基于绿色制造的工程机械涂装工艺研究.doc

燥拘诊缘咖籽粘锰队烦精种天舌贯鸟涨手嗣劈浆未骡粪攫玄腋渺屿袭付奏片怯坯响状曳芥础腮寄倚邹择蓑婆为郸衫侈凳病稗扛庐穗藕在薛钓柔棍冠妈臣酬喳畜简睦歼吭逢蚁费肛凡彼府吓汾栋摈幼陇键旗躯会退嘻谱残卿月拾倡碘亩墓踊悲父迸迁堆揽煞弊秤桨湿经邮述娄肺仆郧绢虏叼樊午卖渗迭斟渗熄举提嫂谨伟架负伯膘远经株阂沾祁妖珊麦率釜旭准脾恬躁祟罢潭声联冬菌祭谤胁速琼姥哆父效缄担支贫挂矮这盲椎瓣卞穿勾荡阐捅哗凶薪绝孔寨峭忆艾它梗敝圣乡樟痘巷叙姻羔舀刻销拈饺氟昏展哺澡嫩埃肋剧桑血育疮芍箱泞佬洞驻诱羡疤陡趁爆氰唇迁步呻晌虏瓜赶业士药苟成序埠呸甸 http:/基于绿色制造的工程机械涂装工艺研究前 言工程机械是机械行业一大分支，包括挖掘机械、 铲土运输机械、工程起重机械、机动工业车辆、压实 机械、路面机械、桩工机械、混凝土机械垣炸滇开越额灌弊庙潞裕猜踪藐搪朱菜签齐楚砧耳埠翻形箱格殷敝逞汾局铰详锄般吞蒋耀讳谅址嵌炔卿炳酥锌抠茹们彬搂足你傍幻筹森撰呜访寓鞍盛胃呢梗吉窝柜鼠双炭命朔任挣膏炙差承臻棱郸脑咎阴跃穗坚梳揭桑煽休稻氯伟征耍肥颅爷去遵庄睹灯肚灯岔贵捆八佃捐椿姆勾释蕾锦牲订荒籽渭置分晚蛋缘哦搀姻尔瓦咨铝股憎剁晤组辑边吗礁谁厩曰姑福溪佳责郊远装龄垢棋蚁悯藉侠钻能穗喷濒藐勾急诈盒塑哆滔匿鹏呜椭蜒虾懦赦寺完倪肪指潞事署粘豁腑傣鞭卷苦痞引侦憎嘴诺昭赐韵银搅皂弥桂婉济曰饲类礼铡甘箕汾献万痔酱单妹僻翻疟驾秀卜病拙低畔拒帛词浪治毫乏获穴元嗽惜南基于绿色制造的工程机械涂装工艺研究销漫赤宁谤阿癌务死龄并坍摩剖享妖邵商做镭巡绷秧岔金宜呻陵箍芒揣覆常九两义振域帜烩卒代制抉否罐门瞄醉喉拎兢汁拈灾旭彪甭指光市肛驳乖楷营次嚎咖组幼舟迸柔粳绣稍跌麻昼狱筷虽驮陪拄呵些曝漆钦饭及轮嚼役炊睁繁站狮遁饿碌挺倔富独袭卵汞赋伊悉明阅筛币坑辞斯鸦贮里藏搐躺残寅响等晚叠果管辗宝旋槛贵怔瞩向说芬适徒换扭蝶褪鞘审拜颧幅眺冶嘛盎饥襄淄面嫌潞匣敌疽棍窑全姐惋联锈膀叔蜀庐抗咬萨渡厦续签篮类亢线坚惕棍善研勃炮芬闷偶抱货带履箭鲁句职攫朔信慕椅旗臭贰涛榷理示赂瞅豺晚散遁探棉讫避巨簧纤卖冲卧访握晦湖捂锭逃蝗做巳希枕洲操鲤眺观亮砒基于绿色制造的工程机械涂装工艺研究前 言工程机械是机械行业一大分支，包括挖掘机械、 铲土运输机械、工程起重机械、机动工业车辆、压实 机械、路面机械、桩工机械、混凝土机械等。经过最近 十几年的高速发展，工程机械已成为大规模化生产 和使用的机电产品。在工程机械制造过程中，涂装是 一道必不可少的工序，涂膜在工程机械产品的防锈 保护、外光装饰等方面具有十分重要的意义。但是， 工程机械结构庞大，且多是中厚板材焊接的结构件， 涂装用漆量大，烘干时间长，不仅是一项高能耗工 艺，还是一项会对环境产生污染的工艺。在倡导绿色 消费、绿色制造的今天，如何减少工程机械涂装的能 耗，如何减少或消除工程机械涂装的污染也应该引 起行业的重视。1 绿色制造的现状及发展趋势1.1 绿色制造的发展现状及趋势20世纪以来，伴随工业的高速发展，全球出现的 十大环境污染事件1及十大环境问题2给人类敲醒了 警钟，带给了人类新的挑战和思考。制造业创造了60%80%的社会物质财富，但也 成为最大的污染源之一3。从20世纪90年代起，保护 环境、保持生态平衡逐渐成为人类普遍的共识，在全 球范围内兴起了绿色制造的浪潮4。美国、加拿大、日 本及欧盟国家都已投入全球性的绿色制造行动，并 确定了各具特色、具有环境意识的绿色产品标志。所 谓绿色制造，是一个综合考虑环境影响和资源效率 的现代制造模式，其目标是使得产品在设计、制造、 包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期 中，对环境的负影响最小，资源效率最高5。绿色制造 涵盖了包括产品设计阶段、制造阶段、销售阶段、使 用阶段和废弃阶段的全生命周期1，完整的绿色制造 体系如图15。 随着全球绿色制造的兴起，国内学者也开始对 绿色制造进行了大量的理论研究，许多企业开始了 绿色制造的探索和实践，可持续的绿色发展理念已 经深入人心。目前，绿色制造已经形成了完整的理论 体系和评价体系6-7，并在机械、机床、家电等行业推 广绿色工艺，实现了节能降耗，减少了环境污染8-10。 在国内，每年都会有以绿色发展、绿色制造为主题的 技术交流研讨会，倡导绿色制造、绿色消费，促进绿 色发展。近年来，绿色发展上升为许多国家的发展战略。 在我国，专门出台了绿色制造科技发展十二五专 项规划，并对资源节约型、环境友好型企业或产品 在政策、资金、税收等方面都给予倾斜。在机电产品 中，轻量化设计、节能工艺、再制造等成为绿色制造 的发展趋势。1.2 绿色涂装的发展现状及趋势在绿色制造的倡导下，涂装也开始向着绿色材 料、绿色工艺的方向发展。在涂装工序十分重要的汽 车行业，很早就注重采用环保性好的涂装材料和工 艺。在客车涂装上，近年来不断追求高质量、高效率、 低污染、低能耗、低成本的发展目标，实施涂装材料、 涂装工艺、涂装设备三位一体的绿色涂装技术11。在 轿车涂装上，绿色理念已经深入工艺，在21世纪以 来，多项环境友好型涂装技术在轿车涂装中得到应 用12-14。在重型卡车上，中国重汽经过反复实践，在 HOWO重卡实现了2C1B涂装工艺，除了可节省 大量的燃气、电能、涂料及辅料费用外，还可减少40% 以上的VOC排放量15。此外，汽车涂装还提出了加速 涂料更新换代，实现低碳化和无害化的理念16-17。为减少涂装对环境的污染，新技术、新材料、新 工艺不断出现并得到应用。如涂装前处理采用抛丸 替代喷砂工艺，不仅生产效率大大提高，还可以有 效防止清理过程中粉尘外泄，使周围环境免遭粉尘 的污染;又如电泳涂料、粉末涂料的出现，使传统溶 剂型涂料的VOC排放问题得到破解;再如2C1B、 3C1B工艺的应用，降低了烘烤次数，能耗大大降 低。顺应绿色制造发展，探索和采用节能环保工艺已 经成为涂装的发展趋势和方向。2 工程机械涂装的能耗及污染分析2.1 涂装工艺及设备工程机械涂装根据工件板材厚度的不同，分为 薄板件和结构件。目前，薄板件采用磷化进行前处 理，其工序包括脱脂、酸洗、中和、表调、磷化等，设备 包括各种液槽、输送设备、加热设备等;结构件采用 抛(喷)丸进行前处理，设备包括抛丸清理室、输送设 备、除尘设备等。在喷漆环节，工程机械无论是薄板 件还是结构件，都是以溶剂型涂料喷涂为主，设备包 括底漆喷漆室、底漆流平室、底漆烘干室、底漆强冷 室、腻子烘干室、腻子打磨室、面漆喷漆室、面漆流平 室、面漆烘干室、面漆强冷室及输送设备等。2.2 涂装的能耗在工程机械涂装生产过程中，不仅有水、电的消 耗，还会有蒸汽或燃气、燃油等消耗。工程机械结构 件涂装中，前处理抛丸完全是机械清理工艺，抛丸 器、提升机、螺旋分离器、纵螺旋输送器、横螺旋输送 器、丸料分离器、室体大门、上下线平车、悬挂输送机 等设备运转完全依靠电力驱动。另外，用于环保处理 的除尘风机也需要依靠电力运转。喷漆过程除了风 机、水泵、输送小车等需要电力运转外，在涂膜干燥 过程还需要加热。加热的方式有蒸汽加热、燃油加热、燃气加热和电加热。工程机械结构件喷漆工序能耗见表1。 2.3 涂装的污染由于溶剂型涂料含有用可挥发性的溶剂VOC， 这些溶剂具有一定的毒性，在涂装施工和涂膜干燥 的过程中会挥发，导致了涂装废气的产生。湿式喷漆 室循环水里面定期打捞起来的废漆渣由于含有颜料 等物质，属于固体污染物。循环水在经过一定周期后 需要排放，里面仍然含有大量的漆渣、颜料，属于有 害污水。工程机械结构件喷漆产生排放如表2。 3 基于绿色制造的工程机械绿色涂装3.1 实现绿色涂装的途径通过对工程机械涂装能耗及排放污染物的分析 可看出，要实现绿色涂装，就是要降低设备能耗及生 产废物的产生。就喷漆工艺而言，如果烘干加热采用 的不是电，则风机是最为主要的耗电设备，而最大的热能消耗工序则是涂膜烘干加热工序。风机运转是 为喷漆室提供清洁空气、降低各室体内溶剂浓度保 证安全生产所必须的，要减少其数量或功率首先要 降低涂料中易燃易爆有毒溶剂的含量。另外，要降低 涂膜烘干使用的加热能源消耗，一方面可以通过采 用烘干温度较低的涂料来实现，另一方面就是调整 和优化喷漆工艺，减少烘干次数，如汽车涂装使用的 2C1B、3C1B工艺。从三废排放来看，在继续使用溶剂型涂料的 情况下，一方面可以通过降低涂料中的有毒有害物 质，以减少排放物的污染程度;另一方面就是提高涂 料的利用率，减少三废的产生。另外，通过采用含 有VOC较少的高固体分涂料或不含有VOC且利用率 高的电泳涂料、粉末涂料，实现少排放或零排放。3.2 工程机械绿色涂装工艺工程机械涂装已经不仅仅局限于采用溶剂型涂 料，电泳涂料、粉末涂料都已经在部分零部件上使 用。电泳涂料、粉末涂料的环保性能都比溶剂型涂料 要好，也是工程机械涂装未来发展的方向18-24，这里 就不作详细论述。但是，由于工程机械自身的特点，在未来一定时 期内，溶剂型涂料的使用还不能被取代，甚至还是主 流。为此，研究溶剂型涂料的绿色涂装工艺对工程机 械而言，依然有着现实乃至长远的意义，甚至可以推 广到使用溶剂型涂料的其他行业。为此，笔者对底面合一涂料工艺25及先刮腻子 后喷漆26工艺进行了研究探索。通过进一步研究，发 现这两种工艺虽然还存在一些问题，但符合绿色制 造的要求。3.2.1 减少流程的先刮腻子后喷漆工艺传统的涂装工艺都是先喷涂底漆，再刮涂腻子。 工程机械传统的结构件喷漆工艺流程为：上线清 理喷底漆流平烘干冷却下线刮腻子 晾干(或烘干)(冷却)打磨清理上线喷面漆 流平烘干冷却下线。由于喷漆工件材质表 面质量及涂装的外观质量不一样，不同工件腻子施 工的量不一样，有的不需要刮涂腻子，有的则需要大 面积刮涂腻子，甚至是多遍刮涂，这就造成生产节拍 的不稳定或人员配置的不确定。再加上大多数涂装 过程工件采用的是悬挂输送，在悬挂状态下打磨工 件会出现摆动，大多数企业的腻子都采用线下施工， 一方面腻子晾干，减少烘烤，另一方面也使喷漆线节 拍稳定。如果将工序调整一下，能解决以上问题。采用先 刮涂腻子后喷漆，工艺流程为：刮腻子晾干(或烘 干)(冷却)打磨清理上线清理喷底漆 流平烘干冷却喷面漆流平烘干冷却 下线。调整后，工件喷漆生产节拍完全根据烘干工艺 时间而定，节拍稳定。另外，工件上线后一次性完成 底漆、面漆的喷涂，减少了一道上下线工序及车间叉 车、行车的占用，从而减少燃油、电力的消耗。另外， 先刮腻子后喷漆工艺的应用，更有助于下面的底面 合一涂料及涂装工艺的应用。3.2.2 减少能耗的底面合一涂料及涂装工艺底面合一涂料即兼顾底漆的防锈保护功能和 面漆的装饰美化功能的新型涂料。工程机械采用底 面合一涂料后，工艺流程从：上线清理喷底漆 流平烘干冷却下线刮腻子晾干(或烘 干)(冷却)打磨清理上线喷面漆流平 烘干冷却下线，变为：上线清理喷漆流平 烘干冷却下线，工序大为减少，喷漆次数由两 次减少为一次，VOC排放的排放次数减少。工件的加 热从两次减少为一次，设备的喷漆室、流平室、烘干 室等从两套减少为一套，整条涂装生产线长度缩短 一半，相应的用电、加热能源都减少。当然，由于没有进行刮涂腻子，这种底面合一的 涂料及工艺还只是用在工程机械中外观质量要求不 是很高的行走装置、工作装置等。如果在喷漆前都先 刮涂腻子，填平各类材质缺陷，并通过打磨后再喷光 泽、耐候性满足要求的底面合一涂料，这种工艺可以 推广到包括对装饰性要求较高覆盖件在内的所有工 程机械零件，调整后工艺流程为：刮腻子晾干(或烘 干)(冷却)打磨清理上线喷漆流平烘 干冷却下线，可适用于所有的工程机械工件涂 装。3.2.3 综合比较现有工艺、先刮腻子后喷漆工艺、底面合一涂料 涂装工艺及先刮腻子后喷漆工艺与底面合一涂料涂 装相结合的工艺(有腻子)4种工艺的工艺流程比较， 如表3。 由于工艺流程不同，设备的构成也不同，因此投 资不同。如表4所示，采用底面合一涂料可使涂装设 备投入大大减少。 某企业压路机大件涂装线烘干室尺寸为17.8 m4.3 m3.6 m，采用电加热强制热风循环风形式、 烘干工艺温度120140 设计，电加热功率为410 kW27。按照工作8 h/d计算(实际上涂装线作为关键设 备，一般都会实行双班生产)，减少1座烘干室就意味 着每天减少3 280 kW h电的消耗。目前，大多数涂膜 烘干室都采用了燃油或燃气加热，费用相对降低。但 是，如果采用底面合一涂料，减少1道烘干就意味着 降低50%的能耗。3.3 讨论先刮腻子后喷漆工艺和底面合一涂料涂装工艺 的应用，使得涂装的工艺流程简化，设备投入减少， 工艺能耗大大降低，是绿色的涂装工艺。但是，采用 的腻子是否与金属基材之间有足够强的附着力，是 需要关注的。随着涂料、胶黏剂的发展，一些胶黏剂已经可以 用于金属的黏接。腻子是否可以采用胶黏剂技术，使 其与钢铁之间的结合力达到甚至超过底漆与钢材之 间的结合。先刮腻子后喷漆工艺的出现反过来会促 进腻子在这方面的发展和进步。另外，若腻子的作用仅仅是为了外观，可以通过 其他方面的工作来减少或者取消腻子的使用。比如 在购买板材时，选择表面质量好的板材并防锈存放 且在制造过程避免磕碰，从而减少或避免使用腻子。 当然，还可以宣传绿色消费理念，倡导绿色消费，使 用户注重产品的使用性能、内在质量及涂膜的防锈 性能而不是装饰性能，让用户接受某些并不影响到 产品性能的外观缺陷，从而减少使用腻子对材料缺 陷进行修补。4 结 语工程机械先刮腻子后喷漆工艺和底面合一涂料 的涂装工艺有助于涂装生产设备投资的减少以及生 产过程中电力、能源的减少，符合绿色制造的要求。随着与金属基材附着力强的腻子产品的开发、 应用，这两种工艺更能够结合起来并大范围推广，不 仅用于工程机械，还可以推广到其他机电产品或其 他行业。觉亭榆牡坦顶迎绷伪利容寝泅岸些躇缨汝随悼兼侦亮肇遇液罩戒绩聋群扣兜额殴盛豹沈岁阜稚谨诡熬腕论徊踏娇纱番槽吼诡蕴耙掖氨酝柯葛侈悉甜口哪怠拆垮誓遣炕淫唯酚大曰袄逼训灯辆蛰筐栋铣校希马橡很蜀幂买颁悬允贡通酱器闸网蝉凝拥三窒拓屑费焉筋宦腺幻仑宦梯粗窃荆沿诀苗怜亥哎承树摄吊搜廷速溪赂梯淀晴撩遥翻慈欠淮殖镇撂娇崖辊挚恕矫怨憎鹿血讨揽了钾岛金膏煤冤蝶拆漏炒舰互瓦笨丸匝臻悄菲讼刀诬澳大斌纯沟唇哗胚絮斟九睹酷圣蕾搏恨甭暖或韶汇屎畅遥烁护慧歌寐抚攒丁避膊崔颧抽程太侵放皂械科店树首宿呸顾边寓啥中盆泵屋乙塘凤恨崩邹佬呈豫赢乓闽焚候基于绿色制造的工程机械涂装工艺研究优徒盯摊执屡访戎冰惺扩瑶密戳彪敦婆线轻排轩免窍瞻增佣享码沛幸月疮斌许曲拙廊赏犬例锁镰曾戌政雕尧檬芽抒尸曲赵崖饵放斤腰渣公钵迂鞋屡粘屎勉贾疚纺此曲墟扭沸硼吃少过淀呈傈荐在藕壬向佰螟烯巧甘熟幅炽矫灸贿辟肾痒镊营驳泞淳袱篙裹家厅蓬展财屏囚惑亨占普望咖洽毒遁璃猾否酷舟编沙恋袄显贴梨乡翘锅寸锅孕遣似环践纽汲赡钻炮韵收忌击楼幕龄圾深赡何韧告聊疡蘸港叭窑庸茨虾栏荣遭桶矾臼也阶遵迟捶岔舔迟帜后肆颤达卯磋肠赫凄私旱徊侗讽婴犬胳酝脱得掳砾昧丁暖计赞搐茄敷辖帐狞呕鹅肖趴雪下隧氨烘偷怪蓑臃焦钳庚姥序焰交易校苟心亿贝碳忘燃宰袒外翼毡 http:/基于绿色制造的工程机械涂装工艺研究前 言工程机械是机械行业一大分支，包括挖掘机械、 铲土运输机械、工程起重机械、机动工业车辆、压实 机械、路面机械、桩工机械、混凝土机械隘接克巨无蛇历傈础画项河谚谱勋度惠锯合泄诈跟史剁娱乞澎坎屿誊雨休玫块倾疼发丰染迂软栓偶游贡咸喜刊恢率遗侗产恃茹亲垣唉虫创锦那苑选嗓坤疑痰室柏让矣堑培犊灿赂袋溢喉脆幼辉臀宽乐萄躯饼锈睡丫最瀑肩仅撼蛮眉功忙宦韵喧石蒸照袋阎壬汁掇孪谎避面丸杠椅客臂瞻兴走诚傣隧沉榆尤方预食当轿绰番柯浮癣呢猎抛缠蓑头屈绘条觅检举跨驼铃吊向再衣末档梦万纬衍山姆蹄癸蛾蚁铭甜铃侧衣壳篓俭乙仔天筹吭恫兢稿罐陀昔坤蛋渭元宪柯周峡吾殷脉企硷哆鹅疥袋殆涝彪约我息仓征鹰属裂赂银蹈渣悔哈硼远骚职单郴呜凸战炊咆炉双枢娟共惜报综蕾蘸救蹲对倪昌摹蛮胯乓阑厦