圖1 RoDip與擺桿鏈設(shè)備長度對比
轎車涂裝車間是汽車廠投資最大、能耗最高的車間，也是三廢的主要來源。本文介紹了幾種涂裝新技術(shù)，能夠顯著減少車間能源消耗，減少三廢的排放，減少投資和運(yùn)營成本，在涂裝車間規(guī)劃中應(yīng)重點(diǎn)考慮。
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，減少涂裝公害、降低涂裝成本和提高涂裝質(zhì)量一直是涂裝技術(shù)發(fā)展的主題。近年來，涂裝工藝及設(shè)備的進(jìn)步主要體現(xiàn)在環(huán)保型涂裝材料的應(yīng)用、機(jī)械化輸送技術(shù)和噴涂技術(shù)改進(jìn)以及優(yōu)化汽車生產(chǎn)過程等方面，目的是提高質(zhì)量，減少投資，降低能源消耗，減少廢氣、廢水和廢渣的排放，降低生產(chǎn)成本。在汽車工藝開發(fā)過程中，生產(chǎn)工藝規(guī)劃具有舉足輕重的地位，在項(xiàng)目確定之前，科學(xué)的規(guī)劃為項(xiàng)目決策提供科學(xué)的依據(jù)；在項(xiàng)目確定之后，對項(xiàng)目的技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)合理性起著決定作用。規(guī)劃決定了車間的布局和工藝水平，對車間日后使用產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，科學(xué)的規(guī)劃能夠節(jié)約投資、減少環(huán)境污染、保證產(chǎn)品質(zhì)量并提高經(jīng)濟(jì)效益。近年來，涂裝技術(shù)發(fā)展迅速，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，在新工廠規(guī)劃中考慮新技術(shù)是減少投資、降低能耗和減少VOC排放最有效的途徑，本文介紹了幾種對車間規(guī)劃影響較大的新技術(shù)。
RoDip輸送技術(shù)
1. 三種輸送技術(shù)比較
目前，國內(nèi)大規(guī)模汽車涂裝線預(yù)處理電泳工藝段采用的輸送機(jī)有4種：空中積放鏈（摩擦鏈）、擺桿鏈、RoDip和多功能穿梭機(jī)，由于多功能穿梭機(jī)投資太大、技術(shù)復(fù)雜，在國內(nèi)很少應(yīng)用，本文不作介紹。
空中積放鏈?zhǔn)亲钤鐟?yīng)用的輸送機(jī)，其軌道由上下兩層組成，上層為牽引軌，傳遞牽引動力，下層為承載軌，工件通過特制的吊具懸吊在小車下。所謂“積放”是指承載小車在軌道上可以受控停止或運(yùn)行。由于空中積放鏈輸送機(jī)的軌道鏈條位于槽體正上方，容易受酸霧、水蒸氣的侵蝕，且易對車身和槽液造成污染。工件入槽角度30°，槽體體積大，生產(chǎn)線占地面積大，且對消除車頂內(nèi)氣泡和出槽時(shí)的倒水都十分不利。為了改善上述問題，我們近幾年做了很多改進(jìn)（如使用大C型吊具、寬接油盤等），但都不能從根本上解決問題。
擺桿鏈在20世紀(jì)80年代末開始在國外廣泛應(yīng)用，2006年，由機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)院開發(fā)的國產(chǎn)擺桿鏈輸送機(jī)開始投入應(yīng)用。擺桿鏈在槽體的正上方?jīng)]有輸送機(jī)構(gòu)，軌道改到了室體上部的兩側(cè)，解決了吊架和輸送鏈滴水污染車身的問題。出入槽的角度可以達(dá)到45°，對消除車頂氣泡和出槽倒水比較有利。由于擺桿可自由擺動，設(shè)備長度比傳統(tǒng)的空中積放鏈要短很多，擺桿鏈可以有效利用車間的高度，在1m高度內(nèi)完成空擺桿的返回，節(jié)省了積放鏈中空吊具儲存區(qū)的占用面積。
RoDip輸送機(jī)由德國杜爾公司開發(fā)，第一代是步進(jìn)式運(yùn)行的，工件可以旋轉(zhuǎn)180°；第二代的工件可以旋轉(zhuǎn)210°；目前全球應(yīng)用最多的是第三代RoDip，它連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，工件可以進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)。RoDip-3輸送機(jī)系統(tǒng)包括帶有驅(qū)動裝置的兩條平行的標(biāo)準(zhǔn)鏈條，車身承載裝置為單一圓軸，它與滑橇鎖緊后位于槽體的正上方。RoDip輸送系統(tǒng)是先將車身鎖緊在滑撬上，再將滑撬鎖緊在一根可以360°旋轉(zhuǎn)的軸上，這根軸的一邊有一連續(xù)杠桿導(dǎo)輥系統(tǒng)，其導(dǎo)向輪所處的位置決定了車身旋轉(zhuǎn)的角度。當(dāng)車身移動到浸槽口時(shí)，導(dǎo)向輪讓軸旋轉(zhuǎn)90°，車身頭部迅速垂直向下，當(dāng)主軸向前移動車身時(shí)再逐步旋轉(zhuǎn)90°變成底向上，尾向前反向繼續(xù)前進(jìn)，在達(dá)到工藝要求的時(shí)間后開始出槽，這時(shí)車身在杠桿導(dǎo)輥系統(tǒng)的作用下連續(xù)旋轉(zhuǎn)180°變?yōu)檎７较蚯斑M(jìn)。由于輸送機(jī)不在工藝槽上方，因此改善了清潔狀況。3種輸送技術(shù)比較如表1所示。
輸送鏈和導(dǎo)向設(shè)備位于工藝槽外面的兩側(cè)，不會因輸送機(jī)的潤滑和磨損等原因造成槽液和車身的污染，輸送系統(tǒng)受酸霧、水蒸氣的侵蝕也較少。工件的頂面和側(cè)面均無輸送設(shè)備，可以減少槽體寬度和輸送機(jī)吊具引起的噴淋反濺。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了工件的90°垂直出入槽，槽體體積變小，大大減小了化學(xué)藥品的首次用量、運(yùn)行能源消耗及日后的清潔維護(hù)工作量。
2. RoDip輸送技術(shù)的優(yōu)勢
（1）減少了槽體長度及相關(guān)槽液的消耗，減小了槽體容積，減少了首次投槽量，同時(shí)降低了能耗、設(shè)備運(yùn)行成本和廢水處理負(fù)擔(dān)。若RoDip的容積為1，擺桿輸送方式的槽液容積比：脫脂槽為1.315、磷化槽為1.315、浸洗槽為1.660及電泳槽為1.217。RoDip與擺桿鏈設(shè)備長度對比如圖1所示。
（2）電泳涂層質(zhì)量優(yōu)，能克服“L”效應(yīng)，確保車身水平上表面的積渣和顆粒少，使電泳底漆的打磨工作量大大減少。車身內(nèi)腔無氣泡（擺桿輸送有），電泳后表面粗糙度達(dá)到0.2～0.3mm，擺桿輸送只能達(dá)到0.35mm。
（3）由于車身是180°翻轉(zhuǎn)出槽，車身內(nèi)腔的槽液可以流得比較干凈，帶液量約為擺桿輸送方式的10%，沖洗水量減少了25%，廢水排放和處理也相應(yīng)減少了25%。節(jié)省污水處理費(fèi)用，對環(huán)保有利。
（4）在車身與陽極間無吊架干擾，極距可縮短0.15～0.20m，有利于電泳涂膜均勻和泳透力的提高。
RoDip具有處理槽液容量小、運(yùn)轉(zhuǎn)成本低、電泳涂層質(zhì)量優(yōu)、材料利用率高、節(jié)省清洗水用量和有利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。而且隨著技術(shù)發(fā)展和用戶的增加，設(shè)備投資成本逐漸下降，接近擺桿式輸送方式，因此該技術(shù)在涂裝車間規(guī)劃時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮。
“免中涂”工藝
汽車涂層一般包括電泳涂層、中涂層和面漆層（底色漆和清漆），各層承擔(dān)不同的作用。電泳層具有良好的耐鹽霧性能，主要是防腐蝕；中涂層起著承上啟下的作用，具有良好的機(jī)械性能，能增加涂層抗石擊性，并具有填平作用，提高整個(gè)漆膜的鮮映性和豐滿度；色漆的主要功能是著色、遮蓋、抗紫外線和裝飾作用，金屬閃光底漆的涂膜在陽光照耀下具有鮮艷的金屬光澤和閃光感；清漆的主要作用是裝飾和保護(hù)，能決定涂層的耐候性能和外觀，具有足夠的硬度、抗石擊性、耐化學(xué)品性、耐污性和防腐性等性能，使汽車外觀在各種條件下保持不變。
噴涂工藝按照涂層進(jìn)行設(shè)計(jì)，工藝流程為：中涂－烘干－底色漆（兩道）－閃干－清漆－烘干，詳細(xì)流程如圖2所示。
噴漆和烘干環(huán)節(jié)是涂裝車間VOC的主要來源，近年來，汽車廠大量采用水性漆和高固體分漆來減少VOC的排放。杜邦、PPG等涂料公司又推出緊籌型工藝，即大家說的“免中涂”工藝。緊籌型工藝流程為：底色漆Ⅰ/底色Ⅱ－閃干－清漆－烘干，詳細(xì)流程如圖3所示。其中底色Ⅰ具有中涂的作用，涂層的整體性能并沒有降低。該技術(shù)省去了中涂噴涂線、中涂烤箱和中涂打磨線，傳統(tǒng)工藝與“免中涂”工藝對比如圖４、表２所示。
采用“免中涂”工藝節(jié)約投資、降低能耗、減少材料消耗、減少VOC排放并且增加生產(chǎn)效率，每輛車的制造成本可以節(jié)省20美元。“免中涂”工藝技術(shù)是節(jié)能環(huán)保低成本工藝，也是汽車涂裝技術(shù)的發(fā)展趨勢之一，在涂裝車間規(guī)劃中應(yīng)加以考慮。
干式噴漆室技術(shù)
目前，國內(nèi)大規(guī)模汽車涂裝線主要采用文丘里式噴漆室和水旋式噴漆室。
文丘里式噴漆室是目前技術(shù)比較成熟的噴漆室，該噴漆室上部送風(fēng)、底部抽風(fēng)，格柵板下面設(shè)有噴水管將循環(huán)水均勻噴出，噴涂的漆霧被層流狀的氣流壓到喇叭形的抽風(fēng)罩中，漆霧隨空氣一起流向抽風(fēng)罩的間隙形成高速氣流，高速氣流經(jīng)過槽下水面與折流板間狹窄間隙時(shí)，形成文丘里式現(xiàn)象，將水面的水分吸入空氣霧化成水粒。水粒與漆粒通過碰撞、吸附和聚凝變成含漆霧的水滴，當(dāng)水滴經(jīng)過折流板后，含漆霧的水滴及其他水被分離掉入水槽中，99%的漆霧顆粒和苯類有毒物質(zhì)被清除至水中，凈化的空氣排入室外大氣。
水旋式噴漆室：新鮮空氣通過空調(diào)送風(fēng)裝置送入水旋式噴漆室頂部的均壓室，經(jīng)均流調(diào)節(jié)器和過濾層后，以0.45m/s的端面風(fēng)速均勻地送入室體內(nèi)，自上而下，將工件置入具有一定風(fēng)速的均流層中，使飛濺的廢漆霧壓入水旋式噴漆室水旋器；水在高速氣流的沖擊下被霧化后和廢漆霧充分混合，從而使漆霧被吸引到水中而帶走，含水分的空氣再經(jīng)氣水分離后，潔凈的空氣經(jīng)排風(fēng)系統(tǒng)送入大氣中，漆霧的凈化率≥98%；含漆霧的水流入循環(huán)水池，通過凝聚凈化（水中定期添加專用凝聚劑）后由循環(huán)泵送入到噴漆室循環(huán)使用，漂浮的漆渣定期撈出后進(jìn)行深埋或焚燒處理。
如今噴漆室用的濕式漆霧捕集裝置的捕集漆霧率雖比較高，可是其致命的缺點(diǎn)是耗水（文丘里式噴漆室處理1.0kg漆霧消耗3.0～3.3kg水，水懸式噴漆室處理1kg漆霧消耗1.5～2.0kg水）。消耗多種藥劑和能源，廢棄物大幅增加，且成為危險(xiǎn)廢棄物。德國杜爾公司最近推出了噴漆室用的干式漆霧捕集裝置Eco DryScrubber（見圖5）。Eco DryScrubber使用的干式分離技術(shù)與濕式（水洗）分離技術(shù)相比，噴漆房面積節(jié)省35%，高度降低16%，不再產(chǎn)生特殊的垃圾，無水，減少90%顆粒排放，它們與機(jī)器人及噴涂參數(shù)匹配，使噴漆室排風(fēng)不需追加過濾，可直接再循環(huán)使用，僅需補(bǔ)充5%～20%的新鮮空氣，可節(jié)省能源30%。采用這種新的漆霧捕集方法后，涂裝單車成本可減少10%，而且不需要考慮風(fēng)管的腐蝕，沒有細(xì)菌。石灰粉的采購及處理方便，把含有油漆渣的舊石灰送到水泥廠用于燒制水泥，其費(fèi)用比濕式噴漆室含水漆渣處理費(fèi)用可降低45%～60%。它是環(huán)保性最好的捕集漆霧的工藝方法，在一年多時(shí)間內(nèi)全球已有18個(gè)應(yīng)用案例，其中國內(nèi)4個(gè)，分別是：一汽大眾成都工廠、上海大眾南京二工廠、上海通用煙臺工廠和奇瑞大連工廠。
總之，干式噴漆室有節(jié)水、環(huán)保和降低成本的優(yōu)點(diǎn)，尤其是中國北方普遍缺水，在新工廠規(guī)劃建設(shè)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮。
鋯鹽前處理技術(shù)
磷化處理是汽車涂裝應(yīng)用最廣泛的前處理技術(shù)，汽車鋼板經(jīng)過磷化處理后表面形成的磷化膜作為油漆涂層的基底，能顯著提高涂層的耐腐蝕性，增強(qiáng)漆膜的附著力。所謂磷化就是在錳、鋅和鎳的磷酸鹽溶液中，鋼鐵等金屬制品的表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種不溶性磷酸鹽保護(hù)膜的過程。汽車涂裝磷化一般采用中溫磷化，溫度30～50℃，磷化過程中產(chǎn)生大量沉渣，清洗不凈將影響漆膜的外觀質(zhì)量，生產(chǎn)過程消耗大量水。
目前磷化技術(shù)發(fā)展遇到了瓶頸，各化學(xué)品公司在磷化劑產(chǎn)品上無更大技術(shù)突破，為適應(yīng)節(jié)能環(huán)保的要求，目前出現(xiàn)了一種替代磷化處理的前處理技術(shù)——氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)。氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理是：在氟鋯酸溶液里，金屬表面凝聚沉積轉(zhuǎn)化成一種納米氧化鋯陶瓷膜涂層，形成一種“ZrO2-M-ZrO2”的氧化鋯陶瓷結(jié)構(gòu)的骨架。ZrO2是無定型態(tài)結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的凝聚功能。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，該骨架交聯(lián)密度增大，繼續(xù)凝聚沉積。直至產(chǎn)生ZrO2納米陶瓷轉(zhuǎn)化膜，該膜層具有良好的耐腐蝕性能并適應(yīng)電泳涂裝。采用磷化技術(shù)和鋯鹽前處理技術(shù)的生產(chǎn)線對比如圖6所示。
采用新一代環(huán)保氧化鋯鹽前處理工藝替代現(xiàn)用的磷化工藝，能徹底不用Zn、Mn和Ni等有害物質(zhì)，少渣或無渣，資源利用率高，可在室溫下處理，且處理快速，工藝簡化（不需表調(diào)和鈍化），設(shè)備投入小，是前處理技術(shù)的發(fā)展方向，在新車間規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮。
結(jié)語
車間工藝規(guī)劃是汽車工藝開發(fā)過程中最重要的環(huán)節(jié)，在新車間規(guī)劃中考慮新技術(shù)是減少投資、降低能耗和減少VOC排放最有效的途徑。本文介紹了幾種對車間規(guī)劃影響較大的新技術(shù)，這些新技術(shù)是涂裝技術(shù)的發(fā)展方向，會對汽車生產(chǎn)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，因此汽車涂裝工藝技術(shù)人員應(yīng)該消化吸收這些技術(shù)，在車間規(guī)劃時(shí)進(jìn)行充分論證，并根據(jù)具體情況采用這些新技術(shù)。
