關(guān)鍵詞：鋁輪轂；方案設(shè)計；噴涂工藝；設(shè)備設(shè)計

    0  前言

      隨著人民生活水平的日益提高和市場需求日益增大，中國經(jīng)濟(jì)在持續(xù)高速發(fā)展，國內(nèi)汽車工業(yè)也有了飛速的發(fā)展，轎車的年產(chǎn)量已達(dá)到500萬輛。但市場的競爭也日趨激烈、顧客的需求在不斷變化，從整車到零部件、從產(chǎn)量、質(zhì)量到規(guī)格、款式、外觀等方面都有了很大的提升，汽車鋁輪轂行業(yè)同樣如此。一批新建生產(chǎn)工廠也應(yīng)運(yùn)而生，鋁輪轂生產(chǎn)廠家從工藝到設(shè)備都在不斷進(jìn)行改進(jìn)和改造，鋁輪轂表面的防護(hù)性和裝飾性能也在不斷提高和變化，以適應(yīng)上游整車廠和最終消費(fèi)者的需求。本文就筆者為浙江某廠家設(shè)計的一條鋁輪轂噴漆噴粉生產(chǎn)線，結(jié)合多年從事涂裝生產(chǎn)線設(shè)備的設(shè)計經(jīng)驗，介紹涂裝生產(chǎn)線總體方案的設(shè)計和工藝和設(shè)備設(shè)計方面的一些問題和體會。

    1  工藝方案設(shè)計討論

    1.1  生產(chǎn)綱領(lǐng)

      該廠生產(chǎn)的鋁輪轂有多種型號規(guī)格，為各類轎車、輕卡等配套，工件尺寸有650mm×300mm（φ×H，下同）、450mm×300mm、200mm×300mm3種，材質(zhì)為鑄鋁件，工件表面均無銹蝕，油污程度中等；最大工件質(zhì)量為20kg，年產(chǎn)量為60萬件，年工作日為280d，每天兩班工作制，每班8h；現(xiàn)有廠房尺寸為：78m×18m×7.5m。

1.2  基于市場要求的產(chǎn)品工藝方案設(shè)計

      由于各上游整車廠對鋁輪轂的防護(hù)性能要求越來越高，裝飾性能要求不盡相同，大致說來，可分為這樣幾類需求：一是表面噴塑；二是把噴塑層作為底層，再進(jìn)行噴漆處理；三是要求噴底漆和面漆；四是先噴底漆、面漆，最后再噴2道罩光漆。需求不盡相同，給方案的設(shè)計帶來了很大的難度。經(jīng)與客戶反復(fù)討論并經(jīng)市場調(diào)研，最終我們確定了4套鋁輪轂的涂裝生產(chǎn)線工藝方案，以滿足不同客戶（整車廠）的不同需求。具體為：

    工藝方案１：表面前處理→脫水烘干→噴粉→固化→成品下線（表1，工序1~17）；

    工藝方案２：表面前處理→脫水烘干→噴粉→固化→轉(zhuǎn)線→打磨→噴底漆→流平→噴面漆→流平→固化→成品下線（表1，工序1~24）；

    工藝方案３：表面前處理→脫水烘干→噴底漆→流平→噴面漆→流平→固化→成品下線（表1，工序1~13，18~24）；

    工藝方案４：表面前處理→脫水烘干→噴底漆→流平→噴面漆→流平→噴罩光漆1→流平→噴罩光漆2→流平→固化烘干→成品下線（表1，工序1~13，18~31）。

      上述方案中，工藝方案１成本較低，防護(hù)性能較好，但裝飾性較差，適合于輕卡及較低檔次的整車用戶；工藝方案２防護(hù)性能較好，裝飾性能一般；工藝方案３防護(hù)性和裝飾性能均一般；工藝方案４防護(hù)性能和裝飾性能都較好，但生產(chǎn)成本較高，質(zhì)量要求也高，適合給較高檔次的轎車配套。

    1.3  鋁輪轂噴漆生產(chǎn)線工藝流程

    鋁輪轂噴漆生產(chǎn)線工藝流程見表1。

表1 鋁輪轂噴漆生產(chǎn)線工藝流程

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    1.4  生產(chǎn)流水線布置方案

      鑒于以上4種工藝方案經(jīng)常間隔生產(chǎn)或部分同時生產(chǎn)，在設(shè)備設(shè)計、配置上如何滿足諸多要求，同時又要考慮到設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)性，有很多方面的因素要綜合考慮：

 （1）現(xiàn)有廠房的限制：該廠現(xiàn)有廠房只有1404m2，去掉216m2的打磨區(qū)域和144m2的包裝工段，實(shí)際只有1044m2的面積供使用，而1條年產(chǎn)60萬只零件的生產(chǎn)線，至少需要1600m2，所以，設(shè)計上必須打破常規(guī)，把某些區(qū)域分成2層，設(shè)備上下放置。

    （2）設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行的能源消耗：廠方預(yù)定的設(shè)備投資規(guī)模不超過250萬元，如果設(shè)計成1條生產(chǎn)流水線，一次上件下件，滿足所有工藝要求，設(shè)備外形尺寸必定很大，超過投資額，且設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時，有的設(shè)備不需開動，例如：按工藝方案３生產(chǎn)時，不需要噴粉和噴罩光漆，但工件仍需通過噴粉室、粉末固化烘道、罩光漆噴漆室和流平、罩光漆烘干烘道。顯然，操作、維修、日常維護(hù)保養(yǎng)工作量會增大，能源消耗也會增加，所以應(yīng)拆分成3~4條流水線裝置，按各類產(chǎn)品的工藝要求，分別開動生產(chǎn)。但這樣會增加人工轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用。經(jīng)過成本分析比較，考慮到節(jié)能、環(huán)保等因素，確定按3條生產(chǎn)流水線方式進(jìn)行設(shè)備設(shè)計。

    （3）各工序之間的相互銜接和轉(zhuǎn)換：設(shè)計成3條生產(chǎn)流水線后，要充分考慮到滿足4種工藝方案的要求；各生產(chǎn)流水線工件的上件、下件，以及各條流水線之間如何相互銜接和轉(zhuǎn)換，這都是看似簡單卻很復(fù)雜的問題；既要符合工藝要求，又要符合物流走向，使上、下件和工件轉(zhuǎn)運(yùn)的工作量減到最小，既要保證零件表面質(zhì)量在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中不受影響，又要降低勞動強(qiáng)度，減輕工人的工作量，如：從前處理到噴底漆之間的轉(zhuǎn)換、粉末固化后到噴底漆之間的轉(zhuǎn)換、從前處理到噴底漆、面漆后再到噴罩光漆之間的銜接等等，這些都是在總體方案設(shè)計時要考慮的問題。

    （4）半成品的打磨、成品的檢驗、包裝：半成品的打磨、成品的檢驗、包裝必須盡量靠近打磨區(qū)域和包裝工段，前處理的上件應(yīng)盡可能的靠近毛坯車間，以減少運(yùn)轉(zhuǎn)工作量。

    （5）最終生產(chǎn)流水線方案設(shè)計：通過以上綜合考慮分析，3條流水作業(yè)線最終設(shè)計如下：生產(chǎn)流水線１：表面前處理→脫水烘干→噴__粉→固化→成品（或半成品）下線；第1種工藝產(chǎn)品可直接在該線上生產(chǎn)。

    生產(chǎn)流水線２：噴底漆→流平→噴面漆→流平→固化→成品（或半成品）下線；第2、3種工藝產(chǎn)品可在流水線１上生產(chǎn)，經(jīng)過一次轉(zhuǎn)掛，再在流水線２上生產(chǎn)出來。

    生產(chǎn)流水線３：噴罩光漆1→流平→噴罩光漆2→流平→固化烘干→成品下線。第4種工藝產(chǎn)品由于質(zhì)量要求高，需在流水線１上前處理、烘干，不需噴粉，然后一次轉(zhuǎn)掛到流水線２上噴底漆、面漆，再一次轉(zhuǎn)掛到流水線３上，噴2道罩光漆，最后固化、下件，出成品。

      值得注意的是：在前處理、脫水烘干后的下件處，前處理、脫水烘干、粉末固化后的下件處與噴底漆線、噴罩光漆線的上件處盡量靠近，以方便轉(zhuǎn)運(yùn)。（見圖1）

    1—輸送鏈裝置；2—上下件工位；3—預(yù)脫脂工位；4—脫脂工位；5—水洗I工位；6—水洗II工位；7—表調(diào)工位；8—水洗III工位；9—鉻化工位；10—水洗IV工位；11—循環(huán)純水洗工位；12—新鮮純水洗工位；13—人工吹水工位；14—下件工位；15—脫水烘干爐；16—面漆烘干爐；17—罩光漆烘干爐；18—冷卻段；19—流平室I；20—流平室IV；21—面漆噴漆室；22—罩光漆噴漆室II；23—粉末固化爐；24—流平室I；25—流平室III；26—冷卻段；27—罩光漆噴漆室I；28—底漆噴漆室；29—下件、轉(zhuǎn)線處；30—噴粉室裝置

圖1 設(shè)備流水線布置圖

      此外，我們把噴涂線設(shè)計成雙層立體方式，把4個烘干固化爐全部架高到二層，把2個流平室、4個燃油加熱爐及調(diào)漆間、工人休息室、更衣室等放在一層，整體看來，工序流暢、各環(huán)節(jié)有序銜接、物流順暢、地面和空間利用合理、又充分考慮到噪聲、溫度等環(huán)境條件和心理衛(wèi)生因素，達(dá)到了現(xiàn)代工業(yè)廠房及設(shè)備的設(shè)計要求，收到了較好的效果。

 1.5  生產(chǎn)節(jié)拍及吊掛方式

      根據(jù)廠家給出的鋁輪轂外形尺寸，我們首先確定前處理及噴粉線上工件為豎直吊掛，每個掛具吊掛2個，上下各1個，掛具一邊前進(jìn)一邊旋轉(zhuǎn)進(jìn)行噴涂，在前處理設(shè)備里則不旋轉(zhuǎn)；面漆噴漆線和罩光漆噴漆線上工件為水平放置吊掛，每個掛具吊掛1個，工件旋轉(zhuǎn)噴涂，這樣易保證表面噴漆質(zhì)量。根據(jù)廠家年產(chǎn)60萬件、年工作日280d、每天16h的生產(chǎn)綱領(lǐng)，經(jīng)計算，每天產(chǎn)量為2143件，每小時產(chǎn)量為134件，每分鐘為2.23個，得出3條流水生產(chǎn)線的懸掛輸送鏈鏈速均為2.2m/min，吊具高度為750mm。

    2  工藝及設(shè)備設(shè)計特點(diǎn)

    2.1  表面前處理

      前處理采用常規(guī)的鋁材處理工藝，在鉻化后水洗的后面，又加了1min的循環(huán)純水洗和0.5min的新鮮純水洗，以確保工件表面無任何雜質(zhì)，增強(qiáng)涂層的附著力，為此，配置了一套出水量為2t/h的純水發(fā)生器。

      前處理設(shè)備為10工位全封閉自動噴淋式，外形尺寸為51800mm×1900mm×3650mm（L×W×H），水泵選用立式液下泵，安裝在輔槽上，以避免漏液到地面上，噴淋系統(tǒng)采用上行下送方式，即由水泵將槽液通過管道輸送到棚體頂部，再由兩側(cè)下送，使噴淋壓力上下均勻，噴淋壓力為0.05~0.15MPa不等。預(yù)脫脂、脫脂和鉻化3個槽均采用燃油間接加熱方式，換熱器直接放在槽底部，殼程里通高溫氣體介質(zhì)，管程內(nèi)通低溫液體介質(zhì)，通過水泵的作用，在對工件噴淋處理的同時，處理液通過管程內(nèi)流動達(dá)到換熱效果。

      除鉻化、純水段槽體和棚體選用不銹鋼材質(zhì)外，其余工位均為普通Q235材質(zhì)；噴淋管路系統(tǒng)除純水段采用不銹鋼材料外，其余工位均為PP管，噴嘴采用PV快速換裝式噴嘴，以便堵塞時能及時更換清洗；全部棚體為分段拼裝結(jié)構(gòu)，棚體框架之間采用螺栓連接，棚體之間為冷鉚扣壓工藝，安裝維修方便，外表無焊接變形，整體比較美觀。棚體兩側(cè)各設(shè)有若干個檢修門及平臺、樓梯等檢修維修輔助裝置，槽體上部均架有安全網(wǎng)，既作檢修通道，又可防止工件掉入槽液中，各工藝段之間均設(shè)有防濺門以防止串液，棚體的進(jìn)出口處、預(yù)脫脂與脫脂之間，及鉻化段共設(shè)置了4套強(qiáng)制排廢氣系統(tǒng)，以便將有害氣體排出室外，使車間內(nèi)工作環(huán)境保持清潔。

    脫脂之間、水洗之間、純水洗之間等工藝段均采用逆流遞補(bǔ)技術(shù)，以減少化學(xué)藥液和水的用量，降低廢水排放量。

      在前處理的出口端，設(shè)置了壓縮空氣自動吹水裝置，壓縮空氣經(jīng)過油水分離、雜質(zhì)過濾后，由氣梳向下傾斜30°吹向工件，將水向下趕，以增加烘干效果；在前處理出口處，還設(shè)置了人工檢驗、吹水工位，供人工目測檢驗、補(bǔ)充吹干之用。

    2.2  烘干、粉末和油漆固化

      4個水分、粉末、油漆烘干固化爐均設(shè)計成高架結(jié)構(gòu)，外形尺寸分別為；脫水烘干爐：18000mm×2000mm×5600mm（L×W×H），主段高2900mm；粉末固化爐：17000mm×3600mm×5600mm（L×W×H），主段高2900mm；兩個油漆烘干爐：18000mm×3600mm×4500mm（L×W×H），主段高1800mm；全部底部高為2700mm。工件從烘道兩端的底部沿30°角進(jìn)出，熱能損耗低，從室溫升到工藝溫度時間約為45min。風(fēng)管及爐內(nèi)壁均采用SUS304不銹鋼，外壁為Q235冷軋鋼板，保溫層則采用100mm厚的礦渣巖棉保溫，四周外壁加掛一層50mm厚的夾芯彩色鋼板進(jìn)行保溫，共計150mm厚，爐外壁溫度不大于室溫+10℃，漏熱少，保溫效果較好，能耗較低，且外形美觀。

      各烘干固化爐內(nèi)采用下送風(fēng)上回風(fēng)的強(qiáng)制熱風(fēng)循環(huán)方式，對工件涂層進(jìn)行加熱；熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)次數(shù)為每分鐘4~7次不等；每個烘道的頂部均設(shè)置了強(qiáng)制排廢氣系統(tǒng)，由管道連接到室外，以將有害氣體排出車間，確保工作環(huán)境不受污染。

      加熱系統(tǒng)采用燃油間接加熱方式，分別設(shè)計了30萬、60萬、40萬和40萬大卡熱值的燃油加熱爐，放置在4個烘干、固化烘道的底部，分別對其進(jìn)行加熱。考慮到加熱爐的耐高溫、節(jié)能、安全和易維修等要求，設(shè)計時有這樣幾個特點(diǎn)：一是爐內(nèi)呈負(fù)壓式狀態(tài)，以有效防止熱量的外溢；二是同時設(shè)計了耐高溫過濾器，以過濾塵埃，保證空氣的潔凈度；三是內(nèi)壁及換熱器全部采用耐高溫不銹鋼材料；四是保溫層采用100mm厚的巖棉+50mm厚的硅酸鋁耐火纖維；五是在加熱爐的熱空氣出口部分，采用4-79水冷卻式耐高溫、低噪聲離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)量：10820~33100m3/h不等；同時選用德國進(jìn)口燃燒器，以確保安全、穩(wěn)定性能。

 2.3  噴粉及噴漆系統(tǒng)

      噴涂系統(tǒng)采用工件自動旋轉(zhuǎn)、自動噴涂加人工補(bǔ)噴方式，在噴粉室、噴漆室一側(cè)設(shè)一臺升降機(jī)，機(jī)上配置兩把高壓靜電噴槍，自動上下往復(fù)噴涂，另設(shè)一手動噴涂工位，遇工件復(fù)雜、死角、溝槽等處，人工補(bǔ)噴。粉末回收裝置采用貼附式脈沖反吹濾芯裝置，回收風(fēng)量為12000m3/h，自動回收、篩粉和供粉。

      噴粉室外形尺寸為：6000mm×1500mm×2800mm（L×W×H）；采用不銹鋼板折彎制造成組件，現(xiàn)場拼裝，用螺栓緊固，輸送鏈從噴粉室頂部通過，頂部用軟塑料板密封，以防漏粉。室內(nèi)各斷面風(fēng)速設(shè)計為0.4~0.7m/s，以確保粉塵不外溢。底漆、面漆、罩光漆4個噴漆室均采用相同的二級水簾式噴漆室，外形尺寸為：5000mm×3650mm×2200mm（L×W×H）；采用微正壓送風(fēng)方式，送風(fēng)量為12300m3/h，抽風(fēng)量為11000m3/h，并設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)門裝置，正負(fù)壓可調(diào)；抽風(fēng)系統(tǒng)分別單獨(dú)接到車間外，加活性碳吸附過濾裝置，定期更換活性碳，以確保排出廢氣符合環(huán)保要求。

      4個噴漆室可以根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的需要，改換噴漆品種，如按工藝方案2、3生產(chǎn)的產(chǎn)品市場需要量增大，也可以把流水線3改為和流水線2一樣，即：改為噴底漆、流平、噴面漆、流平、固化；同樣，流水線2也可根據(jù)需要改為和流水線3一樣，以適應(yīng)市場需要，企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)能力和市場適應(yīng)能力都大大增強(qiáng)。

    2.4  流平室系統(tǒng)

      4個流平室除了保證15min的流平時間外，在外形上因場地的布置而不相同，但均設(shè)計了強(qiáng)制送風(fēng)和強(qiáng)制排風(fēng)系統(tǒng)，室內(nèi)均設(shè)有送風(fēng)、回風(fēng)管路、空氣過濾器等裝置，送風(fēng)口、抽風(fēng)口均可調(diào)節(jié)。與大多數(shù)廠家設(shè)計流平室均采用軸流風(fēng)機(jī)以降低成本不同，我們設(shè)計的送風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)均采用離心風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制送風(fēng)和抽風(fēng)，使有機(jī)溶劑充分揮發(fā)、溫度不會升高，同時漆層表面無桔皮、流痕、露底、針孔、麻點(diǎn)等現(xiàn)象，以確保涂層表面流平質(zhì)量。

    2.5  能源消耗量

      當(dāng)生產(chǎn)流水線1開車，在設(shè)備正常工作時，總耗電量約120kW，總耗油量約60kg/h，耗水量約為1.0~1.5t/h；其中，前處理耗電約75kW、耗油量15kg/h，噴涂系統(tǒng)耗電約15kW，烘干固化爐耗電約30kW、耗油量45kg/h。

     當(dāng)生產(chǎn)流水線2或3單獨(dú)開車，且在正常工作時，總耗電量約為43kW，耗油量約20kg/h。
 

    3  結(jié)語

      該生產(chǎn)線調(diào)試、驗收一次成功，投入使用后，效果良好，滿足了該廠各種各樣訂單的要求，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)備操作簡單、維修方便，為該廠創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益。