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1、10.16638/ki.1671-7988.2020.04.05010.16638/ki.1671-7988.2020.04.050保险杠喷涂前处理工艺浅析叶晓天，王高坤，胡伟（吉利长兴能能源汽车有限公司，浙江 湖州 313100）摘 要：文章主要介绍汽车喷涂塑料件几种前处理工艺水洗、CO2清洗、人工擦拭的主要特点。并从投资、运营能耗以及对上游工艺的影响等方面，对以上几种处理工艺进行了简单的分析及对比。关键词：保险杠；前处理工艺；塑料件喷涂；运营能耗中图分类号：U466文献标识码：A文章编号：1671-7988(2020)04-155-04Analysis of Bumper Spray Pr
2、etreatment ProcessAnalysis of Bumper Spray Pretreatment ProcessYe Xiaotian,Wang Gaokun,Hu Wei(Geely Changxing Energy Vehicle Co.,Ltd.,Zhejiang Huzhou 313100)Abstract:Abstract:Analyse different plastic pretreatment mode,mainly power wash,CO2 clean and manual wipe for bumper.Focuson investment,operati
3、on consumption,production quality from injection,and come to a summary at the end.Keywords:Bumper;Pretreatment;Plastic paint;Operation consumptionKeywords:Bumper;Pretreatment;Plastic paint;Operation consumptionCLC NO.:U466CLC NO.:U466Document Code:ADocument Code:A Article ID:1671-7988(2020)04-155-04
4、Article ID:1671-7988(2020)04-155-04洗前处理工艺。在某些车间还有可能存在水洗前进行简单擦引言随着汽车设计的成熟进步，塑料件在汽车上的应用趋多，保险杠、翼子板、门槛条等塑料外饰件需要喷涂成与车身主体相配的颜色，而对塑料件喷涂的工艺各厂商也有所差别，有传统的 3C1B、有水性漆，漆前处理有较为传统应用较多的喷淋水洗到现代兴起的 CO2清洗，以及更为简洁的人工擦拭。各厂商根据自身的实际情况及当地环保相关政策作出不同的工艺路径规划。本文将主要介绍目前几种不同的塑料件漆前处理方式及其特点。拭的情况。水洗前处理主要特点是清洗效果好，通常一次合格率能达到 95%以上。设备投
5、资及运营能耗较大。1.1.1 水洗原理通过利用一定压力的水对工件表面进行喷淋，来实现去除工件表面油污的目的，通常设 5 道喷淋，喷淋压力一般设计为 1.0 bar，并可在现场根据情况对喷淋压力进行一定幅度的调节。前两个喷淋加热到 55左右，并加入脱脂液，使用物理化学方法除掉表面脏污，而后 3 道常温水洗冲洗除掉工件表面的化学药剂成分，其中最后一道水洗使用纯水，达到表面无污物、无矿物离子的状态，一般最后一道纯水喷淋后，工件上的滴水电导率不大于 10s/cm。某些厂家还可能在最后一道水洗中加入助脱剂，来改变工件表面水的张力，更有利于水分脱离工件表面，有助于防止水分烘不干等情况。水洗之后设置抖水（可
6、选）、自动及人工吹水来除掉工件表面的水膜，对后续水分烘干非常有利；人工吹水通常使用厂区统一供应的压缩空气，针对自动吹水不可达的边角这些容易兜水区域，看现场的水分残留情况，有些工厂仅规划预留人工吹水工位，生产阶段不设置操作工。常规水洗前处理的工艺1 前处理工艺介绍1.1 水洗前处理水洗前处理是较为传统的塑料件喷涂前处理方式，目前国内 80%以上的保险杠漆前处理都使用水洗工艺，如延锋、麦格纳、吉利汽车、长城汽车的大部分保险杠车间都使用水作者简介：作者简介：叶叶晓晓天天（1984），男，安徽人，本科，工程师，就职于吉利长兴能能源汽车有限公司。研究方向：汽车涂装行业工艺规划及现场管理。155汽车实用技
7、术流程如图 1 所示。图 1常规水洗前处理的工艺流程1.1.2 设备投资以某 40 挂/小时节拍的保险杠生产线为例，水洗前处理工艺设置一套 5 序（包括预脱脂、脱脂及 3 道水洗）水洗和吹水设备，包括不锈钢槽体 5 个，通长的不锈钢室体，水泵6 台，吹水风机一台，不锈钢导轨及链条输送机，另包括相应水管、风管、阀门仪表等附属设备，整体设备尺寸52*3.2*4.2m；水洗后水分烘干及强冷，室体使用不锈钢内板，外包保温岩棉及波纹板，烘干高温链条及导轨，耐热温度 120以上，烘干线整体尺寸 80*3.2*4m。综合下来水洗加烘干投资在数百万。1.1.3 运行能耗因设备种类多，水洗前处理在各种工艺中属于
8、能耗较高的一类，主要表现在以下方面：电，用电设备较多，有水泵、吹水风机、烘干风机及照明等，综合装机功率 320KW；水，前处理的主要介质是水，水的耗量主要来源于新鲜水喷淋，各工艺槽的补水等，计 4t/h；天然气，烘干炉使用天然气燃烧加热工件，经计算为 40Nm/h；压缩空气，用于驱动气动阀，人工吹水工位用来吹干工件，计 80Nm/h；另使用蒸汽加热脱脂和预脱脂槽液。结合当地能源单价（浙江湖州），综合计算能耗 450 元/小时。1.2 CO2清洗CO2清洗是近期兴起的一项清洗技术，在国内外已开始应用在一些保险杠生产线上。CO2清洗效果一般，特别是表面油脂较重的时候；优点是节省成本，和水洗相比污染
9、排放物较少。1.2.1 清洗原理CO2清洗主要依靠固态二氧化碳颗粒通过喷嘴喷洒到工件表面，利用干冰的低温（-60-80），使工件表层形成极低温度，使表面的油脂等赃物冷冻，CO2在工件表面气化过程中体积急剧膨胀约 700 倍，油污灰尘皲裂成碎片，失去粘性；同时从喷嘴喷出高速气流，气流的冲击力将皲裂后的碎片从工件表面吹落，随后被工位排风管带走并做过滤处理。对于保杠等外形不规则曲面的产品，通常需要将喷嘴安装到机器人手臂上，使用机器人对工件表面做仿形，从而形成更好的均匀一致的清洗效果。CO2清洗通常可细分为雪花清洗和干冰颗粒清洗，两者156都需要在室外放置一个液态 CO2储存罐，常温高压的液态CO2从
10、管道进入喷嘴瞬间压力减小，体积膨胀，变成固态雪花状 CO2，被压缩空气吹向工件表面，雪花清洗的喷嘴接近液态喷嘴，喷嘴数量排布在设计阶段均可调整。雪花清洗喷嘴结构如图 2 所示。图 2雪花清洗喷嘴对于 CO2干冰清洗，需要在 CO2储存罐后后面增加了压缩装置，将极为细小的 CO2雪花压缩成大块的干冰冰块，随后将干冰切割成为设定好大小的颗粒，粒径大小从 0.53mm 不等，可在根据需要在设备设计阶段设定好。由于是细小颗粒，干冰清洗的喷嘴会大一些，可根据需要将喷嘴设计成相应的形状。干冰挤出及干冰清洗如图 3 所示。干冰挤出干冰颗粒干冰清洗图 3干冰挤出及干冰清洗干冰洗较雪花清洗颗粒较大，干冰颗粒以极
11、快速度冲击到工件表面，冲击力较强，对一些粘度较大的油污具有很好的清洗效果，同时也应注意到，干冰颗粒对产品表面的冲击会对表面粗糙度产生影响，特别是选择的干冰颗粒较大、工件表面较软的时候。和水洗一样，CO2清洗后通常也设置人工检查，火焰处理以及 3 道喷漆等工序，由于清洗过程中环境会比较干燥，在喷漆前去静电作用的等离子风是非常有必要设置的。鉴于 CO2对油污的清洗能力比水洗处理要弱，需要在注塑工序使用免脱模剂的塑料粒子，并在日常生产中做好模具保养等工作，杜绝保险杠等产品表面存在重油污、难以清洗的脂类等赃物，否则清洗不干净会在喷漆过程中引起缩孔、附着力不良等缺陷。在产线规划阶段，应充分考虑来件的洁净
12、程度以及最终产品的表面状态要求，有条件的情况下经过适当的实验测试论证，再选择适合产品的处理方式。1.2.2 设备投资CO2清洗的包含的主要设备有室外液态储存罐、雪花（干冰）制取设备、仿形机器人、送风空调厢、其它喷嘴管路等叶叶晓晓天天 等：保等：保险险杠杠喷喷涂涂前前处理处理工艺工艺浅析浅析附件。综合下来设备投资低于水洗前处理约 30%的水平，而干冰颗粒工艺由于多了一个将大干冰切割成小干冰的工序，所以设备成本会略高于雪花清洗一点。1.2.3 运营能耗CO2清洗的能耗主要来源于压缩空气的使用，室体内的空气送风以及各个设备的耗电量。为避免从工件上清洗下来的灰尘飘扬二次污染工件，通常设置 CO2清洗室
13、的沉降风速人工擦拭的运营能耗相对较小，仅室体送风和照明耗能，以及少量的压缩空气。正常送风满足人员工作舒适度即可，夏季不高于 28，冬季不低于 18，湿度保证不结露即可，不做严格控 制，综合能耗功率 约 50Kw，压缩空气耗 量100Nm3/h。对于擦拭方式进行的表面处理，对进入喷涂线的产品表面洁净度存在较高的要求。特别是塑料件产品表面不能有油为 0.30.4m/s 左右，湿度在 4070%之间。按照 40 挂每小时，污，一旦油污染到保险杠表面，通过擦拭很难根除，会在喷双边 3 层的产能计算，规划清洗室相关的设备电功率不超过200Kw，每小时大约 400Nm3/h 的压缩空气耗量。同时也应注意到
14、，以单位平方计算，根据长三角地区的工业 CO2价格，CO2的单耗成本远高于水洗药品，但 CO2综合运营成本仍然低于传统水洗一截。由于各地区 CO2价格存在差异，本文暂不考虑原材料对的影响，只考虑运营能耗。1.3 人工擦拭前处理1.3.1 清洗原理相较与传统水洗以及 CO2清洗，人工擦拭相对简单，即通过人工采用黏性抹布去擦拭产品需要喷涂的外表面，根据产品来件的清洁程度，可能还需要沾取一些溶剂去擦拭，常用的溶剂有酒精、异丙醇等。此类擦拭工艺在日系保险杠车间应用较多，日系产品在注塑阶段就已经充分考虑影响后续喷涂质量的因素。从塑料粒子的控制、注塑机设计、模具设计加工、及车间日常洁净度等方面做好管控，杜
15、绝油以及灰尘对产品表面的污染，保证注塑后产品表面的洁净度，从而提升产品漆后质量及一次合格率。擦拭方式对进入喷涂线的产品的表面洁净度要求比干冰清洗更高。特别是塑料件表面不能有油污，一旦油污染到保险杠表面，通过擦拭很难根除，会在喷漆后造成漆面缩孔、附着力不良等缺陷；在排产过程中，注塑完的零件设置尽可能少的库存，库存等待时间越长灰尘污染工件表面的概率越大，连续拉动生产时以半小时左右库存量为宜，并将库存区设置洁净区，生产期间开启送风加湿功能，尽可能减少灰尘污染，若灰尘污染传递到喷漆工序，会产生颗粒等缺陷。可见在需要设置批量毛坯件库存的地方不太适用于擦拭前处理工艺。建议在规划阶段进行相关的油漆配套性实验
16、测试，根据情况综合考虑加以选择。1.3.2 设备投资人工擦拭对设备的要求也比较简单，主要就擦净室及照明送风，根据需要可能配备静电吹尘枪，用压缩空气吹去产品表面的静电浮尘。由于涉及到溶剂，室体内排出的气体可能含有部分废溶剂，废溶剂的含量与来件表面洁净度以及溶剂的挥发速度有关，根据各地环保政策的差别，可能需要对擦净的废气做过滤处理，消除掉溶剂后再外排。此处我们对设备投资的比较暂不考虑空气中的废气净化装置。1.3.3 运营能耗漆后造成漆面缩孔、附着力不良等缺陷；在排产过程中，注塑完的零件设置尽可能少的库存，连续拉动时以半小时左右库存量为宜，并将库存区设置洁净区，具备送风加湿功能，尽可能减少库存过程中
17、灰尘对工件表面的污染。可见在需要设置批量毛坯件库存的地方不太适用于擦拭前处理工艺。建议在规划阶段进行相关的油漆配套性实验测试，根据情况综合考虑加以选择。2 投资能耗对比综合上述 3 种前处理的描述，结合相关经验数据，得出各工艺成本关系如下，假设水洗前处理的投资为 100，运营能耗为 100。投资对比如图 4 所示，运营能耗如图 5 所示。图 4投资对比图 5运营能耗可见，不管是从设备投资上还是运营能耗上，传统水洗、二氧化碳清洗、人工擦拭三者的成本均以降序排列，特别是人工擦拭，投资和能耗节省很多。同时我们也应看到，对国内目前存在的大部分保险杠等塑料件生产车间，喷涂来件的洁净度较难达到简单擦拭或吹
18、扫就能喷漆的水平，如此必然要增加较多人工来擦拭，而这样会带来人工成本的上升以及潜在的返修等不一致质量成本。水洗前处理往往在冲洗后需要人工吹水，在喷漆前也需要人工检查，需要一定的人工干预；（下转第 166 页）157汽车实用技术3.2 焊接变形量的控制组焊焊接时，先用磁性定位块将改制件固定在车身上，用三坐标测量仪导入数模，利用“矩阵球”作基准，进行准确定位后，将改制件先点焊固定，再采用对角交叉焊接的方式满焊牢固，以减小焊接应力和变形。这样将前塔座等支架焊接在车身上，最后，用三坐标测量仪进行测量，精度基本都控制在1.5mm 以内。5 总结（1）根据概念展车整体要求，制定试制车身改制工艺技术方案；（
19、2）制定相应的质量管控手段，从车身加长精度保证、底盘硬点改制精度保证、车身改制强度保证等几个方面进行质量管控；（3）本文所提及的车身改制方法为概念展车的试制验证提供参考依据。4 车身质量控制方案为保证概念车车身制作质量，需制定相应的质量保证方案，依据改制过程，从车身强度、尺寸公差规范（DTS）、车身精度等三个方面进行质量管控45参考文献1 许苘.基于“骡车”基础上的总布置流程及设计.机电技术.2012.2 陈龙等.展示基础车身制作工艺及质量控制方案.汽车工艺与材料.2018.3 杨付四.基准“矩阵扩展法”在车身改制和现场测量中的应用.2016中国汽车工程学会年会论文集.2016.4 余玉宏.浅
20、谈专用车辆新产品质量管控J.内燃机与配件.2018(13).5 肖敏红.江铃某车型车身制造质量控制研究D.吉林:吉林大学,2011.。车身强度的确认主要是为了确保展车车身骨架的承载能力。首先进行整体焊接焊缝质量确认，确认无气泡、咬边、裂纹等焊接缺陷。其次进行车身配重，配重重量在设计重量基础上增加 200kg，确认全车身对焊处的焊缝无裂纹，车身骨架变形量不超过 5mm；对四门两盖及其相邻零部件之间的间隙、面差进行优化调整；车身精度核查主要确认改制后的车身精度与设计数据的符合情况，一般采用整车扫描。（上接第 157 页）由于处理效果较好，对各种来件洁净度都能适应，目前国内应用较广发还是水洗前处理工
21、艺。而干冰清洗至喷漆全程几乎无需人工干预，属于自动化程度最高的一种清洗工艺；鉴于目前其对重油污的处理能力有限，相信将来随着 CO2清洗技术的改进发展以及注塑洁净度的提高，在可见时间段内，CO2清洗这种绿色清洗技术会得到较大范围的应用。而随着注塑洁净度的进一步提高，以及涂料适用性范围的提高，从节能降耗角度出发，免前处理应是塑料件喷涂的终极目标。参考文献1 孙小忠,李康,张国忠.提高汽车塑料件涂装附着力的方法J.汽车工艺与材料,2009（3）.2 王圣.东风日产花都工厂保险杠涂装二线的工艺设计及实施J.汽车工艺与材料,2010（7）.3 李文刚,周胜兰,宫金宝.汽车塑料件涂装的绿色工艺技术J.汽车工艺与材料,2013（10）.166