新期延長,循環(huán)攪拌量增大(500m3以上/h),能耗增大,造成投資和運行費用大幅度增大,另外涂料不改進,僅延長電泳時間,能否控制車身外表面的膜厚也有待商榷。筆者認為:延長電泳時間來提高泳透力不是先進、經(jīng)濟的辦法,尤其是在大量流水生產(chǎn)的場合。
    為改善轎車車身外表面裝飾面的電泳涂裝質(zhì)量,前處理和陰極電泳涂裝線選用旋轉(zhuǎn)輸送機是發(fā)展方向。它能保持車身在電泳過程中頂蓋朝下(即車底板朝上),因而能大幅度減少車身外表面的顆粒弊病;基于車身能旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)出入槽,能使車身面積100%處理和涂裝完善,消除一般輸送方式存在的“氣泡”質(zhì)量問題,而且使瀝水(液)較干凈,車身帶液量減少90%以上,因而可提高材料利用率和減少清洗水量。開展電泳無顆粒化和顆粒不良率“零”化(廢止電泳涂膜的打磨作業(yè))活動。有廠家通過加強前處理、陰極電泳涂裝各槽污染度(在一定量的液體中所含異物量)的管理和設(shè)備及處理方式的改進,電泳涂膜的顆粒已改善到可取消電泳涂膜打磨工序的水平。
    開發(fā)采用省攪拌型陰極電泳涂料是節(jié)能減排的好措施之一。歷來電泳涂裝規(guī)范要求無論是作業(yè)時間還是停產(chǎn)時間,槽液一直要循環(huán)攪拌,為防止停電還要設(shè)置備用電源。日本關(guān)西開發(fā)成功省攪拌型陰極電泳涂料,作業(yè)時為使槽液均勻和排除電泳過程中產(chǎn)生的氣體進行攪拌,停產(chǎn)時和節(jié)假日可停止攪拌,僅需在作業(yè)(生產(chǎn))開始時提前攪拌。這種陰極電泳涂料不易沉淀或沉淀凝聚物很容易攪拌分散開,因而不需設(shè)置備用電源,并能較大幅度地削減循環(huán)攪拌槽液的能耗。
3.中涂和面漆噴涂工藝的發(fā)展趨向
    中涂、底色漆水性化,罩光清漆高固體化;杯式靜電噴涂機器人替代往復式自動靜電噴涂機(ESTA);“濕碰濕”工藝(即3C1B或2C1B替代3C2B)的實施。為適應環(huán)保法規(guī),防止大氣污染,降低VOC的排放量,歐美汽車工業(yè)在20世紀末就采用低VOC含量的環(huán)保型涂料(水性涂料、高固體分涂料、粉末涂料)替代了傳統(tǒng)的有機溶劑型的中涂和底色漆,實現(xiàn)了汽車涂料第3次大的更新?lián)Q代。日本汽車工業(yè)也在近5~6年中迎頭趕上,實現(xiàn)了中涂、底色漆的水性化。國內(nèi)在近4年中已有10多條新建的車身涂裝線采用了水性底色漆和水性中涂,約占轎車產(chǎn)量的10%左右。預計在今后的5~10年中,汽車用涂料將全面實現(xiàn)低VOC化。中涂、面漆涂布工藝的發(fā)展歷程如下:刷涂→空氣噴涂(適應硝基汽車噴漆施工和外觀裝飾性需要)→靜電噴涂+手工噴涂→車身內(nèi)表面手工噴涂,外表面采用往復式自動靜電噴涂機(ESTA)→采用機器人靜電噴涂機的全自動噴涂(實現(xiàn)無人化)或車身內(nèi)表面仍可手工噴涂(空氣噴槍或空氣靜電噴槍),外表面采用機器人靜電噴涂(國內(nèi)有多條線采用后一種方式)。
    機器人靜電噴涂機已淘汰了往復式自動靜電噴涂機(ESTA)。兩者相比,機器人靜電噴涂機的優(yōu)點是:涂裝效率高,用3~4臺機器人就能承擔側(cè)噴機和頂噴機組成的9杯式ESTA的噴涂任務;適用于多品種的柔性化生產(chǎn);壓縮空氣和清洗溶劑耗量及維修工作量僅為9杯ESTA的35%左右,運行成本低;噴涂質(zhì)量優(yōu)且穩(wěn)定。每臺機器人靜電噴涂機可在線外按最佳的噴涂程序及參數(shù)示教,能克服人為因素帶來的噴涂質(zhì)量問題。
    為節(jié)能減排和降低運行成本,應推廣以下3種中涂、面漆噴涂簡化工藝:3C1B(即中涂+底色漆+罩光漆3層一起烘干)、雙底色工藝(即第一道底色涂層兼有中涂層的功能)和無中涂工藝(即在具有耐候性陰極電泳底漆層上直接噴涂面漆)。適應上述3種工藝的中涂和面漆有溶劑型和水性體系涂料,它們的配方、作業(yè)配套性及各層膜厚要作較大的調(diào)整改進。有機溶劑型本色面漆現(xiàn)今還有用單涂層工藝(即不罩光);在罩光漆方面,現(xiàn)今配套還是以有機溶劑型涂料為主。
4.涂膜的固化(干燥)工藝的發(fā)展
    涂膜的固化(干燥)工藝的發(fā)展趨向是節(jié)能減排(低溫化、快速化、“濕碰濕”工藝),提高能源利用率(降低每臺車身的涂裝耗能量)。汽車車身涂膜固化過程隨所采用涂料的成膜性能的演變而變化,其發(fā)展歷程為:自然干燥(油性漆)→自干或低溫(100℃以下)烘干(以硝基漆為代表的熱塑性汽車涂料)→中溫(100~120℃)烘干(以氧化聚合固化的醇酸樹脂涂料為代表的熱固性汽車涂料,每道漆都需要烘干,且__膜厚不能大于25μm,也能自干,則干燥時間長達24h以上)→高溫(120℃以上)烘干(以氨基醇酸樹脂烤漆為代表的熱固性合成樹脂系汽車涂料,且適應較厚涂膜的烘干和“濕碰濕”涂裝工藝)。在工業(yè)涂裝中,涂膜固化成膜是耗能較大的工序之一。按傳統(tǒng)的觀點及計算方法,一般將被涂制品及輸送設(shè)備的部件加熱所消耗的熱量都算作為烘干室的熱能有效利用率,并且認為達到30%以上已是較先進的指標。可是涂膜的固化真正所需的熱量是涂膜中所含溶劑的蒸發(fā)所需的熱量和將涂布在車身表面的幾十微米厚的涂膜加熱到固化工藝所要求的溫度(含升溫和保溫段)所需的熱量(即為了幾公斤重的濕涂膜的固化,需同時將幾百公斤重的車身及輸送部件加熱到所需的工藝溫度),相比之下,涂膜固化所需的熱量很小(≤1%)。由此可見,在改進所選用涂料的成膜固化性能的基礎(chǔ)上開發(fā)新的涂膜固化方法和涂膜固化工序的節(jié)能減排的潛力很大。
    涂膜固化成膜工序的節(jié)能減排技術(shù)途徑有以下幾方面:(1)低溫化、快速化。在改進涂料的成膜性能或利用化學能的基礎(chǔ)上降低烘干溫度或縮短烘干時間。如,現(xiàn)今大客車、塑料件、汽車修補所用的雙組分聚氨酯丙烯酸樹脂系涂料就屬于低溫烘烤系列的汽車用涂料,其固化工藝為:60~80℃,30~40min。又如陰極電泳涂料的成膜烘干工藝一般為:170~180℃,30min,改進后可降到150~160℃。如選用雙組分的合成樹脂涂料,則又可使車身中涂、面漆烘干工藝回歸到低溫烘干體系。
    (2)在改進涂料配套性和固化性能的基礎(chǔ)上,采取多涂層一起烘干的措施——“濕碰濕”工藝。已成熟的實例有:PVC車底涂層及密封膠不單獨烘干,而與中涂或面漆一起烘干;又如3C1B(中涂、底色漆、罩光漆三涂層一起烘干),有機溶劑型體系的3C1B工藝已成為日本馬自達汽車公司的轎車車身的標準涂裝工藝,與原工藝相比,可節(jié)能減排15%(CO2)。水性涂料體系的3C1B工藝,也已獲得工業(yè)應用。
    (3)開發(fā)采用紫外線(UV)固化法和UV、熱雙固化法革新汽車車身涂膜固化工藝,則將大幅度縮短固化時間和降低固化溫度,節(jié)能減排效果特別顯著。UV固化涂料和UV、熱雙固化涂料已商品化。
    5.涂裝管理走專業(yè)化、社會化之路
涂裝材料、涂裝工藝(含涂裝設(shè)備及器具)、涂裝管理是涂裝三要素,要想獲得優(yōu)良的涂裝效果,必須選擇符合產(chǎn)品涂層標準的涂裝體系(良好的材料)、采用適當?shù)耐垦b工藝(良好的設(shè)計)和充分的作業(yè)管理(良好的管理)。現(xiàn)今我國轎車車身涂裝工藝水平已與國際接軌,很多新建的車身涂裝線所裝備的設(shè)備已堪稱世界一流,可是在涂裝管理的水平、對涂裝管理重要性的認識、治理涂裝漆膜弊病要以防為主的認識等方面,還存在較大差距。涂裝工藝技術(shù)和涂裝管理技巧是創(chuàng)建“零”涂裝缺陷的汽車涂裝線(或稱綠化涂裝車間,即1次合格率達到或接近100%的涂裝線)系統(tǒng)工程的兩個車輪。國外,先進的汽車車身涂裝線通過各工序的污染度管理和各工位的防塵措施的不斷改進,1次合格率已由90%提升到98%以上。國內(nèi)好多廠,涂裝管理跟不上,設(shè)備有效利用率低,生產(chǎn)效率低,一次合格率低,靠拼設(shè)備、延長工時來完成產(chǎn)量。粗放經(jīng)營,材料、能源、水等消耗考核不到位。應加強人員培訓,提高員工的素質(zhì)和技術(shù)熟練度。環(huán)境和設(shè)備保潔工作、廢品(質(zhì)量事故)分析應由專業(yè)隊伍或委托專業(yè)公司來承包。涂裝材料的管理和現(xiàn)場監(jiān)管也可委托材料供應廠商或?qū)I(yè)公司來承包管理,即CPU(按每臺合格車身的涂裝價格)供貨結(jié)算法,相對來說可提高資源利用率,降低涂裝成本。另外,應建立嚴格的涂裝質(zhì)量考核制度(如建立Audit檢查評分站)和嚴肅工藝紀律。
以上,我介紹和分享了近年來,中國和世界上在汽車涂裝工藝以及未來發(fā)展趨勢,在這里希望我國的汽車涂裝方面能迅速步入世界先進行列。




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writer 20241030