新能源汽车工艺设计研究

1、新能源汽车工艺设计研究 摘要：结合一极具代表的新建涂装生产线，对混合材料的涂装展开工艺设计，针对富有代表性、前瞻性的新工艺、新设备、新方案，如涂装方式、组挂方式、上下件方式、前处理、喷涂工艺、喷漆室等进行工艺设计，可为类似生产线的规划、设计提供参考。 关键词：混合材料涂装；工艺设计 1研究背景 随着能源汽车的崛起和汽车轻量化研究的深入，越来越多的新能源汽车采用了轻量化车身，目前车身轻量化材料应用比较多的有碳纤维、FRP、SMC（片状模塑料，由合成树脂、增强材料和辅助材料三大类组成）、PP、ABS、铝合金等，本文结合一新建涂装生产线（以下简称本项目），对混合轻量化材料的涂装展开工艺设计。本项目车

2、身骨架为铝合金型材，主要采用粘接+铆接工艺；外覆盖件包括SMC件，PP、ABS件，铝合金件（电泳供件）等组成，这种大JPH、多材质，多品种的混线生产线，在国内甚至国际上也极具代表性，可为类似生产线的规划、设计提供参考。 2混合材料车身涂装工艺设计 2.1主要工艺设计前提。（1）本项目产能规划10万台/年；（2）工作制度：250工作日/年，两班20小时（2x10h）/工作日；（3）综合利用率（含备件率）：90%；（4）组挂：每辆车折合6挂；（5）设计JPH：134挂/h,双线布置，每条线67JPH；（6）产品材质：包括SMC件，PP、ABS件，铝合金件（电泳供货），钢板件（电泳供货）；（7）数量

3、：单车喷涂30余件。2.2涂装方式的工艺设计。涂装方式的工艺设计有两种方式：一种为整车涂装，是将所有外覆盖件在车身车间先粘接或组装到车身骨架上去，然后整车进入涂装车间进行喷漆，此时车身骨架相当于一个大工装；另一种是散件涂装，是将所有外覆盖件经过组挂后喷漆，喷漆完成后再运到车身车间进行粘接。两种方式各有优缺点，汇总如下：两种涂装方式各有优缺点，国内几个设计院，设备厂家及技术人员进行了激烈的讨论，很难做出判断；考虑到已有的成熟案例，最终还是确定采用散件涂装。2.3组挂方式设计。1）组挂原则。有两种方式：同质、同车同挂和同件同挂；同质、同车同挂对小批量化有利，且色差的控制也更好，另一种对大批量化生产

4、更为有利。本工艺设计采用第一种，即同质、同车同挂，每挂支具不同，橇体一致，支具安装在橇体上，可拆卸结构，支具正常生产中不需要拆卸，只在需要清洗、维修或更换车型时，由人工拆卸、更换，等同于在生产时使用六种不同的橇体。2）组挂方向：考虑到品种多、节拍快等因素，部分采用五面组挂，即前、后、左、右、上组挂；3）组挂示意如图1。图1组挂示意图2.4上下件方式及物流设计。2.4.1上件方式设储存区，分包区及分拣区，各区采用叉车进行转运；分拣区内部采用AGV小车转运。AGV小车的工作流程是：AGV辊道与滑撬下件点链床对接，空滑撬输送到AGV上，AGV根据特定路线进入组挂分拣区；进入分拣区后，AGV上的读写站

5、读到滑撬需要组挂的工件信息，此滑撬运行到对应的工件前，AGV停止，人工上件，上件完成后，启动AGV按钮，AGV继续运行，直到组挂完成；完成后，通过滑撬上件点上件；此AGV继续到滑撬下件点接空滑撬，完成循环；如图2。2.4.2下件方式下件亦引入AGV小车，漆后件从生产线上人工下件到成品转运料框，通过AGV小车转运到储存区。2.4.3工艺设计注意事项1）上下件及物流是本项目难点，在于：品种多、节拍快、且很难实现自动上件；2）分拣区各件的组挂顺序，涉及到AGV线路是否顺畅，需要重点考虑；3）部分件的重量达到20kg，需要设计专门的上下件工装。2.5前处理工艺设计。2.5.1前处理方式考虑到组挂件的稳

6、定性及部分喷涂件可能的兜水问题，本项目采用干式前处理。目前干式前处理应用较多的是雪花清洗和干冰清洗，两种主要的区别是：干冰清洗由制冰机将液态CO2制成冰，固态颗粒状的CO2作用在工件表面；而雪花清洗是经增压设备直接将液态CO2高压喷出到工件表面，后以雪花状作用在工件表面，故需要有增压设备；两者设设备方面区别如图3。图3雪花清洗和干冰清洗设备对比两者均有应用，我们初步选择的是干冰清洗。2.5.2干式前处理与传统的前处理区别如表22.5.3干冰清洗原理由液态二氧化碳制成固态干冰，再由清洗机通过干冰的极地温度（-79摄氏度）来冷冻，使油脂失去粘性，从而容易处理。1）当干冰通过压缩空气的高速吹出，离开

7、喷嘴射到工件表面，产生巨大的力量，清理污垢。2）当干冰打在工件表面，急速膨胀，体积约膨胀700倍，通过这个膨胀力使得残留物清理干净。2.5.4工艺设计注意事项1）注意对干冰清洗间、相邻过渡段及设备放置区域CO2浓度进行检测；2）干冰清洗过程中，噪音达到140分贝，注意考虑降噪措施；3）建议适当增大干冰清洗间的风速，防止二次污染；4）支具的设计、工件的放置、干冰清洗机器人的仿形等也需要考虑二次污染的问题；5）干冰清洗完成后，会有冷凝水的出现，干冰清洗后过渡段、或离子风吹净需要考虑解决此问题；6）干冰清洗效果不如水洗效果，在设计时仍需要考虑人工擦净。2.6喷涂工艺设计。2.6.1喷漆工艺设计考虑因

8、素1）由于本项目为混合材料共线，如PP件等不能耐高温，只能选择采用低温工艺；2）考虑到环评等因素，色漆最终选择的为低温水性漆；底漆和色漆为溶剂型双组分油漆；3）SMC和PP件底漆不能共用；4）本项目漆膜外表面的性能要求很高，如耐水要求40存放330小时不起泡不变色，耐酸要求37%硫酸耐酸2h，传统的保险杠工艺不能满足产品的性能要求，故考虑采用了性能底漆。2.6.2经与材料厂家多次交流、试验、优化，最终确定采用3C1B工艺，如下：擦净段-过渡段-干冰清洗段-过渡段-检查过渡段-离子风吹净段-喷底漆-检查补喷-晾干（12min）-喷色漆-检查补喷-过渡-闪干（升温2min，保温4min，温度70）

9、-强冷（2min）-过渡（2min）-喷清漆-晾干（10min）2.6.3工艺设计注意事项1）SMC是可以耐高温的（高温配方），若混合材料中不存在PP件等，采用高温工艺更加成熟；2）传统的保险杠线采用导电底漆，机器人采用静电悬杯；由于产品的性能要求，我们采用了性能底漆，性能底漆无导电功能，故我们采用了空气悬杯；3）检查补喷段主要解决由于支架遮挡，机器人不能喷涂到的区域。2.7喷漆室及相关辅助设备设计。2.7.1喷漆室形式采用了干式纸盒式喷漆室，汽车涂装生产线喷漆室目前有5钟形式，为水旋喷漆室、文丘里喷漆室、石灰式喷漆室、静电式喷漆室、纸盒式干式喷漆室；近2年，国内汽车涂装行业已有16条生产线已

10、经实施和正在规划。2.7.2与传统的文丘里式喷漆室对比1）设备方面，两种形式的原理图见图4。图4文丘里式喷漆室与纸盒式干式喷漆室原理图对比从两种形式的原理图来看，喷漆室工作平台之上部分（含动静压室、工作间）基本一致，文丘里式喷漆室工作平台之下部分（文丘里漆雾分离系统、排风系统、水循环水池、加料系统、刮渣系统、漆泥干燥系统等）比纸盒式干式喷漆室（纸盒漆雾分离系统、排风系统）复杂，投资也会更大。2）运行成本2.7.3市面上几种纸盒对比注：以上数据来自厂家的产品介绍；实际使用效果还需要验证。2.7.4循环风空调1）喷漆段循环风空调擦净间供风为空调新风，排风经过过滤之后参与到新风空调中；底漆补漆段、色

11、漆补漆段、清漆补漆段供风为空调新风，排风参与到对应机器人喷漆段的循环风中。喷漆段循环风空调需要进行加湿段、制冷段。2）干冰段循环风空调干冰清洗前后过渡段、检查段、离子风供风为空调新风，排风参与到干冰清洗段的循环风中，干冰清洗段排风根据CO2浓度要求直接到大烟筒。干冰循环风空调只需要制冷段，不需要加湿段。2.7.5机器人1）主要为干冰机器人、底漆喷漆机器人、色漆机器人、清漆机器人，色漆喷两遍，其他均喷一遍；2）由于各挂喷涂面积有较大差别，为充分发挥喷涂机器人的喷涂能力，各挂之间采用了不同间距进入喷漆室的办法。2.7.6设备消防涂装车间喷漆线，输调漆间，储漆间，点修补室及有消防要求的区域采用高压细水雾灭火系统；喷漆线的干式分离过渡段及干式分离纸箱采集区采用湿式喷淋保护系统。 3总结 由于本项目的复杂性，从开始规划到最终方案的确定经历了大半年的时间；期间方案也进行了几次反复，在中汽也进行了工艺试喷验证，整体来看，能够满足外观和性能要求。本项目的难度依然是组挂方式和生产组织，需要在以后的设计、生产过程中逐渐完善、优化。就目前工艺设计来看，我认为有下列方案可进一步进行探索、讨论：1）本项目涂装方式采用散件涂装，若验证了整车涂装的几个关键问题，采用整车涂装方式会更为有利；2）