如何設(shè)計生產(chǎn)線

1、鋁輪轂涂裝生產(chǎn)線工藝及設(shè)備的設(shè)計探討摘 要：對汽車鋁輪轂涂裝生產(chǎn)線的工藝方案設(shè)計、生產(chǎn)流水線布置、工藝及設(shè)備設(shè)計的特 點作了闡述，同時介紹了如何滿足產(chǎn)品的多樣化、生產(chǎn)經(jīng)營的靈活性、設(shè)備的安全環(huán)保性等方面 的一些具體設(shè)計思路。關(guān)鍵詞：鋁輪轂；方案設(shè)計；噴涂工藝；設(shè)備設(shè)計中圖分類號： TQ 639 文獻標識碼： A 文章編號： 1009-1696 （ 2007 ） 11-0010-050 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、

2、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)運而生，鋁輪轂生產(chǎn)廠家從工藝到設(shè)備都在不斷進行改進和改造，鋁輪轂表面的防護 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650 mmK 300 mm（©XH,下同）、450 mnK 300 mm、200 mnK

3、 300 mm 3 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 20 kg ，年產(chǎn)量為 60 萬件，年工作日為 280 d ，每天兩班工作制，每班 8 h ;現(xiàn)有廠房尺寸為： 78 m X 18 m x 7.5 m。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

4、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T脫水烘干T噴粉T固化T成品下線（表1，工序117 ）；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 124 ）;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113 ，1824 ）；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 113 ， 1831 ）。上述方案中，工藝方案1成本較低，防護性能較好，但裝飾性

5、較差，適合于輕卡及較低檔次的整車用戶； 工藝方案2防護性能較好，裝飾性能一般；工藝方案3防護性和裝飾性能均一般；工藝方案4防護性能和 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 。f-1CT riy ; $ i弋mirt4f0 014 li1ao*-4i;14taJl20 io<n1鼻a jt10>11*<id MI11tItHMMai11壓常utU1D-1M111JJO14* 411uonIt If ，博*1曲II"祈d1*甲it«« > Jl丄

6、11n*w-vin材2$-11科X*11V Anata ji11n110-1 iv補M片W19>11.4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 1 404 m 2，去掉216 m 2的打磨區(qū)域和144 m2的包裝工段， 實際只有1 044 m 2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 1 600 m 2，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)濟性和運行的能源消耗：

7、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)備實際運行時，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、日常維護保養(yǎng)工作量會增大， 能源消耗也會增加，所以應(yīng)拆分成34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)運費用。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

8、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)運的工作量減到最小，既 要保證零件表面質(zhì)量在轉(zhuǎn)運過程中不受影響，又要降低勞動強度，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，以減少運轉(zhuǎn)工作量。（5）最

9、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T脫水烘干T噴粉T固化T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T流平T噴面漆T流平T固化T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)岀來。生產(chǎn)流水線3：噴罩光漆 1 T流平T噴罩光漆2 T流平T固化烘干T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，岀成品。值得注意的是：在前處理、脫水烘

10、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。（見圖1）辛14cn/zirnufund1 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I

11、II ； 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)廠家給岀的鋁輪轂外形尺寸，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，掛具一邊前進一邊旋轉(zhuǎn)進行噴涂，在前處理

12、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280 d、每天16 h的生產(chǎn)綱領(lǐng)，經(jīng)計算，每天產(chǎn)量為2 143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2.2 m/min ，吊具高度為750 mm。2工藝及設(shè)備設(shè)計特點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1 min的循環(huán)純水洗和0.5 min 的新鮮純水洗，以確保工件表面無任何雜質(zhì)，增強涂層的附著力，為此，配置了一套岀水量為2 t/h 的純水發(fā)生器。前處理設(shè)備為

13、10工位全封閉自動噴淋式，外形尺寸為51 800 mmx1 900 mmx3 650 mm（LX WX 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 0.050.15 MPa 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

14、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，棚體的進出口處、預(yù)脫脂與脫 脂之間， 及鉻化段共設(shè)置了 4 套強制排廢氣系統(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技術(shù)，以減少化學(xué)藥液和水的用量

15、，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：18 000 mm X 2 000 mm X 56 00 mm (L XWX H)，主段高 2 900 mm ;粉末固化爐：17 000 mm X 3 600 mm X 5 600 mm (LXWX H)，主段高 2 900 mm ;兩個油漆烘干

16、爐：18 000 mm X 3 600 mm X 4 500 mm( LX WX H )，主段高 1 800 mm ；全部底部高為 2 700 mm 。工件從烘道兩端的底部沿30°角進出，熱能損耗低， 從室溫升到工藝溫度時間約為 45 min 。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 100 mm 厚的礦渣巖棉保溫，四周外壁加掛一層 50 mm 厚的夾芯彩色鋼板進 行保溫，共計150 mm 厚，爐外壁溫度不大于室溫10 'C,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)的強制熱風(fēng)循環(huán)方式，對工件涂層進行

17、加熱；熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)次數(shù)為每 分鐘 47 次不等；每個烘道的頂部均設(shè)置了強制排廢氣系統(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：一是爐內(nèi)呈負壓式狀態(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 100 mm 厚的巖棉 50 mm 厚的硅酸鋁耐火纖

18、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，風(fēng)量： 10 82033 100 m 3/h 不等；同時選用德國進口燃燒器，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)、自動噴涂加人工補噴方式，在噴粉室、噴漆室一側(cè)設(shè)一臺升降機，機上 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 12 000 m 3/h ，自動回收、篩粉和供粉。噴粉室外形尺寸為： 6 000 mmX 1 500 mmX 2 800 mm ( LXWX 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 0.40.7 m/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：5 000 mmX 3 650 mmX2 200 mm( LXWX H) ；采用微正壓送風(fēng)方式，送 風(fēng)量為 12 300 m 3/h ，抽風(fēng)量為 11 000 m 3/h ，并設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)門裝置，正負壓可調(diào)；抽風(fēng)系統(tǒng)分別單獨接 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