轿车保险杠涂装工艺设计启示
盖东辉 马汝成（机械工业第九设计研究院 130011）
【摘要】 本文主要介绍汽车保险杠涂装工艺设计特点，并根据设计体会提出几点值得注意的问题及启示。
关键词 设计特点、工艺、注意的问题及启示
随着对轿车车身涂装高装饰性要求不断提高，我国国内相继建设了多条具有世界先进水平保险杠涂装线，通过不断了解、消化、吸收这些车间工艺，并结合设计实例，对轿车保险杠涂装工艺设计进行粗浅探讨，希望能为涂装工艺设计人员提供有限的参考。
1. 保险杠涂装工艺设计的特点 1.1保险杠材料
表-1 常用保险杠材料及特点 名称 中文 改性聚丙烯 增强聚氨酯 英文缩写 PP RIMPU 类别 热塑性 热固性 耐烘干温度℃ 120 特点 可回收再利用，成本低，耐冲击性、耐溶剂性及尺寸稳定性差。多用于轿车车身部件。 耐低温，刚性好，成本高，热稳定性差。早期120 轿车保险杠所用材料。 耐热，国外已开发出耐180℃烘干产品，高强度，性能接近车身金属件，材料80%交联固化，烘干140 时进一步固化时产生气泡，孔洞不利于高装饰性漆膜喷涂要求，多用于卡车、客车车身部件。 片状模玻璃钢 SMC 热固性 1.2机械化输送方式
表-2 保险杠涂装机械化输送方式及特点 方式 例图 特点 悬链 早期保险杠输送方式，价格低廉。进行烘干时悬链上的油污易滴落工件表面造成污染，现设计中很少应用。 反积放链 国内常见的保险杠输送方式，价格适中。 1
滑橇 国际流行的保险杠输送方式，造价高，工艺布置灵活方便。 1.3涂装组挂方式
表-3 各组挂方式及特点 方式 例图 特点 双杠平置 （双杠） 易于对杠体表面清洗、喷涂，该组挂方式在我国较常见，但保险杠漆膜流平性、色差与车身相邻位置漆膜有差异，并且杠体A表面易被污染。在国外也有厂家为满足大批量生产而四杠平放组挂。 单侧竖置 （三杠） 杠体漆膜属性与车身相邻位置漆膜属性接近，并且减少了杠体A面被污染几率，国内也有厂家为易于表面操作使杠体A面倾斜。但为德国车系配套的杠体大多要求A面垂直。 双侧竖置 （四杠） 双侧竖置较单侧竖置产量可翻番。常用于分期投入，增加产量预留发展，一期单侧竖置，二期双侧竖置。但该方式杠体易被过喷漆雾污染，上件下件不如单侧竖置方便。 1.4自动喷涂方式及配置
保险杠手工喷涂涂料利用率在20%左右，而静电旋杯喷涂涂料利用率可达65%，因此在面漆的底
色漆工序采用杯+杯喷涂工艺可达到提高涂料利用率目的，底色漆自动喷涂方式如表-4：
表-4 底色漆自动喷涂方式及特点 方式 旋杯+喷枪工艺 旋杯+旋杯工艺
例图 特点 传统工艺, 主要为欧洲客户所采用, 目的在于防止金属漆产生色差;色漆二次覆盖时的涂料损耗量较大，涂料利用率最多只能达到20至35%;色漆二次覆盖时喷枪运动参数的调整较复杂(速度, 轨迹) . 色漆二次覆盖时的涂料传递率大大提高;近年来这种新工艺已被美洲和亚洲的厂商广泛采用;使喷房的积垢状况得到较大改观;减小喷具载体的机械损耗；与喷枪相比,旋杯载体的运动可以更柔和,速度也可降低. 机器人在喷涂时手臂移动速度不大于800mm/s，旋杯吐出量不大于400cc/min才能保证漆膜质量，根据以上数据可粗略算出机器人数量，目前国外已有公司正在车身上试验机器人手臂移动速度1500mm/s，旋杯吐出量800cc/min喷涂方式，以达到减少机器人数量的目的。
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1.5工艺方案布置
同车身涂装线一样，保险杠涂装线也采用立体化、区域化方式来保证各区的微正压，保持涂装
车间各区所需的不同洁净度。
一般喷漆室应布置在同一区域内，烘干室布置在同一区域，最好布置在车间上层。打磨、贴遮蔽等手工操作工位布置在同一区域内，最好布置在车间底层，这样布置的保险杠涂装车间有利于生产组织、管理。
2. 典型的保险杠涂装工艺
表-5 工艺流程表 序号 工序名称 处理方式 工艺时间(min) 工艺温度(C) 运输方式 备注 擦拭清理 RT为室温 RT为室温 <20μc/cm 离线 1 工件上件 2 前处理 2.1 预脱脂 2.2 脱脂 2.3 水洗 2.4 水洗 2.5 新鲜DI水洗 3 吹水 4 水份烘干 5 强冷 6 自然冷却 7 火焰处理 8 上遮蔽 9 手工除静电/检查 10 自动除静电 11 喷底漆 12 底漆流平 13 底漆烘干 14 强冷 15 自然冷却 16 底漆检查打磨 17 自动除静电 18 喷底色漆（BC） 19 面漆流平 20 喷罩光漆（CC） 21 流平 22 面漆烘干
手工 喷 喷 喷 喷 喷 自动/手工 热风循环 自动 手工 手工 自动 自动 辐射+热风循环 手工 自动 自动 辐射+热风循环 1 2 1 1 0.5 0.5 20 4 8 0.5 10 45 4 8 0.5 10 12 45-55 3
50-60 55-65 RT RT RT RT 80 <40 RT RT RT RT >21 RT 80 <40 RT RT >21 RT >21 RT 80 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 滑橇 23 强冷 24 自然冷却 25 成品检查下件 26 不合格品返修 手工 手工 4 8 <40 滑橇 滑橇 上述工艺流程表是一种典型的保险杠涂装工艺，采用了三喷两烘（3C2B）；或者采用另一种工艺流程三喷一烘（3C1B），也是常用的保险杠涂装工艺，此时按照上述工艺流程表应该取消工序13、14、15、16和17。 3. 保险杠涂装工艺设计的几点值得注意的问题
⑴前处理脱脂液PH=6.4，前处理设备及前处理滑橇输送设备应具有相应的防腐能力。
前处理工序主要目的是去除残留在保险杠表面脱模剂，并对杠体表面活化处理，与常规脱脂工艺不同，保险杠脱脂液PH=6.4呈酸性，对普通金属具有较强腐蚀性，例如上海一家大型汽车塑料件配套厂涂装车间前处理排风机风扇采用铝合金材质，在不到一年内完全锈蚀，因此建议前处理设备选用不锈钢，前处理滑橇输送链采用聚四氟乙烯轮等耐腐蚀性材料。
⑵前处理后需控制工件滴水电导，设置人工吹水工位。
为保证前处理工序质量，在纯水喷洗后最好设置电导率仪实时监测工件滴水电导，控制工件滴水电导率在20μm/cm以下。由于保险杠体内有加强筋等构件形成一些易积水结构，不易实现自动吹水，最好设置手工工位，由人工完成吹水。
⑶工艺设计要考虑保险杠的热传导系数低的属性，底漆烘干及面漆烘干保温段工艺时间要大于30min，水份烘干工艺时间要保证20min以上。
保险杠热传导系数在0.23~0.69W/(m.℃)，金属车身热传导系数为52.5W/(m.℃)。油漆烘干固化温度是指烘干室内被涂底材和漆膜的温度，而不是烘干室内热空气温度。因此保险杠底漆烘干室及面漆烘干室保温段工艺时间要大于30min，一般35-40min较合适。水份烘干采用热风循环方式工艺时间应大于20min才能满足工艺要求。
同样在每道烘干工序结束后进入下一道工序时，杠体需降至40℃以下，工艺设计时宜采用强冷+长时间自然冷却完成，并且成品件最好放置4小时至室温后再进行抛光修饰。
⑷上遮蔽最好在火焰处理后。
有些车型保险杠喷涂时需上遮蔽，工艺设计时该工序应在火焰处理工序后。否则必须采用耐高温的遮蔽材料以免影响喷漆质量。
⑸喷涂采用静电喷杯时涂料利用率高，但在较难控制金属色漆色差、光泽度等参数，且由于杠体有格栅等特构，喷杯难以单独完成色漆、罩光喷涂，有时杠体需喷杯喷枪组合完成喷涂。
高速旋转的喷杯会使金属色漆中的铝片变形而产生色差值偏高、光泽度下降等弊病，因此要精心选定喷杯电压、杯径、转速等各项参数。由于有些杠体表面有格栅等凹槽结构，喷杯喷涂凹槽结构漆膜很难达到要求厚度，必要时要用喷杯、喷枪组合来完成喷涂。
⑹保险杠有较强吸尘性，涂装工艺设计上必须考虑微正压防尘。 工业厂房洁净级别如表-6：
表-6 厂房洁净级别
3尘埃数/m 3洁净级别 活微生物数/m 换气次数/h （≥0.5μm） （≥5μm） 10 000级 ≤350 000 ≤2 000 ≤100 ≥20次 100 000级 ≤3 500 000 ≤20 000 ≤500 ≥15次 从尘埃数定义的保险杠涂装车间的洁净级别为100 000级，而微正压涂装车间内根据洁净级别划
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分为多个洁净区，最高洁净区≥5μm尘埃数不超过250个/ m。因此在涂装车间工艺设计时，采用区域化、立体化布置方式，有利于实现涂装车间的微正压，可保证杠体一次合格率。
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⑺大型保险杠车间工艺设计要考虑单独喷底漆配件喷涂。
保险杠涂装车间还要兼顾一些小型塑料配件单独的底漆喷涂，工艺设计时要考虑可使这些小配件在完成底漆喷涂时即可下线。
⑻机械化输送挂具要考虑杠体静电喷涂时具有导电性。
保险杠材料是绝缘的，要在挂具上考虑适当的接电方式并采用导电底漆来实现杠体静电喷涂。
4. 保险杠涂装工艺设计的几点启示
4.1保险杠涂装车间要适合多品种，柔性化及大批量生产需要，涂装线的经济产量一般在4000-5000只/天.条。
4.2机器人喷涂是保险杠涂装趋势,采用机器人生产可以节省能源、涂料，提高喷涂质量及产品一次合格率，达到尽快收回投资的目的。
4.3开发新型节能设备势在必行，采用机器人喷涂的喷漆室内溶剂含量维持在爆炸浓度下限以下即可。国外几年前已经开发出用于机器人喷漆室带除溶剂功能的循环供风设备，该设备在冬季生产时喷漆室采用循环供风可节省大量的能源，在我国引进的涂装线上已有应用。
4.4 改性聚丙烯材质保险杠表面能较低，除了开发配套底漆来提高附着力外，通常采用火焰处理、及其他复杂的化学方法来提高其表面能，随着复合材料技术发展，开发满足喷涂特性的新型保险杠复合材料是未来趋势。
4.5 3C1B涂装工艺可减少底漆烘干工序，节省能源，降低投资，是国外新发展使用的涂装工艺，也是保险杠涂装未来发展趋。
4.6 随着我国涂料技术的发展，环保型涂料应用将会普及，水性漆、高固份漆等环保型涂料将应用于保险杠涂装，新设计的大型保险杠涂装车间应做好水性漆工艺预留。
4.7 大型保险杠涂装车间正随着大型整车厂建设而兴建，我们可以利用国内现有资源，独立自主，新、快、好、省地建设此类车间，而不是花大价钱不断重复从国外引进。
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