涂装线喷漆系统设计讨论与分析

刘 磊

（陕西重型汽车有限公司技术管理部，陕西 西安 710200）

1 概要

涂装生产线的改造重点要考虑到改造后要达到的生产纲领、产能、节拍，包括链速、间距、装挂方式都需要在前期通过反复周密的计算得出设计参数，并能够支撑改造后的生产线运行满足我们的产能需求。通过改造我们要实现什么样的工艺目标，采取何种工艺形式来进行涂装生产作业过程，喷涂作业方式的选择，机器人喷涂和手工喷涂方式的选择对工艺改造目标尤其是设备投资选型差别巨大，另外油漆原材料选型也是影响改造设计的重大因素之一，溶剂型油漆与高固差别不大，但若改为水性漆则需要对室体工艺布局、喷涂系统、空调送排风系统进行大量的改造及新增。另外还有喷房的选择，漆雾处理方式的选择及集中供漆的选择都会对改造方案产生较大影响。一个目标可以有多种方式来实现，每种方式也可以有多种方案，具体如何选择需要对成本投资、运行效率、安全环保、稳定可靠等多方面因素进行考量。无论是产能、工艺、质量还是环保方面，改造不仅要满足现有产品的涂装要求，还要针对未来产品升级或工艺水平提升做相应的预留和储备。

2 喷漆系统设计

2.1 设计总则

喷漆系统是涂装车间的重要组成部分，充分考虑产能、节拍、工艺布局，以保证改造设计方案能够满足未来的生产工艺使用要求。首先通过现场实际勘察，确认哪些设备需要拆除，哪些设备可以利旧，以及改造、新增、增容等内容都需要根据将来实际使用情况及设备自身状态进行分类和明确。例如喷房设计，选择干式喷房还是湿式喷房不仅对改造提出的要求及设备选型不同，而且对将来的工艺使用及运行的效果和成本也产生较大影响。两者的投资、运行维护成本相差不大，干式喷房能耗、三废处理费用相对较低，但耗材费用相比湿式喷房要高一些，各企业可根据自身情况酌情进行方案的设计与评估。

2.2 线体设计方面

线体设计常规有1C1B、2C1B、3C2B、3C1B、B1B2 等，具体选择哪种线体模式需要我们根据施工工艺和油漆原材料类型来选择。3C2B 为中涂→预烘→烘干→色漆→热闪干→清漆→烘干，工艺设计相对比较传统，生产时间周期长、投资大、能耗大，但若将其拆分开来可应对很多工艺调整及特殊情况下的应急迂回，更适应不同生产状态下的使用需求，例如溶剂型3C2B 生产线在不需要中涂且油漆涂层不复杂的情况下生产柔性大，甚至形成近1 倍的产能提升。相比之下，单一的2C1B 或1C1B 生产限制因素相对较多。受工位、工艺布局限制，类似生产线对将来的产能提升、颜色开发、设备改造都会产生一定的影响。尤其是采用人工+机器人喷涂相结合的线体设计，对线体设备运行、油漆材料、质量控制等各种因素的稳定性都提出很高要求，比如2C1B 线体“人工内喷→机器人外喷”设计一旦机器人故障或不能执行降级模式，则完全依靠手工喷涂完成生产，那么仅在人工内喷工位完成整车的内外手工喷涂，生产节拍骤降，不仅无法保证后续的供货周期，若线体电泳排空存储量不够的情况下对电泳线的生产也将产生巨大影响，轻则停线待产，重则影响电泳线正常走线造成重大质量问题，所以单一的简单线体设计运行风险较大，需要提前考虑多种情况下的柔性迂回方案。

2.3 喷涂方案

油漆材料确定为水性漆并按水性漆施工设计建造线体的话，需要考虑特殊情况下溶剂型油漆的喷涂施工方案，例如小颜色水性漆开发周期较长不能满足供货要求，再比如特殊用途颜色不允许采用水性漆，则需要考虑中、小批量溶剂型油漆的喷涂施工方案。若溶剂型产量不大可在清漆工位完成施工，若产量较大则需要单独建线体（室体）。另爱在水性漆工位喷涂溶剂型油漆的可行性有待进一步论证和确认，需要对线体设计承受安全极限进行充分评估，暂无定论。

2.4 洁净度、风速

喷漆系统的洁净度设计是整个改造设计的重中之重，作业区域的洁净度会对产品质量产生较大影响，因此需要根据喷涂需要对喷漆室空调过滤系统制定详细的建造方案。涂装作业场所的过滤等级常分为万级、十万级、三十万级，喷漆室对送风洁净度等级要求比较高，一般为万级；工位作业场所多采用十万级，公共区域为三十万级。除了过滤等级还需要考虑过滤方式，常用的过滤方式有袋式过滤和顶棉过滤，一般空调室体内部多采用多级袋式过滤，如G3、G4、F5、F7、F8，顶棉多采用F5、F7。要想达到我们所需要的洁净度等级常需要进行袋式与顶棉过滤的组合形式，保证过滤精度的同时调整送风状态（静压、均布）。

风速的设计多根据喷涂方式，若采用人工喷涂，风速可相对加大，且控制精度适当放宽，多在0.35-0.50m/s 范围内；若采用机器人喷涂为不影响机器人喷涂扇幅及成形，风速设计则相对小一些，控制精度要求更高，多控制在0.25-0.35m/s。具体风速的设计则通过风机功率选型、室体空间体积大小及单位时间内的换气次数确定整体送风量，从而确定风速。

2.5 送风方式的选择

在前期确定生产线建造工艺方案阶段，需要明确喷漆室内的送风选择何种方式，具体的喷房设计与油漆材料、喷涂方式有直接关系，如油漆材料为水性漆，喷涂方式采用机器人喷涂，则送排风系统多采用循环风，有利于工艺参数控制并降低能耗。人工喷涂工位采用循环风则需要对线体设计考虑人员劳动保护与职业健康因素，需对环境进行充分评估并加入人工新风系统，且需要对喷漆室有机溶剂浓度进行实施监控。若采用溶剂型油漆，考虑到喷漆室爆炸安全极限则须设计为全新风的送排风模式。目前涂装生产线多采用水性中涂+水性底漆+溶剂型清漆，空调送排风系统多是先经过中涂、底漆喷涂段循环取风之后送入清漆段工位，最终与人工喷涂工位新风排风一起进入废气处理系统。

2.6 漆雾处理系统

喷漆室的漆雾处理系统由漆雾捕集装置、排风机、风管、风道等组成，漆雾捕集装置大体上分为干式、湿式两类，发展历程为水旋、文丘里、石灰石、静电分离、纸盒式捕集装置，整个过程受环保、处理效率、能耗、运行维护等因素影响逐渐由早期的湿式处理发展到今天的干式处理，我们在漆雾处理方式的选择上也要重点考量上述因素，结合我们自身生产需要选择投资小、能耗低、运行费用低的方式。

2.7 照度

喷漆室不同区域对照度要求不同，人工作业区域如人工内喷、检查补喷工位对照度要求较高，一般在800Lx 以上，一些自动作业区域、流平段、晾干、闪干段对照度的要求可适当降低300-600Lx 即可。安全性方面喷漆室照明器具灯管、灯箱等均须选择防爆型，按性能可分为耐压防爆与安全防爆。在室体内部须采用耐压防爆型，室体外部有玻璃阻隔的情况下采用安全防爆型。另外在照度设计上可选择高于实际要求5%-10%，利于后期设备设施的统一维修与更换。

2.8 温湿度设计

温湿度是喷漆室重要工艺参数，直接关系到产品质量的稳定性。温湿度设计与油漆材料有很大关系，溶剂型油漆施工对温湿度的要求相对较低，施工窗口较宽，温度可控制在20-30℃，湿度可控制在50-70%，水性漆温湿度控制更为严格、精确，一般温度控制在±1℃，湿度在10%范围内。只需选择合适的设备功率，目前的设备控制精度完全可以满足工艺使用要求。

3 结论

喷漆系统设计是涂装线设计建造的重要部分，需要设计方案中对产能、节拍、工艺方式、原材料选型、作业方式等进行综合评定，不仅对设备选型进行认真考量，还要根据未来可能出现产品工艺水平升级、结构变化、产能提升、环保趋势变化、新技术新材料新工艺的应用推广预留发展和改造的空间及工艺布置基础。总之，需要我们在充分考虑自身各因素并满足使用要求的前提下选择适合我们的工艺设计方案，敢于尝试新技术、新工艺的使用。