经验交流
国外汽车涂装新技术的应用
陈慕祖
(上海大众汽车有限公司上海201805)
[摘 要] 就国外汽车涂装工艺、涂装设备、输送方式、电气设计安装与计算机管理等方面的进展作了简介。[关键词] 汽车涂装；涂装工艺；涂装设备；计算机管理
[中图分类号] TG 174.4 [文献标识码] A [文章编号] 1001-1560(2002)08-0052-03
[收稿日期] 2002-03-26
目前世界上汽车生产普遍存在供大于求的问题，市场竞争十
分激烈。为了提高产品的竞争力，各大汽车厂都使尽了浑身解数，涂装方面主要集中在提高表面的装饰性、防腐蚀性和环保性等。笔者在近年内，有机会访问了德国、美国、日本、比利时、加拿大等十几家汽车厂和德国DUERR 、美国ABB 及日本帕卡等涂装公司，本文将就涂装工艺、涂装设备等方面的一些新发展，谈谈自己的点滴见解。
1 涂装工艺
涂装线的柔性设计是新建油漆线的特点之一。同一条生产线，可以通过多种车型，既可以通过中、高级轿车，也可以通过商务车，还能通过家庭轿车，这样可以提高涂装线的利用率。 (1)工艺布置合理、物流畅通是大型油漆车间的一大特点。
人造海参通常划分不同的功能区，采用三层或四层的平面布置。 一层一般为清洁区。包括：预处理、电泳的循环泵，加料系统等设备,PVC 密封区，有些厂还布置有预装线等。在一层还布置有非清洁区，如喷漆室的循环水除漆区、注蜡区等。通常这些区域用围墙和其他区域完全隔断，并对外有专门通道。调漆间通常也独立布置在这一层。 二层是油漆车间的主要作业面。包括：预处理和各电泳槽的控制层面，电泳和中涂的打磨，点修补和整理报交。其中有一个高度清洁区，为中涂、面漆的喷漆区，这个区域也单独隔断，进出必须经过一个强制风淋区，才能进入喷漆房的中央通道。
三层通常布置烘房、储存线和供风系统。其中烘房相对集中为高温区。有的涂装线布置成四层，其中的一层为储存线，并兼有分偏组站的功能。
(2)预处理、电泳生产线的工序较多，主要增加的是清洗工
序。预处理区采用了12道工序，其中有7个浸槽，磷化后增加了循环喷淋水洗，再浸水洗，从而提高了洗涤效率和清洁度。电泳后也有二道浸洗和三道循环喷淋。可以充分去除表面及空腔内的浮漆，以提高漆膜质量和防止电泳烘箱的污染。
在预处理区入口处有一组流量非常大的喷嘴，槽液流量可达
1m 3/min 以上，将车身内的灰尘、铁粉冲出来，以提高车身清洁度 及保护后面的槽液(尤其是电泳漆)不被污染，使电泳的脏物减少
49%左右。
脱脂区设置专门的铁粉去除装置，由2台离心式去除塔和1台交变电磁铁粉去除装置及1台去渣机组成。脱脂槽液打入离心塔内在旋转的离心作用下将铁粉等粗颗粒分离，用电磁场的去除装置，可将细小的铁粉在交变磁场的作用下分离。
(3)电泳槽普遍采用了新型管式阳极，与板式阳极相比，非
常轻巧，安装和拆除方便。它采用强盐基性管状无接缝正离子交换膜，膜厚均匀一致。构造上留有自由伸缩空间，膜体不会发生起皱现象，表面可以长时间保持平滑，大大减少了涂料堆积物污染工件的机会。
在阴极电泳涂装电泳时间300s ，阳极比1∶4，超滤水冲洗后，车身滴水时间在90s 以上，去离子水喷淋后车身在热风中滴干
10min ，烘干时升温时间30min ，其中10min 采用100～150℃热风
循环，然后180℃保温。这些措施可以明显提高阴极电泳的质量。
双层电泳通过二次电泳，将目前使用的中涂完全省略，简化了工艺，减少了人员，提高了油漆利用率，最高可达98%，进一步提高了车身的抗腐蚀能力，并且降低了成本。双层电泳的第一层为黑导电层，其作用是防腐蚀并有良好的泳透性；第二层为灰或彩电泳漆，因要与面漆配合颜不宜太深，主要作用是防石击和抗紫外线在电泳漆上贴一层胶片，然后再涂面漆，熔融后的胶片防石击性能非常好。
封闭的涂装体系可使资源浪费和环境污染都降到最低。如电泳漆经超滤水冲洗后，仍有1%左右的固体分流失，将增加一道反渗透，回收电泳漆，可以将电泳漆的流失降到零。
(4)PVC 密封胶的供料部分设计成低压循环增压供料方式,
雾化吸入器料到达使用点后再用二级压缩泵加压向喷供料。这样可以防止管路中PVC 凝结，尤其是节假日更是效果显著。调胶室采用了大功率空调，输胶管道采用了伴温方式加热，可以使管路温差保持在±3℃，
防止冬天送料时因温度过低造成PVC 粘度过大，喷涂时喷不出或散射面不够等毛病。PVC 密封后，通过一个荧光室，这时所有PVC 均会发出强荧光，对飞扬在车身上的PVC
第35卷 第8期 2002年8月
材 料 保 护
MATERI A LS PROTECTI ON
V ol.35 N o.8 Aug.2002
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可以看得一清二楚，很容易擦干净，有利于提高车身清洁度，设备投资少，效果却很好。
(5)另一种新的涂装工艺是在预处理后，在车身外表直接喷粉，然后再电泳，以加强内腔防腐蚀，然后再喷面漆。所喷的粉为聚脂树脂，膜厚可达70μm以上，可以省去中涂，并大大增强了防腐蚀能力和抗石击能力，同时可节省约60%的电泳漆。车身喷粉后，可通过激光测厚仪，自动测定喷粉的厚度，信号可及时反馈，以调整喷的出粉量，从而可保证涂层厚的均匀一致。
电泳后即进行打磨，然后进行PVC密封，接着喷中涂,PVC密封胶和中涂一起烘干，这样可以省去一个PVC烘房。可以节省能源投资。中涂打磨后，将整个车身经过去离子水浸洗后再经喷淋、烘干，然后再喷面漆。这样可以将车身内外的灰尘清洗干净，大大有利于减少面漆表面的灰粒。
新开发的紫外线烘干油漆，已达到可实用的阶段。中涂可仅用紫外线烘干，面漆则用紫外和红外相结合烘干，烘干时间上可以减少一半，能耗可以大大降低。
为了提高车身的丰满度，喷金属漆后，采用了二道自动喷涂机喷清漆，使清漆的平均厚度由30μm提高到50μm以上，最高可达65μm。在面漆涂装前有一个颜分类编组站，以使不同颜相对集中，以减少EST A的清洗和生产节拍的浪费。
喷漆室内壁涂有一层粘性材料，以便粘住灰尘。有的厂在喷漆室外的走道上铺上一层锡纸，并也涂上一种粘性材料。
为了进一步提高车身的防腐蚀能力，将空腔喷蜡改为注蜡。喷蜡时溶剂蜡只能喷到工件表面，无法渗透到所有的缝隙中去。改用40余只喷嘴，将120℃的熔融蜡注满空腔，渗透到所有的缝隙中后，提起车身，流出余蜡后，将有约3kg蜡涂在空腔内，从而起到了很好的防腐蚀作用。
(6)车身面漆完成后的检查和精饰工位，采用新型灯光。每组灯光由柔光灯、棱镜灯、交变灯及卤素灯
组成。再分成平面、侧面及检查返修3组。这些灯光的照明度随车身的颜不同而自动改变。灯光柔和，照明度低，易于保护视力。在这种灯光下更容易发现油漆表面缺陷：如灰粒、流挂、瘪塘及抛光影等。
一般的油漆车间排风通常有20多个烟筒，高度一般在屋顶之上10～20m。集中排风采用90～100m高的方型大烟筒，将喷漆室中的大风量排向高空，增大了扩散区域，保护了局部环境，对屋顶防漏和车间保温等也有利。
生产过程全部网络化管理。从用户订货开始，到生产的每个节点，均有计算机的读写进行物流识别，直到按用户要求生产的轿车送到用户手中，可以全程跟踪，随时可以了解某台轿车所处的位置与状态。
2 涂装设备
(1)日本PARKER的反向过滤除渣系统是一种较理想的磷化渣浓缩系统，它是将过滤袋装在金属网的外面，含渣溶液从外面通过过滤袋，清液从中间返回主槽中，等滤袋外面积满了渣时，用压缩空气反吹，渣块剥落，掉入浓缩槽中再由泵打入压渣机，压成渣饼排出，运行效果不错。
预处理和电泳系统中安装有大量的过滤器，比较好的涂装线，六袋式标准过滤器多达30余只。一般过滤器盖子用大量的
螺丝固定，开关一次需10min以上，盖子打开也较费劲。新的生
产线选用快开式过滤器，一个人打开保险阀后，用力一拉锁紧杆,
即可轻轻抬起顶盖，过滤器盖子开关时间，仅需15s，省时省工。
(2)早期的水性漆高压静电旋杯都是采用外置电极，因为水
是导电的，新的旋杯采用内置电极，办法是喷涂前将油漆存在内，加压喷涂时，切断油漆回路，这样电流就不会传到调漆间去了。轿车面漆自动喷涂系统都采用高压静电旋杯+往复式喷低温导电银胶
+高压静电旋杯的方式进行喷涂。使用往复式空气喷的目的
是为了使金属漆的颗粒产生无序排列，以形成不同的光学效果。
最新的发展是用改进了结构的旋杯代替了喷，达到了同样的目的，油漆的利用率从50%提高到80%。
新的自动喷涂的顶喷机可以在5个方向转动，侧喷机可以在
3个方向移动，从而使车身的各个表面都能获得较均匀的涂膜。
系统都采用外置式，除可移动部分外，设备均置于喷房外，可减少
设备污染，提高喷房的清洁度和方便维修。自动喷涂系统采用带
主动式齿轮泵的油漆流量计代替气动式流量计。达到了反应更快，控制精确更高目的，可以保证瞬间出漆量处于严格的控制之下，并可准确统计出漆量。尤其是调试时，在计算机屏幕上，输入
车身的外型后，即用红线在车身外型上划上喷杯的移动轨迹，并
决定好各种参数后，即可自动执行喷涂的全过程。自动喷杯有油调频音箱
漆和C O2自动切换系统，当设备发生故障，如高电压打火时，喷杯
中会自动喷出C O2灭火。自动喷涂系统的网格板设计成可以自
动向两边收缩。这样不仅可以使漆雾直接落入水中不污染网格板，而且使带90kV高压静电的旋杯远离网格板。喷杯离下方循
环水的距离在150cm以上，喷出的带电荷的漆可以更多地被吸
附到车身上，提高了油漆利用率。
(3)机器人首先应用在车身的内腔喷涂方面，但由于其特有
的灵活性和适用性，已逐步取代往复机。它可以将喷杯移到车身
的任何位置，如喷涂窗框时，可以沿着窗框的边进行喷涂，不必象
往复机那样浪费油漆，通常可节省10%左右的油漆。静电喷涂一
般要求喷杯与工件间的距离为300mm左右，这样涂装的效率较差，并受温度、湿度的影响较大。一种新开发的喷不用高压静电，不用控制温度和湿度，使用机器人喷涂，电眼自动判断距离和
跟踪工件。喷上约有100个小喷嘴，喷嘴中间以空气隔开，其喷
与工件的距离小于50mm，所以其喷涂效率高于90%，涂层厚度
可以准确控制。其原理类似彩复印机复印时的彩喷雾过程。
底部P VC密封，采用四点摄像定位，以保证机器人喷涂时位置高度
准确。机器人采用双头喷涂，并可以移动，跟踪喷涂，这样1台机
器人顶2台用，调试时采用激光仿型模拟，使喷涂的部位十分准确，可防止飞溅，喷涂厚度也可以比较准确地控制在一定范围内。
(4)喷漆室的文丘里除漆系统分成两节。这样可以降低噪声，使水流分配更加均匀。当第一层表面有积漆时，还有第二次
水流分配，使漆雾和循环水能充分混合，提高了除漆效果。底部
水槽采取表面刮渣和底部刮渣相结合，使漆渣得以充分去除。
调漆间采用体积较大的调漆桶，或者将漆厂的漆罐直接装入
输漆系统，配置了振动式过滤器。采用液压式送料，噪声非常小。
三线循环系统，包括高压供漆管路，高压回漆管和低压回漆管路,
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尤其是采用了管中管热交换恒温的方式，可以使到达喷的温度得到准确的控制。一般可保持在23±1℃，同时防止了调漆桶结露现象。输漆软管采用漆管平衡器自动收缩装置，平时各种颜的输漆管全部收缩在平衡器内，避免了软管在喷漆室内拖来拖去的污染。
鸵鸟毛自动除尘机的应用，为解决灰粒问题提供了直接而有效的方法。由于鸵鸟毛有良好的静电性能，其顶端倒钩有利于除尘，并且质地柔软不易划伤车身，是除尘材料中最有效的材料之一。驼毛机和压缩空气吹风站，离子风吹风站等配合使用，组成一个除尘区，运行结果表明效果良好。
A型烘干室在降低热损失和减少占地面积方面优于一般的桥式烘干室，更优于直通式烘干室。烘干室的热风采用二道过滤，大大提高了热空气的清洁度。设计中还将油漆静置室内的空气引入烘干室，作为补充的新风。在下一步的循环中和烘房中挥发的溶剂一起吸入燃烧炉进行燃烧。溶剂全部分解成二氧化碳和水，大大减少了污染。
3 输送方式
(1)双轨摆杆式输送链是车身通过前处理和电泳生产线的输送设备。车身出入槽的角度为45°，可以加快车身空腔内滴水速度，滴水区和槽体积均有所缩小。由于输送链在工艺槽的两侧，从而在车身上方没有脏物和污水滴落，对提高车身质量和防止槽液污染有利。
(2)EISE NM ANN公司开发了一种用于前处理和电泳的多功能穿梭式输送机。每一个穿梭机是一个独立的单体，它可以根据不同车型分别选择不同的入槽角度，翻转方式和前进速度，并可停止和倒退。生产线可以布置成环状，生产线最短，空间最小。
(3)R o Dip(全旋反向浸渍输送技术)是目前世界上新发展的一种预处理电泳最佳输送方式。车身旋转入槽后底部向上，反向前进再旋转出槽口进出槽一次车身旋转360°。车身的上方和侧面均无输送装置，清除了滴液的影响，前后盖和车顶内腔无气泡，三平面电泳漆膜的流平和泳透率都十分良好，灰粒也大大降低。输送线短、投资少、节能、节电、节水、节省化学品。维护及维修费用低。目前世界上有11条使用R o Dip的生产线，运行良好。上海大众正在建设的PO LO涂装线将采用该技术。显示器驱动
(4)雪橇输送机是粗、细PVC密封，中涂和面漆工段的最佳地面输送设备。它的优点是灵活可靠、结构简单、占地面积小，无需特制土建基础。最新的传送带采用橡胶结构，运行时噪声极低。另外，雪橇输送能使车身自由垂直升降，水平移动，分线，合线和调头、转向，调节车身间距及运行速度。雪橇在喷漆室单排工艺链上运行时，有外包档板，几乎将雪橇完全包住，使油漆很难喷到雪橇上。
4 计算机网络化管理
(1)油漆车间的电气设计与安装最大的特点是采用了激光光缆总线制和全面的计算机网络化管理。I NTER BUS总线系统是一个数据环结构。采用环结构可以使数据的接收和传送同时进行。数据环的进出线都在同一电缆内，因此能提供环状系统的全部优点。
(2)中央控制系统由4台高性能的计算机组成。其中1台为服务器，两台负责工艺及输送系统的监控,1台主管生产管理与中央编程，并配有2.0m×1.5m的大屏幕投影显示。中央控制室己不再监视到局部，而
是通过对全局故障点的监控及电话寻呼系统，将故障定位于现场监控站的E M OS，然后逐一加以排除，但中控室随时收集着现场工艺和设备的各种数据。仅仅预处理和电泳就向中控室送去1000多个数据，中控室人员还可对生产起到组织和调度的作用。
(3)油漆车间采用流行的ETHERNET和I NTER BUS系统。电气控制可分为三层：中央监控、现场监控(E M OS)和设备控制，三层控制通过两层网络紧密相连。其中，上层网络以网络通讯协议为基础，采用光纤形式将中央控制、E M OS和控制柜连为一体。下层网也称设备网，采用I NTER BUS—S系统，连接150多个DI N控制柜，无论是限位开关，还是马达驱动模块，都由网络连接，增加了系统的可靠性，并可以定时自动进行设备巡检，准确显示故障位置，大大减少了设备维护工作量。
(4)日本帕卡公司建造的一套预处理和电泳系统，进一步采用了彩触摸式屏幕，只要用手指按在指定的地方就可以获得相应的信息，非常方便和直观。这些信息包括流程图、I NTER BUS的P LC内容、温度曲线、压力和时间的设定，点检项目及周期，设备的手动控制，泵、风机、温度的控制，特别是设备发生故障时，会全部自动记录，并且有故障分析和应采取的措施的一览表，给维修提供了极大的方便。
(5)新型油漆车间从白车身开始设置了一系列计算机读写站，一般在20个左右。这样车身一旦进入油漆生产线，即处于计算机的全程监控之下，通过车身识别系统，车身上的300多个数据将被一一记录，
建立起车身档案。这样我们可以对车间内各生产线的车身情况一目了然。而这些车身档案将随车流向总装，流向销售系统，直到用户手中。通过卫星通讯系统，对任何一辆轿车，都可以方便地进行全程跟踪，也为将来的订单生产创造了条件。
5 我国与国际先进水平的主要差距
(1)国际上新建的油漆车间的车身内腔喷涂，大多采用机器人高速静电旋杯进行。国内整车厂采用的全部是人工喷涂，这主要是由于投资费用和劳动力价格决定的。机器人的喷涂轨迹可以更好地与车身外型符合，通常可以节省近10%的油漆，而且调整更加容易，是车身内外喷涂的发展方向。
来访登记系统(2)欧美国家新建的油漆车间中涂和底漆基本上使用水性漆，少数用粉末漆。国内只有上海大众和通用汽车公司做了这方面的准备，尚没有一家整车厂投入使用。一些筹建中的涂装线也未做这方面的考虑。
(3)一些全新的涂装工艺，比如二次电泳工艺；不需要中涂采用双组分底漆的一体化涂装工艺；将焊缝密封和车底喷涂，分别放到拼焊车间和面漆之后进行的过程改进工艺；粉末浆涂装工艺；紫外光固化等新的涂装工艺和新的涂装方法在国外已逐步兴起，国内尚很少有人考虑和了解这些技术，需要及时认真学习，并不断创新，才能使我国的汽车涂装技术早日全面赶上和达到国际先进水平。[责任编辑：张 帆]
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