卡车车厢电泳涂装车间设计.docx

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卡车车厢电泳涂装车间设计

课程设计（论文）

题目：

卡车车厢涂装设计

学院：

环境与化学工程学院

专业：

应用化学

班级：

xxx

学号：

xxx

学生姓名：

xxx

指导教师：

xxx

2014年月日

前言

卡车又称为载货汽车，是运载货物和商品用的一种汽车形式，包括自卸卡车、牵引卡车、非公路和无路地区的越野卡车和各种专为特殊需要制造的车辆（如机场摆渡车、消防车和救护车、油罐车、集装箱牵引卡车等）。

车辆通常由发动机，底盘，车身，电器设备四个部分组成。

卡车由于种类繁多，工作环境复杂，外加我国幅员辽阔，各地气候差异巨大，大气腐蚀环境千姿万状，这就要求卡车的各个组成部分在各种复杂的环境下有较强的抗腐蚀能力以及较好的耐候性，以保证卡车能正常的工作。

要使卡车各组成部分有较强的抗腐蚀能力和较好的耐候性，就必须选择符合要求的涂料以及合理的涂装方法。

卡车是现代最重要的交通工具之一，从外表看，卡车的外表90%的面积都有漆膜涂覆，而这层漆膜对卡车结构防腐和延长寿命起到至关重要的作用，随着卡车涂装技术的发展和环保要求的逐步提高，国内卡车涂装线已经越来越重视环保节能型涂装新材料、新工艺的应用，设计卡车车厢涂装生产线时，涂装设备的工作原理和生产参数必须与之相匹配，为了追求涂装线的高精益化和高柔顺性化，设备选型尽可能多的选用国产设备，通过维修设备来保证涂装生产线的生产效率，从而降低生产线的建设费用。

设计一个成熟的卡车车厢涂装生产线包括涂装工艺的选定，涂装工艺选定后可根据生产要求进行工艺的设计和计算，工艺的设计包括工艺流程的确定，各工艺采用的工艺规范等。

目录

一.绪论…………………………………………………………4

1.1.电泳涂装的发展史……………………………………………4

1.2电泳设计原则……………………………………………………4

1.3设计前提…………………………………………………………5

二、电泳涂装工艺设计………………………………………5

2.1阴极电泳的原理及特点…………………………………………5

2.2阴极电泳的基本流程……………………………………………6

三、电泳涂装设备与计算………………………………………9

3.1电泳涂装设备……………………………………………………9

3.2电泳涂装设备的计算………………………………………………11

四、设计小结……………………………………………………12

五、参考文献……………………………………………………12

一、绪论

1.1电泳涂装的发展史

电泳涂装（electro-coating）是利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极之一的基底表面的涂装方法。

电泳涂装的原理发明于是20世纪30年代末，但开发这一技术并获得工业应用是在1963年以后，电泳涂装是近30年来发展起来的一种特殊涂膜形成方法，是对水性涂料最具有实际意义的施工工艺。

具有水溶性、无毒、易于自动化控制等特点，迅速在汽车、建材、五金、家电等行业得到广泛的应用。

由于其具有优良的防腐蚀性、高泳透率、高流平性、高装饰性且涂装自动化程度高、涂装污染少等特点，不但应用在汽车行业中，还广泛地应用在其它行业中。

如在建筑材料中，防火门、钢窗等涂装耐候性好的双涂层的环氧树脂阴极电泳涂料，钢制家具和间壁材料使用丙烯酸树脂系阴极电泳涂料。

在五金行业中，电泳锁具、金属眼镜架、自行车部件、文具、皮箱扣、打火机等用品，均取得了令人满意的效果。

目前应用比较广泛的主要是阴极电泳涂装。

阴极电泳涂装最先在美国应用。

早在20世纪60年代中期德国BASF公司和美国PPG公司首先进行了阳离子型树脂的合成（即阴极电泳的研究）。

1971年美国的PPG公司开始应用第一代阴极电泳漆。

先在菲利普公司的电冰箱、洗衣机以及干燥机等耐腐蚀性能要求高的家用电器上作底漆。

1976年6月美国通用汽车公司将汽车部件采用PPG公司第二代阴极电泳漆（CED-3002#）获得成功。

1977年开始正式用阴极电泳漆为底漆来涂装汽车车身。

基于阳极电泳涂装过程产生阳极溶解、阳极电泳涂膜的耐腐蚀性较低，而阴极电泳涂膜的耐腐蚀性能优良、能成倍地提高汽车车身的使用寿命，阴极电泳涂装工艺得到快速普及。

1978年美国通用汽车公司和福特汽车公司基本上把原来使用的65条阳极电泳涂装生产线改用新的阴极电泳涂装生产线。

1977年日本和英国由美国PPG公司引进技术以后，他们的汽车涂装从1978～1979年也向阴极电泳涂装转化。

到1978年底初步统计，世界上约有120调阴极电泳涂装生产线，其中美国有70条以上，日本有20条，欧洲有10条。

至1985年，汽车车身的阴极电泳化率达90%以上，至今全世界大量流水线生产的汽车车身几乎100%都采用阴极电泳涂装打底。

1.2电泳设计原则

为使电泳涂装车间设计能充分体现先进、合理、经济、可靠，在设计过程中必须遵循以下设计原则：

（1）根据产量的大小、产品特点、上下加工工序之间的关系和运输距离等因素，涂装工作的布点应尽可能集中，以节省投资，方便管理，提高工艺和机械化的水平。

一般涂装车间是易产生大气污染和火灾危险性的场所，因此应尽可能将涂装车间设置在与加工装配车间相隔离的具有防火能力的厂房内或独立的建筑物内。

在多层建筑物内涂装车间应设置在边跨，以保证由车间可直接向外撤离。

（2）工艺设计应掌握先进、合理、经济、可靠的原则，努力推广、采用节能、低污染和无污染型的涂装技术和装备，使新的涂装车间在各项技术、经济指标方面都具有较先进的水平。

工艺水平过低，必然会造成劳动生产率低，劳动强度大，能源和材料消耗大，涂层质量低，有时占地面积大；工艺水平过高，则会造成投资过大，设备的生产能力不能充分发挥。

因此，应权衡利弊，统筹考虑。

1.3设计前提

1.3.1生产能力、车身尺寸和输送方式

被涂物尺寸（长×宽×高）：

7.3m×2.2m×2.4m（5吨卡车标准）

生产纲领：

10万辆/年

净生产能力：

400辆/d，工作时间：

23h/d。

（三班制）

每年工作时间：

250d

工位年时基数：

5750h

维修损失时间：

4%

涂装标准：

YES电泳标准

设备年时基数：

5520h

生产节奏：

t=60·5520·85%·95%/100000=2.65分钟/台。

输送方式：

前处理、电泳线采用摆杆输送机；车底喷涂采用反向滑橇；中涂、面漆喷涂线及其他部分采用滑橇输送系统。

2.1.2车身涂层质量要求

满足卡车的涂层质量要求。

电泳底漆、中涂漆和面漆的涂膜厚度的要求不一样，电泳漆：

外表面≥18μm，内部空腔≥1lμm；中涂：

外表面30～40μm，内表而15～20μm；面漆：

金属底色漆12～20μm或素色漆20—25μm，清漆35～50μm。

二、电泳涂装工艺设计

2.1阴极电泳的原理及特点

1.与传统的溶剂型涂料和其它浸涂、喷涂水性烘烤漆相比，阴极电泳涂料具有无可比拟的优越性:

涂底漆工序可实现完全自动化，适用于大流水生产;可得到均一的膜厚;泳透性好，提高了工件内腔的防腐蚀性，尤其是阴极电泳涂膜的耐腐蚀性;涂料利用率高;安全性比较高，是低公害涂料;涂膜的外观好，烘干时有较好的展平性。

2.与阳极电泳涂装法相比，它具有如下优点:

与被涂物不发生阳极溶解，使涂膜与底材的附着力和防腐蚀性能均有所提高；漆基中含有防止底材腐蚀的基团（如含氮基团），耐腐蚀性和泳透力均高于阳极电泳涂料，因而使被涂物的内腔和焊缝泳涂得更好。

2.2阴极电泳的基本流程

序

号

工序名称

处理

方式

工艺参数

备注

时间（min）

温度（℃）

1

滑橇锁紧检查+预清理转挂至前处理输送链

自动+手工

RT

推杆悬链一般不带滑橇

2

前处理

如采用旋转输送机，设备

长度可缩短约20％

2.1

热水洗

喷

0.5

50±5

2.2

预脱脂

喷

0.5-l.O

50±5

2.3

脱脂

浸

3

50±5

2.4

水洗

喷

0.5

RT

2.5

水洗

浸

浸入即出

RT

出槽喷新鲜工业水

2.6

表面调整

浸

浸入即出

RT

2.7

磷化

浸

3

40±5

2.8

水洗

喷

0.5

RT

2.9

水洗

浸

浸入即出

RT

出槽喷新鲜工业水

（2.10）

钝化

浸

浸入即出

RT

（2.11）

水洗

喷

0.5

RT

2.12

循环纯水洗

浸

浸入即出

RT

2.13

洁净纯水洗

喷

0.25

RT

纯水电导≤10us

3

沥干

自动

4

电泳涂装

如采用旋转输送机，设备

长度可缩短约20％

4.1

阴极电泳

浸

3.0-4.0

28±1

出槽喷4.2槽液或新鲜uF

液+纯水

4.2

UF液洗

喷

0.5

RT

补加4.3的槽液

4.3

UF液洗

浸

浸入即出

RT

4.4

洁净UF液洗

喷

0.1-0.2

RT

布置在4.3的出口

4.5

循环DI水洗

浸

浸入即出

RT

4.6

洁净DI水洗

喷

O.1—0.2

RT

布置在4.5的出口

5

沥干／转挂

6

电泳烘干

热风循环

30

车身180

保温20分

7

强冷

强制冷却

车身≤50

缓冲

电泳烘干后设有跑空缓冲线

8

滑橇解锁

自动

RT

9

电泳察检查／钣金修整

手工

≥20

离线钣金修补

手工

≥20

间歇

10

转挂

自动

车身离开底漆滑橇

底漆滑橇返回／存放

11

上遮蔽

手工

≥20

12

喷车底防护涂料

自动+手工

≥20

13

下遮蔽

手工

≥20

14

转挂

自动

≥20

车身放到面漆滑橇上

15

焊缝密封胶

手工

≥20

16

铺沥青垫片

手工

≥20

（17）

聚氨酯喷涂

自动

≥20

（18）

胶烘干

热风循环

15

140

（19）

强冷

强制

车身≤50

缓冲

烘干后设跑空缓冲线

AUDIT

手工

离线工位

20

电泳检查，打磨

手工

≥20

电泳离线打磨

≥20

间歇

21

中涂准备室

手工

≥20

22

擦净+气封

自动

≥20

23

喷中涂

≥20

23.1

手工喷涂

手工

≥20

23.2

自动喷涂

自动

≥20

23.3

检查补喷

手工

≥20

24

晾干

≥5

≥20

25

中涂烘干

热风循环

30

车身150

保温20分

26

强冷

强制冷却

车身≤50

缓冲

中涂烘干后设跑空缓冲线

27

中涂检查／打磨

手工

≥20

中涂离线打磨

手工

≥20

间歇

28

面漆前编组

29

面漆准备室

手工

≥20

30

擦净+气封

自动

≥20

31

喷面漆

≥20

31.1

手工喷涂

手工

≥20

31.2

自动喷涂

自动

≥20

31.3

检查补喷

手工

≥20

31.4

水性漆预留

31.5

手工喷涂

手工

≥20

31.6

自动喷涂

自动

≥20

31.7

检查补喷

手工

≥20

32

晾干

≥5

≥20

33

面漆烘干

热风循环

30

车身140

保温20分

34

强冷

强制冷却

车身≤50

缓冲

面漆烘干后设跑室缓冲线

35

检查、修饰

手工

≥20

点修补

手工

≥20

间歇

大返修准备

手工

≥20

间歇

大返修去面漆喷漆室

AUDIT

手工

离线工位

36

安装装饰件、成品标识

手工

≥20

37

面漆后编组

38

转挂

车身离开面漆滑橇

面漆滑橇返回，存放

39

喷蜡，涂黑漆

手工

≥20

40

送总装车间

三、电泳涂装设备与计算

本设计中的卡车车身底漆涂装均采用阴极电泳涂装工艺。

由于电泳涂装相关设备多，自动化程度高，参数控制复杂，因此，搞好电泳涂装设备的管理和工艺控制，对保证电泳涂装线的正常运行和涂装质量非常重要。

3.1电泳涂装设备

电泳涂装各单元设备主要包括以下几个部分

（1）槽液循环系统

电泳漆是液-液-固三相混合的悬浊液。

原漆固体份含量较高，粘度大，稳定性相对较好，可长期存放（一般为3～6个月）。

配制成槽液（即工作液）后，固含量较低，粘度明显下降，稳定性也变差，要保证槽液处于长期稳定均一状态，就需外加机械力循环搅拌槽液。

一般循环搅拌方式可分为槽内循环和槽外循环两种。

由于安装位置等因素的限制，目前均采用槽外循环方式，或以槽外循环为主、辅以局部槽内循环。

槽外循环采用槽体外设置循环管路，由循环管路上配置的循环泵提供机械能，使槽液由槽内底部的循环喷嘴喷出，槽液在槽体底部处于湍动状态，整体处于流动状态。

（2）槽液热交换系统

槽液的循环搅拌需要外加机械能，最终将转化为热量；电泳涂装过程是一个放热过程，放热量较大。

当这些热量大于槽液的散热量时，槽液温度将不断升高；反之，则槽液温度不断下降。

采用在循环管路中设置换热器，一般选用板式或列管式。

冷却介质选用7-10℃的冷水，加热介质选用40-45℃的温水。

如厂房内环境温度能保证在10℃以上，可不考虑加热。

由于夏季很难保证冷却水的温度，常采用冷冻机组或冷却塔来提供冷量。

换热系统的目的是控制槽液温度，通过换热介质与槽液交换热量来实现。

换热量的大小与换热器的工艺参数有关，也与换热介质的进口温度和流量、槽液的流量有关。

（3）阳极系统

其作用是将阳极与槽液隔离，防止因金属阳极的溶解而污染槽液；排除多余的酸，避免在槽液中积累。

目前均采用阳极隔膜工艺，一般由极板、极罩、极液循环管路、泵、贮槽、去离子水供给管路、参数控制系统等组成。

阳极系统在电泳槽中采用阳极隔膜将阳极板、阳极液与槽液分隔开，形成单独的系统；由于阳极隔膜是一种半透膜，具有选择透过性，因此阳极液与槽液之间并不是完全隔离的，槽液中部分组份可以渗透到阳极液中

（4）超滤系统

超滤系统的作用是产出超滤液，为后冲洗提供清洗液；回收电泳漆；控制槽液组份。

超滤装置的核心是超滤膜，超滤膜目前有卷式、管式、板式、中空纤维式等，其中卷式超滤膜组件具有体积小、膜面积大的优点，已开始普及。

槽液通过超滤器被浓缩后回到主槽，同时分离出清液（即超滤液），该清液用于清洗湿漆膜表面的浮漆后返回主槽中。

这个过程即保证了槽液容积不变，又达到了清洗和回收的目的。

（5）直流供电系统

直流供电系统目的是为电泳施工提供直流电。

目前均采用恒定电压的方式，通过直流稳压电源将交流电变为直流电，在电泳施工过程中选定某一电压值进行涂装。

直流供电系统是由直流电源、阴极汇流排、挂具和工件、电泳槽液、阳极膜、阳极液、阳极管、阳极汇流排等元件组成的串联电路，而每个挂具之间、每个阳极管之间则是并联的。

（6）后冲洗系统

后冲洗系统目的是冲洗沾附在湿漆膜表面的浮漆、气泡、颗粒等，保证烘干后的漆膜外观质量；回收浮漆，提高漆的利用率。

该系统有喷淋和浸洗两种方式，一般电泳线常采用喷浸结合的工艺。

冲洗液采用超滤液和去离子水，其中超滤液冲洗起到了回收浮漆、减少排放量的作用。

（7）烘干系统

其目的是使湿漆膜交联固化，形成最终漆膜。

它是通过外加热源，将热量传递到工件表面，使湿漆膜温度上升，达到交联固化温度。

按热源种类，可分为电加热、燃料加热等；按加热方式可分为直接式、间接式；按热传导方式可分为辐射加热、对流加热等。

湿漆膜的固化是一个化学反应过程，也是一个吸热过程，需要吸收能量，从而改变分子结构。

固化的结果是使小分子形成大分子，使漆膜各项性能得到保证。

需要吸收的能量由固化温度和固化时间来衡量，固化温度和固化时间有具体的控制范围，固化温度一般为170-180℃，固化时间一般为20-30min。

（8）加漆系统

加漆系统的作用是向槽内补加新漆，使槽液固含量保持平衡。

通常采用带搅拌的不锈钢釜，搅拌熟化后经加料泵打入电泳槽中。

电泳漆在制造过程中要加入低沸点溶剂，同时对于双组份电泳漆色浆和乳液需要混均，单组份电泳漆需要分散调配，这就是熟化的目的。

在这个过程中熟化时间就是控制点。

（9）辅助系统

辅助系统的管理包括挂具的清理维护、输送链接油盘的清理维护、输送链链速的控制及备用槽及倒槽检修清理。

3.2电泳涂装设备的计算

电泳涂装设备的计算主要包括槽体尺寸、喷漆室大小的计算。

3.2.1槽体尺寸的计算

（1）主槽长度的计算

根据涂件尺寸及产量，10万台/年卡车车身的电泳涂装槽体应选用固定式。

固定式电泳涂装设备的主槽长度按下式计算：

L=l+2（l1+l2+δ+l3）

式中，L为主槽长度；l为挂件最大长度；l1为挂件至电极间的距离，以挂件安全出入槽为准；l2为电极至槽内壁间的距离，一般为0～80mm；δ为槽壁夹套厚度，一般为150mm～300mm；l3为槽外壁至支撑型钢外沿的距离。

根据客车车身电泳条件，令l=7.3ml1=0.3ml2=0.3mδ=0.2ml3=0.1m

L=7.3+2（0.3+0.3+0.2+0.1）=9.1m

（2）主槽宽度的计算

电泳涂装设备的主槽宽度按下式计算：

B=b+2（b1+b2+b3+δ）

式中，B为主槽宽度；b为挂件最大宽度；b1为挂件之电极间的距离，以挂件安全出入槽为准；b2为电极至槽内壁的距离，一般为0～80mm；δ为槽壁夹套厚度，一般为150mm～300mm；b3为槽外壁至支撑型钢外沿的距离。

令b=2.2mb1=0.3mb2=0.3mb3=0.1mδ=0.2m

B=2.2+2（0.3+0.3+0.1+0.2）=4.0m

（3）主槽高度的计算

电泳涂装设备的主槽高度按下式计算：

H=h+h1+h2+h3+h4

式中，H为主槽高度；h为挂件最大高度；h1为浸渍式设备槽体底面最高点与底座最低点之间的距离；h2为最大高度的挂件距槽底的最小距离，一般为200mm～400mm；h3为最大高度的挂件浸没在槽液中的最小深度，一般为100mm～200mm；h4为槽沿至涂装面的距离，一般为150mm～200mm。

令h=2.4mh1=0.3mh2=0.3mh3=0.2mh4=0.2m

H=2.4+0.3+0.3+0.2+0.2=3.4m

综上所述，电泳涂装设备主槽尺寸应为9.1m×4.0m×3.4m。

3.2.2喷漆室的计算

喷涂室的大小首先取决于喷涂作业间的大小。

再根据选用的喷漆室的类型和供、排风系统的布置方式来确定其外形尺寸。

喷涂作业间的大小与被涂物外形和大小、生产方式、喷涂工位的布置等因素有关。

喷涂室的喷涂作业间内尺寸：

宽度（W）=被涂物宽度+作业区宽度（0.8～1.5m）×2

所以W=5.2m

高度（H）=被涂物高度+工件离格栅板距离（0.3～0.5m）+工件离顶棚的高度（1.5～2.0m）

所以H=4.4m

长度（L）=被涂物高度+单件喷涂工时（min）×输送链速度（m/min）+工件距出入口距离（0.6～1.0m）×2

所以L=12.0m

综上所述，喷漆室的大小应为12.0m×4.4m×5.2m。

四、设计小结

通过这段时间的涂装车间设计，我更加理解了课本上的重点、难点，对课本上的内容有了更深刻的了解，也对涂装车间的设计过程有了一个较为清晰的认识。

做设计的过程中，用到了许多从前学过的知识，因为自己对那些内容掌握的不牢，花费了一些时间去看那些书，但也正是这样让我能够把前后学习的内容融会贯通了，对我们的专业有了进一步的认识。

做设计的过程中，我们小组的同学互帮互助，一起探讨遇到的难点。

五、参考文献

1.《防护工艺设计》，肖鑫编，院内讲义。

2.《涂装工艺学》，张学敏，化学工业出版社。

3.陈志良.涂装车间技术指南[M]．北京：

国防工业出版社2010：

332-384

4.王锡春.涂装车间设计手册[M]．北京：

化学工业出版社2008：

48-60

5.王锡春.电泳涂装技术问答

（1）[J]．北京：

化学工业出版社1995:

37-39

6.冯林卿.浅谈阴极电泳涂装的质量管理和控制[J].上海化学工业出版社2007

7.张学敏.涂装工艺学.北京：

化学工业出版社，2002.9

化学化工学院课程设计评分表

专业班级姓名学号

评价单元

评价要素

评价内涵

满分

评分

知识水平

30%

文献查阅与

知识运用能力

能独立查阅文献资料，并能合理地运用到课程设计之中；能将所学课程（专业）知识准确地运用到课程设计之中，并归纳总结本课程设计所涉及的有关课程知识

20

课程设计方案设计能力

课程设计整体思路清晰，课程设计方案合理可行

10

说明书质量

50%

文题相符

与课程设计任务书题目相符，内容与文题相符

5

写作水平

整体思路清晰，结构合理，层次分明，语言表达流畅，综合概括能力强

30

写作规范

符合课程设计说明书的基本要求，用语、格式、图表、数据、量和单位及各种资料引用规范（符合标准）；符合课程设计规定字数

15

学习表现

20%

工作量

课程设计工作量饱满，能按时完成课程设计规定的工作量

10

学习态度

学习态度认真，遵守课程设计阶段的纪律，作风严谨，按时完成课程设计规定的任务，按时上交课程设计有关资料

10

指导教师评定成绩：

实评总分　　　　　　　　；成绩等级　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　指导教师（签名）

注：

按优（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（60分以下）五档制评定成绩。