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商用车水性单涂层工艺实色漆涂装案例分享兼容电池

2022-06-28 02:25:57

商用车水性单涂层工艺实色漆涂装案例分享

随着汽车市场竞争的日趋激烈以及环保呼声的日渐增高,汽车涂装在保证高装饰性、高防腐性能的同时,环保、涂装材料和涂装生产成本及设备投资也备受关注。

汽车涂装工艺正朝着减少环境污染、降低设备投资、提高生产效率、节省能源消耗等方面发展。目前国内汽车涂装技术发展的主要方向是紧凑型、水性化,较为典型的是水性IPP(水性紧凑型)工艺、水性3C1B(三涂一烘)工艺,这2种涂装工艺在乘用车生产体系已经得到全面应用及推广,经统计自2011—2016年国内已有30余条生产线采用这2种工艺。

就商用车体系而言,实色漆的比例较高,占60%~70%,一般采用电泳+溶剂型面漆2道涂层涂装体系(即溶剂型单涂层技术)。为满足环保要求,若将溶剂型的老生产线切换为紧凑型水性工艺,成本增加很大,同时现有生产线也很难实现,此时需要有新的水性漆工艺技术,在满足环保要求的同时,保证产品质量并降低生产成本,以满足商用车产品的需求。

水性单涂层工艺是继水性IPP工艺后更为简化的涂装工艺,该工艺可以为电泳+水性色漆,不喷涂中涂、清漆,即可达到或优于现有商用车车身的外观和性能质量要求。水性单涂层喷涂工艺在国外主要应用于MAN、Benz、SCANIA、Fiat等汽车品牌的商用车车身涂装生产。

目前水性单涂层工艺已在江淮汽车首次应用,也是国内首家应用,本文探讨了该工艺在江淮汽车实际应用过程中的工艺设计、涂装设备设计、涂层质量等。

1 水性单涂层工艺设计1.1 水性单涂层涂装工艺特点

(1)环保优势:VOC排放低至17g/m2,相比传统水性3C2B工艺VOC排放下降50%以上,水性单涂层工艺现场喷涂无需RTO(有机废气治理设备)后处理即可满足当前最严格的VOC排放限值要求,如图1所示。图1中的VOC排放数值仅以涂装所用材料中含有的VOC计算。

图1 VOC排放对比图

(2)能耗成本优势:水性单涂层工艺相对水性3C2B工艺运行能耗降低30%以上,节约能源消耗显著,同时降低CO2排放量。

(3)适用于素色漆。

(4)无需单独的水性预烘干:要求面漆烘干炉烘干升温时间达到20min,缓慢升温(按目前节拍可通过设计满足要求)。

1.2 生产线工艺流程设计

江淮汽车遂宁工厂生产产品为轻卡,生产产能年产4万辆,主要颜色为实色漆白、蓝和红,金属漆蓝色和红色,共计5种颜色。为满足当地环保要求,必须采用水性漆工艺,经充分研究后,确定将水性单涂层技术应用于3种实色漆生产,水性3C2B工艺应用于2种金属漆生产的柔性生产工艺技术,其工艺流程如图2所示。

图2 工艺流程图

在此工艺流程设计中,水性3C2B工艺采用先在面漆线完成中涂喷漆烘干后,再次转入面漆线进行色漆及清漆的喷涂工作。涂胶后直接进行水性面漆的湿碰湿喷涂,没有胶预烘干的工序。

由于该生产线为水性单涂与水性3C2B2种工艺混线生产,因此面漆工段的流程设计极为重要。遂宁工厂的面漆工段流程如图3所示。

图3 面漆工段流程图

水性单涂层工艺的面漆喷涂在面漆喷漆室完成,水性预烘干工段可不开启,喷涂后车身经过水性预烘干室体及清漆喷漆室进入面漆烘干炉,完成水性单涂层的烘干。

2 水性单涂层现场工艺参数控制

该生产线因需实现水性单涂层与水性3C2B的混线生产,需要多关注喷涂参数及流平烘干参数。

2.1 喷涂参数

生产产能一期规划年产4万辆,故一期喷涂机器人共计4台,面漆机器人一站的2台机器人负责3C2B工艺的水性中涂、水性色漆以及水性单涂层漆料的喷涂,面漆机器人二站的2台okmart.com机器人负责溶剂型清漆的喷涂。

中涂、色漆、水性单涂层均采用一遍成膜的方式,水性单涂层色漆膜厚为30~45μm。在生产过程中需对漆膜厚度的均匀性进行严格控制,过薄不能保证涂膜性能及造成外观不良,过厚易出现气泡、流挂等漆膜弊病。

因此,在现场需对机器人仿形轨迹进行不断优化及对喷涂机器人各项喷涂参数进行工艺验证,确定最佳喷涂参数,经调试后的现场喷涂参数见表1。

表1 喷涂参数

2.2 流平烘干参数

流平及烘干系统是涂装生产的重要环节,其对于获得合格的面漆漆膜质量起到至关重要的作用,因此水性单涂层的流平、烘干条件需要进行充分地工艺验证。

该生产线因兼容3C2B水性漆生产工艺,故水性单涂层在面漆喷漆室喷涂完成后需经过水性预烘干室、清漆喷漆室(23~26℃)后才能进入面漆烘干炉进行干燥。因此水性单涂层喷涂完成后有2个工艺方案可供选择:

方案一,采用水性预烘干炉进行脱水,经清漆喷漆室到面漆烘干室干燥;

方案二,保持湿膜状态下,工件只经过这2个室体,在面漆烘干室完成脱水干燥,面漆烘干炉设置炉温80~100℃,10min预烘脱水时间。因水分预烘干及清漆喷漆室的长度及链速固定,因此预烘干及清漆段的时间不能调整,为得到产品的最佳外观,只能对方案一以水分预烘干前的不同流平时间为变量和方案二进行工艺验证及现场工艺调试。最终得出方案二的漆膜外观起泡最少,质量最佳,工艺验证记录详见表2。

表2 不同常温流平时间的外观差异验证

为得到最佳外观质量,经对现场烘干设定参数进行多次调试后,最终确定的面漆炉温曲线如图4所示,其中,不同颜色曲线表示同一台车身不同部位的炉温数据,蓝色为空气温度。

3 涂装用材料相容性试验

采用水性单涂层与水性3C2B工艺共线生产的模式,为确保生产现场多工艺柔性化生产,需进行2种工艺材料相容性方面的试验工作。

图4 水性单涂层现场炉温曲线

3.1 涂料相容性试验

水性单涂层车身与溶剂型清漆烘干共用面漆烘干室进行干燥,水性漆在烘干过程中挥发出水分,易导致面漆烘干炉内循环风湿度相对较大,对3C2B工艺的溶剂型清漆烘烤时的外观质量造成影响。现场采用2种方案进行验证:

方案一为模拟现场批量生产状态(2种工艺分别集中生产),先批量通过水性单涂层湿膜车身,再通过3C2B工艺的清漆湿膜车身;

方案二为考察极限状态,烘干炉内全部为水性单涂车身,仅中间加入1台清漆湿膜车身,经现场工艺验证,对3C2B工艺的溶剂型清漆质量基本没有影响,均可满足质量标准要求,试验数据详见表3。

表3 3C2B工艺的蓝色金属漆漆膜外观验证

3.2 与密封胶湿碰湿相容性试验

水性单涂层白色漆在试验验证阶段,与焊缝密封胶湿碰湿开展配套试验时存在相容性差的问题。传统水性漆使用的焊缝胶材料,其增塑剂以酯类产品为主,由于水性单涂层白色漆的树脂和溶剂与传统水性漆存在差异,若仍使用传统水性漆配套的焊缝胶,其焊缝胶中存在的酯类增塑剂与水性单涂层白色漆相容性较差,在烘烤过程中会导致焊缝胶表面漆膜不润湿,产生斑点弊病。

经多轮修改焊缝密封胶的配方,通过减少酯类增塑剂的使用量、调整增塑剂及树脂种类等措施,解决水性单涂层与焊缝密封胶湿碰湿配套性问题。

4 水性单涂层漆膜外观及性能

4.1 水性单涂层漆膜外观

经过前期的工艺设计及现场工艺调试,我国首条水性单涂层涂装线于2015年7月成功启动工艺调试,目前水性单涂层工艺的白色漆车身已进入批量生产阶段,日产合格车身100台以上。车身涂膜外观目视良好,橘皮、DOI等各项外观检测指标均达到并优于目前现有轻卡体系的工艺外观要求,整车水性单涂层白色漆膜外观检测值见表4,电泳漆膜厚度为18~20μm。

表4 整车白色水性单涂层喷涂漆膜外观检测数据

经过长期生产实践验证,对于相同汽车车型及底材,运用水性单涂层新工艺可获得性能优良的涂膜外观及目视外观,检测数据均优于传统溶剂型单涂层工艺,充分体现了新工艺的优越性。

4.2 水性单涂层工艺漆膜关键性能

采用现场制板方式对单涂层的漆膜性能进行全面检测,制板工艺采用与车身相同的SPCC板材,随工件进行三元系磷化+电泳,电泳漆膜厚度为18μm,贴板在工件表面进行在线喷涂,总膜厚为50~55μm。其中漆膜的关键性能检测结果如表5所示。

表5 白色漆膜关键性能检测

5 结语

随着国内卡车生产线的更新换代要求及国家环保法规要求不断升级,水性单涂层工艺因其生产工艺与现有卡车工艺极为接近,却更加环保、能耗更低等,必将成为未来卡车最具应用前景的涂装工艺技术之一。

它是继水性紧凑型工艺、3C1B工艺后更为简化的涂装工艺,必将以其工序短(电泳+面漆)、VOC排放低、仅限于素色漆等技术特点,成为解决卡车涂装生产中的环保和制造成本问题的最佳方案。

未来该工艺的应用者,在得到该工艺应用的材料成本降低、能耗成本降低、生产节拍提升的优势的同时,也要加强配套性材料的选择、共线工艺的确认以及生产颜色的排产等问题。以使得水性单涂层工艺在商用车生产线能得到更优化、更广泛的应用。

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