第40卷第6期2019年6月涂层与防护Vol.40No.6
Jun.2019
冯日华，高广亮，曲银燕，李翠娜，谢智勇
(中国汽车工业工程有限公司，天津300113)
摘要：新能源汽车是“中国制造2025”十大重点领域之一。涂装作为汽车生产的四大工艺之一，也面临着巨大的变革。本文主要阐述了新能源汽车在涂装工艺、汽车涂装生产线规划以及涂装新技术的应用等几个方面的内容。
关键词：新能源汽车；涂装工艺；生产线规划；涂装设备
中图分类号:TQ630.7+2文献标识码:A文章编号:1672-2418(2019)06-0029-06
Coating Process and Production Line Design and Planning for New Energy Vehicle
Feng Rihua,Gao Guangliang,Qu Yinyan,Li Cuina,Xie Zhiyong
(Automotive Engineering Corporation,Tianjin300113,China)
Abstract:The new energy vehicle manufacturing industry is one of the ten key sectors of"Made in China2025n.As one of the four technologies of automobile production,painting technology is challenged seriously.In this article,the painting process for new energy vehicle,the layout and design of coating production line as well as the innovative coating process,etc.has been described・Keywords:new energy vehicle;coating process;production line layout;painting equipment
0引言
节能与新能源汽车是“中国制造2025”拟重点突破发展的十大领域之一，是未来国际汽车技术竞争的焦点，更是我国汽车产业转型升级、实现汽车强国梦想的必经之路和难得的战略机遇。同时在能源制约、环境污染等大背景下，我国政府把发展新能源汽车作为解决能源及环境问题、建设资源节约、环境友好型社会及实现可持续发展的重大举措。而其中，轻量化、多材质车身则代表着新能源汽车的主要发展方向。降低汽车车身重量，采用结构改进及新材料应用等减重措施的轻量化车身设计，正在改变车身结构，并集多种材料于一身，这必然带来涂装工艺和生产方式的变化。
因此，传统的单一金属材料车身涂装工艺已不能满足变化的要求。在这里介绍目前新能源汽车轻量化车身及相应的涂装工艺及设备。
1新能源汽车的定义及分类【1】
1.1新能源汽车定义
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车；简单来讲，就是指使用除汽油、柴油发动机之外所有其他
涂装工艺COATING PROCESS 29
能源的汽车。
1.2新能源汽车分类
新能源汽车包括：纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车（如超级电容器、飞轮等高效储能器、空气动力、甲醇汽车、太阳能汽车）等。在中国，新能源汽车主要是指纯电动汽车、增程式电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池电动汽车，常规混合动力汽车被划分为节能汽车。
1.3我国新能源汽车现状
美系车企的技术路线主要是发展纯电动和增程式混合动力汽车；日韩系车企的技术路线主要是发展混合动力、纯电动和燃料电池汽车；德系车企技术路线主要是发展纯电动和插电式混动汽车；我国车企结合国情以纯电动和插电混合动力汽车为主、兼顾燃料电池汽车路线，秉承既要引进来，也要走出去的发展方针。目前我国的新能源车及零部件已经出口到十几个国家。
2新能源汽车的涂装工艺
新能源汽车由于采用电池作为驱动源，电池组PACK与传统汽油发动机相比重量大幅增加，需要通过结构改进及新材料应用等减重措施实现轻量化车身设计以减轻车身、底盘等零部件的重量。目前新能源汽车车身结构主要分为以下5种形式：
全铝冲压车身；框架全铝车身（ASF）；铝框架非金属覆盖件车身；车舱塑料覆盖件车身（CFRP）和传统车身材质相同-金属白车身。
新能源汽车的涂装工艺主要与车身结构及材料关系较大，故以车身结构与材料划分，大体可以分为整体涂装和分体涂装。
2.1整体涂装
2.1.1全铝冲压车身和ASF框架全铝车身涂装工艺
全铝冲压车身（车身采用铝合金冲压件）和铝框架全铝车身（车身骨架为铝合金型材、车身覆盖件为铝合金冲压件）虽然车身构造不一样，但涂装工艺是一致的。与传统全钢冲压车身相比，用铝板替代了钢板，对涂装工序而言，仅涂装前处理药剂有所不同带来前处理设备工序有所变化，后续工序与传统车身相同，因此可以采用传统车身相似的工艺方法。前处理采用铝件薄膜（钝化）工艺、底漆采用阴极电泳工艺，对于中、面涂来讲，有二种选择，推荐采用水性3C2B工艺，也可采用水性B1B2工艺（或3C1B）。
2.1.2铝骨架+非金属覆盖件涂装工艺
该种车身为车身整体涂装：铝骨架先进行电泳防腐涂装，类似车架涂装线；前处理采用铝件专用薄膜工艺+底面合一阴极电泳工艺；铝骨架与非金属件覆盖件安装在一起的车身，整体进行涂装，工艺基本与传统车身涂装工艺相近，3C2B、3C1B、B1B2三种工艺都可以使用。但目前由于国内碳纤维产品外观质量还不过关，主推采用3C2B工艺，未来发展的趋势应该为B1B2工艺。
2.2分体涂装
2.2.1铝合金骨架+非金属覆盖件的分体车身涂装工艺
铝合金骨架+非金属覆盖件的分体车身（车舱体或骨架为铝合金型材、车身覆盖件为塑料件、碳纤维（
CFRP）、纤维增强复合材料（FRP）、片状模塑料（SMC）等，该种车身一般采用分体涂装，涂装后送到总装车间进行装配。
（1）铝骨架（或车架）涂装工艺
铝骨架（或车架）涂装工艺：对于新能源车来讲，铝骨架为非外露件，铝合金件车架位于车底部，仅需要考虑防腐、耐油或耐热即可，无需考虑外观质量，故工艺比较简单，仅电泳底漆即可。其中前处理采用铝件专用薄膜（钝化）工艺，电泳采用中厚膜底面合一阴极电泳工艺即可。
（2）非金属覆盖件的涂装工艺
非金属覆盖件的涂装工艺：外覆盖件（车门、翼子板、引擎盖、行李箱盖、顶盖）为非金属，因此涂装车间省去了复杂的前处理等工序。目前国内对碳纤维件的制作关键技术还没有完全掌握，外观质量还不能得到保证，所以对于碳纤维覆盖件，目前推荐采用溶剂型3C2B工艺。随着技术的发展，材料的改进，碳纤维制作工艺的成熟，未来工艺发展趋势为紧凑型3C1B （B1B2）工艺。另外在前处理使用化学清洗与干冰清洗上，优先推荐采用干冰清洗或化学清洗。
2.2.2铝车架+CFRP车舱+非金属覆盖件的分体车身涂装工艺
30涂装工艺COA TING PROCESS
CFRP车舱+非金属覆盖件的分体车身(仅有小车架为铝合金件)。这种车身一般也采用分体涂装，涂装后送到总装车间进行装配。车身由“铝车架+CFRP车舱+非金属覆盖件”构成,3种部件分别涂装，其中碳纤维车舱一般采用原，不进行涂装；铝车架，仅需进行电泳涂装；非金属覆盖件单独涂装，类似保险杠涂装线。
未来随着车企不断的研发和探索，材料的不断更新和发展，将会出现越来越多的车身结构车材料的组合方式，涂装工艺也会与时俱进，不断完善。
3新能源汽车涂装生产线设计及规划特点3.1智能化设计理念
随着“中国制造2025”计划的提出以及互联网企业加入新能源汽车的造车行列，越来越多的车企在规划初期提出了以“智能制造”为发展目标，建设“智能工厂”的要求，即通过信息技术、广泛互联、信息交互、流程再造等一系列手段，满足消费者差异化、定制化的需求，提高生产的灵活性，以及向管理者提供更佳的决策支持。智能工厂的核心特点是产品的智能化、生产的自动化、信息流和物资流合一。就涂装工厂而言，实现智能化，就需要从以下几个方面建立相关的功能：
(1)在新工厂规划阶段，通过仿真实现软件优化布局、减少运营瓶颈的风险、避免设计错误的风险的功能；
(2)通过建筑信息模型(BIM)技术手段，实现工艺土建方案设计、建筑性能分析、管线综合分析、工程量统计等功能；
(3)通过强度计算、流体分析、热力分析等实现设备状态和工况的计算、优化设备结构，确保最优工况及效果；
(4)以模拟仿真软硬件为平台，在实验室实现各类设备动作流程仿真，模拟各类工况、故障发生和验证和处理，实现数字化设备预调试；
(5)数据采集及分析功能：通过对车间各种数据的采集，例如产能、质量、能耗、设备参数、并与工序、工作人员进行关联，实现生产过程的可追溯，可优化；
(6)楼宇自动化系统，通过对建筑物内的设备、能源使用、环境、安全设施进行监测、控制等，以提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适的工作环境；
汽车飞轮(7)智能管理功能：包括设备管理、能源管理、质量管理、生产管理、备件管理、权限管理、无纸化管理、安全管理等。
随着人工智能技术的发展与创新，越来越多的人工智能技术也在被不断地应用到智能管理、故障诊断、质量监控等方面，在未来十几年里，关于人工智能技术的开发及在涂装车间的应用将是一大课题
与挑战。
3.2满足客户个性需求，提升客户体验
随着个性化和定制化时代的来临，车企在建造之初就通盘考虑，使生产线的规划最大限度地保持先进性、前瞻性、柔性以应对未来可能的各种变革。目前越来越多的车企规划了套线或者预留了套线的空间就是考虑到定制化的需求，并通过电商平台实现定制服务。但定制的不确定性对车间的规划和从生产材料到成品车的存储提出了更高的要求，这也是立库技术被广泛应用的原因所在。
其次，传统的涂装车间，以生产为第一要务，一般不太关注参观通道的设计。但结合定制服务，越来越多的汽车厂开始注重客户体验，这种体验并非简单的试驾，而是定制产品的生产流程、生产过程可视化、可追溯。工业参观以提高客户整体体验为出发点，通过有目的地、无缝隙地为客户传递目标信息，创造匹配品牌承诺的正面感觉，以实现良性互动，实现客户的忠诚，强化感知价值，从而增加企业收入与资产价值。鉴于这种客户管理方法和技术，目前一些新规划的涂装车间开始规划参观路线，有些车企还规划了贯彻四大工艺的参观线路，使体验者了解从白车身到成品车的关键生产过程和工艺，了解定制产品的状态，增强对产品的认可度。
3.3将品牌形象根植于生产线设计中
所谓品牌形象就是指品牌在市场上和社会公众心目中所表现出来的个性特征，它体现着公众特别是消费者对品牌的认知与评价。品牌形象是品牌的外部特征，是品牌的脸面，同时它也反映了品牌的本质与实力。目前越来越多的生产厂不仅仅注重品牌外表形象，同时将更多的精力放在了经营、技术、质量、服务等环节。因此在生产线规划阶段，车企提出了绿、环保、节能的理念，打造品牌的正面形象，赢得客户青睐。例如绿建筑方案、清洗水再生循环利用方案、废气处理方案、余热利用方案、循环风方案、干式喷漆室
涂装工艺COATING PROCESS 31
替换湿式喷漆室、无磷前处理电泳技术等被广泛应用
于新能源规划项目中。
4新技术、新设备的应用
鉴于新能源汽车的时代背景及工艺要求，越来越 多的新技术、新设备被广泛使用。
4.1干冰清洗［2】
干冰清洗包括干冰颗粒清洗和雪花清洗两种技
术。目前，国内外已开始初步应用于保险杠和内饰件 涂装线，比如应用于整车塑料件涂装的有德国宝马i3 车身塑料和CFRP 覆盖件涂装线等。
随着汽车轻量化的发展，汽车塑料件和复合材料
涂装在汽车涂装中的比重将不断增加，由此必将导致 整车喷涂工艺的变革。二氧化碳干冰清洗技术由于其
对复合材料的先天优势，有可能成为这次变革的主要 内容之一。国内新能源汽车的发展以及日趋严格的
节能环保趋势，车企已开始关注该技术的应用并提出 应用需求。
4.2干式喷房
干式喷漆室由动静压室、喷涂作业室、漆雾分离
室、排风系统组成，漆雾分离室中设置有漆雾分离装 置。干式喷漆室是相对于湿式喷漆室而言的，因
其漆 雾分离装置在分离漆雾的过程中不使用水，采用的是 干式的方式分离漆雾而得名。其漆雾分离原理有多
种，有采用过滤的方法分离的，有采用静电分离的原
图1雪花清洗碳纤维件应用
理分离的，也有采用惯性力、离心力分离的。
目前主流的是石灰粉干式喷漆室和纸盒干式喷 漆室：
4.2.1石灰粉干式喷漆室
石灰粉干式喷房系统包含了石灰粉漆雾捕捉装
置和排风再循环利用系统，如图2所示。
石灰粉干式喷漆室采用干燥的石灰石固体颗粒
代替液体对漆雾颗粒进行捕获。其基本工作原理是将
含有过喷漆雾的空气由排风机吸入过滤单元，漆雾颗 粒在石灰石粉末存储容器中与石灰石粉末进行充分 混合，部分漆雾被石灰石粉末所包裹形成大颗粒，因
重力沉降作用，聚集在容器底部。还有部分未被捕获
的漆雾小颗粒在通过被石灰石粉末覆盖的过滤单元 时被过滤掉，粘有漆雾的石灰粉层可通过专门的压缩
空气吹扫装置定期吹扫，使附着有漆雾的石灰石粉层
脱落沉降，并重新覆盖上新的石灰石粉末。如此周而 复始，粘有大量漆雾的石灰石粉末会被定期输送到外
部，更新为新的石灰粉。
石灰粉干式喷房
图2石灰粉干式喷房系统
32
涂装工艺 COA TING
PROCESS
4.2.2纸盒干式喷漆室
迷宫纸盒漆雾分离技术是采用自然再生的阻燃瓦楞纸板制作而成的立方体纸盒代替液体或石灰粉对漆雾颗粒进行捕获。纸盒内部通过边缘和开孔，形成多重折流风道，扩大吸附表面，以达到最大的吸附效果。
其基本工作原理（如图3所示）是将含有过喷漆雾的空气由排风机吸入过滤单元，漆雾颗粒在过滤单元内排布的迷宫纸盒内部通过不同路径结构，利用离心力使雾滴等大颗粒被多重折流风道表面吸附。纸盒过滤器后增设有袋式过滤器，可进一步捕捉空气中的漆雾颗粒，双重过滤达到净化空气的目的。
图3纸盒过滤器过滤漆雾原理
4.3立库技术
立体库是由高层货架、巷道堆垛起重机、入出库
输送机系统、自动化控制系统，计算机管理系统及周
边设备所组成、可对撬体和车身实现自动化保管和计
算机管理的仓库。立体库将撬体及车身存放集中化、
立体化、减少了占地面积，提高了空间利用率。智能
化存储、编组，既可以实现先进先出、避免僵尸车又可
以根据客户订单自由调度，为企业的生产调度提供便
捷，实现智能化存储。
4.4机器人漆膜质量自动测量
机器人自动测量车身漆膜的颜、外观、厚度等参数，并将数据自动输出形成测量报告。此技术不仅效率高于人工测量，并且还能避免人工测量的不稳定和一致性不好等问题。
4.5车身漆膜缺陷自动检测系统【3】
表面缺陷自动检测技术开始在汽车车身漆膜缺陷的检测领域发展，并且已经开始在一些汽车公司开始测试与应用。与传统人工检测方法相比，这种漆膜缺陷自动检测技术有速度快、效率高、精度高、检测范围广以及稳定性强等优点，并且此系统的应用极大程
图4漆膜质量自动测量系统
度地提高了生产效率和改善了涂装车身的质量。随着技术的不断完善和发展创新，可以预计基于计算机视觉的漆膜缺陷自动检测技术在汽车涂装行业将会得到越来越广泛的应用。
5结语
随着全球加速电动、停止燃油车生产的行动计划的出炉，以及我国双积分政策的实施，新能源汽车作为国家战略，在未来会有更加快速的发展。新能源汽
涂装工艺COATING PROCESS
33
图5不同形式漆膜缺陷自动检测系统示意图
车车身轻量化也给涂装工艺及装备带来了巨大的变
化，我们在设计、产品研发等方面应及时跟上时代的 步伐，创造出适应未来汽车产业需求的装备，满足轻
量化汽车涂装生产线的要求。同时，车企、涂装设备厂
家和涂装材料厂家应紧密合作，联合开展涂装新技术
的跟踪及技术创新研究，开发出满足新能源汽车需求 的绿涂装技术。
参考文献
[1]
邓国开。我国新能源汽车产业发展现状、挑战与展塑卩]. 重型汽车，2017,(01 )：4-6.[2017-09-06].
[2] 刘洋.我国干冰清洗技术的应用现状及展望[J].清洗世 界，2006, 22(1):25-28,
[3] 刘磊.基于计算机视觉技术的汽车涂膜缺陷检测方法
的研究[D].天津：天津大学，200&
(上接第28页)
后，工件表面指处漆膜已干燥，彻底解决了涂层不干
燥下件的涂装生产难题。同时，由于漆膜干燥时间的 缩短，整条线的生产节拍由20 min 提升至15 min，提
升生产效率25%。
3结语
(1) 燃气触煤红外烘干技术，只加热工件表面的
粉末或油漆，不加热空气及金属基材，能量利用率高；
(2) 不仅可以提高生产效率，还可以降低烘干设
备运行成本，并可减少设备的占地面积，优势明显；
(3) 具有“节能、环保”、“安全”的特点，值得在高
能耗涂装尤其是工程机械行业结构件喷漆线上推广 应用；
(4) 对于板材较厚、形状复杂、体型较大的工件，
宜采用先进行燃气触煤红外烘干后，再经热风循环加 热组合式烘干设计，效果最佳；
(5) 由于燃气触媒红外技术的优势明显，目前在
工程机械行业的喷漆、粉末烘干工序均已经开始陆续
进行推广应用，实际效果非常理想。
参考文献
[1]
葛名.汽车涂装高红外快速固化技术卩].汽车工艺与 材料,1996(5):13-15.
[2] 陈康.高红外加热技术在工程机械结构件涂装线上的
应用0].装备制造技术,2011 (4): 155-157.
[3] 贾伟，谢奇峰，钟金环，等.第十三届全国红外加热暨红
外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C].武汉：中国光 学学会，2011: 43-47.
[4] 崔运江，刘甲城.红外干燥炉在涂层生产线中的应用0].
有冶金节能,1999(5):8-12.
[5] 张帆，徐吉浣，葛志祥.燃气红外辐射器在干燥工艺中
的应用卩].煤气与热力，2000(3): 184-185.
[6] 王爱云.中国土木工程学会城市燃气分会应用专业委员 会2010年年会论文集[C]，中国土木工程学会,2010:
95-97.
[7]
闻章勇，郑俊庆.燃气红外辐射加热技术在大型模具加 热中的应用0].工业炉，2013,35(1):32-34
[8] 张洁，袁健，黄博洲.沼气红外燃烧技术在粮食干燥器 中的应用研究0].城市燃气，2017(9): 19-23.
34
涂装工艺 COA TING
PROCESS
发布评论