淺談干冰清洗技術在汽車制造中的應用
發(fā)布時間：2021-09-09 所屬分類：【行業(yè)動態(tài)】閱讀：1789
冰清洗在保險杠前處理行業(yè)是一門新技術，它綠色環(huán)保，相對于水洗式前處理來說，它占地面積小，能源消耗低，節(jié)約運行成本，清洗效果好，對于油漬、手指印、注塑料時殘留的污漬都有清理作用。干冰清洗配合機器人使用，可以實現(xiàn)全自動化，無需人員操作，可靠穩(wěn)定，節(jié)約人工成本。最終全面提高噴涂質(zhì)量，減少因為工件表面不清潔而引起的不良缺陷，從而提高良品率。
1 干冰清洗原理
1)物理原理：通過干冰的極地溫度（-79 攝氏度）來冷凍，使工件表面的油脂失去粘性，從而使油脂容易處理；
2)動力原理：當干冰通過系統(tǒng)壓縮空氣的高速吹出，離開噴嘴射到工件表面，產(chǎn)生一定的沖擊力量，從而起到清理污垢的作用；
3)膨脹原理：當細顆粒狀的干冰打在工件表面上時會急速膨脹，體積約膨脹700 倍，通過這個膨脹力使得殘留物清理干凈。
2 干冰清洗系統(tǒng)組成
完整的汽車塑料件（含保險杠）干冰清洗系統(tǒng)是由液體二氧化碳貯存系統(tǒng)、干冰制造系統(tǒng)、壓縮空氣供應系統(tǒng)和噴射清洗系統(tǒng)等組成，如圖1所示。
2.1 二氧化碳貯存系統(tǒng)
其主要作用就是為系統(tǒng)提供原材料的儲存和輸出；二氧化碳在儲存系統(tǒng)里是以液態(tài)的形式存在，系統(tǒng)需要具備高壓和低溫兩個條件；其中壓力控制在2.0MPa±0.2，溫度控制在-18℃±2為宜； 該部分一般布置在涂裝線廠房外，主要還是便于二氧化碳原材料的填充，即所謂的加料；
2.2 壓縮空氣供給系統(tǒng)
壓縮空氣貫穿于整個系統(tǒng)，其主要作用一方面控制氣動閥的開關和內(nèi)部系統(tǒng)的管路吹掃；另一方面是作為干冰的載體，一起從噴射清洗系統(tǒng)里噴射出來，攜帶者干冰作用到要清洗的工件表面；
2.3 干冰制冰機
干冰制冰機用于制造清洗用的干冰顆粒。干冰清洗要求粒徑均一、高密度的干冰顆粒，干冰在運輸、存儲過程中不能堆積、可自由流動。干冰清洗工藝要求直徑≤3 mm 的粒徑干冰顆粒；該部分一般布置在涂裝線廠房內(nèi)，油漆線工位室體外側，主要考慮其維護保養(yǎng)的便利性和內(nèi)部空間等因素；
2.4 干冰清洗機
干冰清洗機是干冰清洗系統(tǒng)中的終端部分，也是至關重要的一部分；其作用就是通過干冰顆粒被高速噴射到清洗對象表面來實現(xiàn)的工件表面異物的清除；該部分一般布置在涂裝線廠房內(nèi)，油漆線工位室體內(nèi)部，與機器人關聯(lián)使用。
3 干冰清洗技術在汽車制造中的應用
相比傳統(tǒng)工藝，保險桿涂裝工藝中，干冰清洗可取代傳統(tǒng)工藝中的前處理、吹水、水分烘干、強冷等工藝。目前國內(nèi)外多個保險杠線，比如寶馬、延峰彼歐等，都成功的應用該技術，且運用成熟、穩(wěn)定，滿足客戶產(chǎn)品質(zhì)量需求的同時，為相關產(chǎn)業(yè)帶來極大的附加好處。
3.1 干冰清洗技術與傳統(tǒng)前處理工藝路線區(qū)別
傳統(tǒng)的前處理工藝主要分為：預脫脂清洗→脫脂清洗→水洗1清洗→水洗2清洗→純水洗→吹水→烘干→檢查等工序，相比較干冰處理工藝來說，其工藝路線冗長，工序較多；在前期投入、生產(chǎn)效率、運行成本等方便處于劣勢。
3.2 干冰清洗效果確認
替代掉原來的多道水洗、脫脂除油脂及烘干等工序的前處理工藝，干冰清洗技術的應用受到很到質(zhì)疑，因為它就一道干冰處理，簡單、快速；所以干冰清洗完后，基材表面處理效果的確認至關重要。目前行業(yè)內(nèi)主要的檢測技術手段有如下幾個方面：常規(guī)檢測，漆膜附著力（十字劃格法，0或1級）、漆膜外觀（目視正常）、基材外觀（目視正常，無打傷基材情況）；另外，實驗室還要根據(jù)客戶和材料特性對塑料基材、匹配及老化等測試，比如保險杠基材表面達因數(shù)（一般要求＞38）、 缺口沖擊強度、耐水沖擊、耐石沖擊、高溫老化、低溫老化等項目進行例行檢測。
3.3 干冰清洗適用范圍
在汽車制造領域，該技術的應用范圍也是非常的廣泛；從傳統(tǒng)保險杠涂裝線，到汽車外飾小件（門把手、門檻、裝飾板、擾流板）涂裝線，再到車身塑料開閉件（四門兩蓋），甚至是塑料車身（上、下車身）的涂裝線，都能見到它的身影；隨著車身輕量化的快速發(fā)展，非金屬型材的增量化使用，該技術的實際應用范圍將會逐步的普及開來；
目前該技術的局限性在于車身金屬件處理，效果并非不理想，而是防腐體系的牽制。目前汽車防腐的重要性不言而喻，汽車所用的金屬件，需要做電泳處理，增強其防腐效果，尤其是內(nèi)腔防腐處理尤為關鍵；但是干冰的處理需要其自身的低溫、膨脹和沖擊，因此無法處理到汽車內(nèi)腔表面，所以無法達到傳統(tǒng)水洗前處理的處理效果和滿足電泳前需求。
除汽車車身及相關零部件處理外，干冰清洗還適用于涂裝線治具、滑撬、踏臺、壁板等清理。
4 干冰技術應用優(yōu)勢
4.1 占地面積小、空間靈活
車間內(nèi)清洗設備占地僅約3*3m的空間，其他為就是輸送管路。相比傳統(tǒng)工藝需要建設多個水洗槽、脫脂槽、水份烘干爐及人工擦凈等，極大的減少了占地面積。
4.2 節(jié)能環(huán)保
傳統(tǒng)的前處理工藝，不僅需要加入化學藥劑，還需要加熱清洗用水，清洗后還需要烘干；該工藝不僅需要消耗大量的能源，還會造成水質(zhì)、環(huán)境的污染；
而干冰前處理不需要烘干加熱和化學藥劑處理；其干冰即二氧化碳，在使用過程中更不會產(chǎn)生二次污染（無‘三廢’污染）；且二氧化碳來源于廢氣回收利用，在節(jié)能環(huán)保中優(yōu)勢非常明顯；
4.3 投資少、成本低
設備一次性投資低、基建成本幾乎為零；后期生產(chǎn)線的綜合運營成本也大大降低。
5 干冰技術規(guī)劃設計要點
1) 工位室體送風量：根據(jù)干冰耗量及二氧化碳濃度標準，建議送風量大于等于6000m3/h；同事考慮到清洗工位的灰塵排除及導向，以免清洗后的灰塵在清洗工位回旋造成二次污染，建議截面風速大于0.8m/s；
2) 噪音：干冰設備在清洗時會發(fā)出噪音，大概在110 分貝左右，這個是開機狀態(tài)下一直有這個噪音，另外，制冰機在開機前有一個吹掃動作，吹掃時噪音約110-150 分貝，預計吹掃時間約10 分鐘。噪音問題可以做隔音處理，單獨建一間較小的隔音間；也可以不用處理，因為若引用干冰技術后，基本實現(xiàn)全線自動化、無人工作業(yè)狀態(tài)，產(chǎn)生的影響被縮??；
3)設備安全互鎖：由于采用機器人進行干冰前處理，安全是非常重要的，尤其是人身安全要特別小心。前期規(guī)劃方案中要體現(xiàn)干冰設備與周邊設備的安全互鎖信號處理，以滿足生產(chǎn)安全需要。
6 結語
隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，制造技術在突飛猛進的同時，其他產(chǎn)業(yè)的制造技術也逐步引入汽車領域，以解決越來越高要求的汽車制造需求。另外，國家對廢氣、廢水排放管控越來越嚴格，噴涂前傳統(tǒng)的水洗前處理技術不斷的接受挑戰(zhàn)，而干冰技術正好填補這一空缺；因此該技術在汽車內(nèi)外飾件表面清潔，以及車身塑料件涂裝前的清理方面將有相當大的應用需求。
1 干冰清洗原理
1)物理原理：通過干冰的極地溫度（-79 攝氏度）來冷凍，使工件表面的油脂失去粘性，從而使油脂容易處理；
2)動力原理：當干冰通過系統(tǒng)壓縮空氣的高速吹出，離開噴嘴射到工件表面，產(chǎn)生一定的沖擊力量，從而起到清理污垢的作用；
3)膨脹原理：當細顆粒狀的干冰打在工件表面上時會急速膨脹，體積約膨脹700 倍，通過這個膨脹力使得殘留物清理干凈。
2 干冰清洗系統(tǒng)組成
完整的汽車塑料件（含保險杠）干冰清洗系統(tǒng)是由液體二氧化碳貯存系統(tǒng)、干冰制造系統(tǒng)、壓縮空氣供應系統(tǒng)和噴射清洗系統(tǒng)等組成，如圖1所示。
2.1 二氧化碳貯存系統(tǒng)
其主要作用就是為系統(tǒng)提供原材料的儲存和輸出；二氧化碳在儲存系統(tǒng)里是以液態(tài)的形式存在，系統(tǒng)需要具備高壓和低溫兩個條件；其中壓力控制在2.0MPa±0.2，溫度控制在-18℃±2為宜； 該部分一般布置在涂裝線廠房外，主要還是便于二氧化碳原材料的填充，即所謂的加料；
2.2 壓縮空氣供給系統(tǒng)
壓縮空氣貫穿于整個系統(tǒng)，其主要作用一方面控制氣動閥的開關和內(nèi)部系統(tǒng)的管路吹掃；另一方面是作為干冰的載體，一起從噴射清洗系統(tǒng)里噴射出來，攜帶者干冰作用到要清洗的工件表面；
2.3 干冰制冰機
干冰制冰機用于制造清洗用的干冰顆粒。干冰清洗要求粒徑均一、高密度的干冰顆粒，干冰在運輸、存儲過程中不能堆積、可自由流動。干冰清洗工藝要求直徑≤3 mm 的粒徑干冰顆粒；該部分一般布置在涂裝線廠房內(nèi)，油漆線工位室體外側，主要考慮其維護保養(yǎng)的便利性和內(nèi)部空間等因素；
2.4 干冰清洗機
干冰清洗機是干冰清洗系統(tǒng)中的終端部分，也是至關重要的一部分；其作用就是通過干冰顆粒被高速噴射到清洗對象表面來實現(xiàn)的工件表面異物的清除；該部分一般布置在涂裝線廠房內(nèi)，油漆線工位室體內(nèi)部，與機器人關聯(lián)使用。
3 干冰清洗技術在汽車制造中的應用
相比傳統(tǒng)工藝，保險桿涂裝工藝中，干冰清洗可取代傳統(tǒng)工藝中的前處理、吹水、水分烘干、強冷等工藝。目前國內(nèi)外多個保險杠線，比如寶馬、延峰彼歐等，都成功的應用該技術，且運用成熟、穩(wěn)定，滿足客戶產(chǎn)品質(zhì)量需求的同時，為相關產(chǎn)業(yè)帶來極大的附加好處。
3.1 干冰清洗技術與傳統(tǒng)前處理工藝路線區(qū)別
傳統(tǒng)的前處理工藝主要分為：預脫脂清洗→脫脂清洗→水洗1清洗→水洗2清洗→純水洗→吹水→烘干→檢查等工序，相比較干冰處理工藝來說，其工藝路線冗長，工序較多；在前期投入、生產(chǎn)效率、運行成本等方便處于劣勢。
3.2 干冰清洗效果確認
替代掉原來的多道水洗、脫脂除油脂及烘干等工序的前處理工藝，干冰清洗技術的應用受到很到質(zhì)疑，因為它就一道干冰處理，簡單、快速；所以干冰清洗完后，基材表面處理效果的確認至關重要。目前行業(yè)內(nèi)主要的檢測技術手段有如下幾個方面：常規(guī)檢測，漆膜附著力（十字劃格法，0或1級）、漆膜外觀（目視正常）、基材外觀（目視正常，無打傷基材情況）；另外，實驗室還要根據(jù)客戶和材料特性對塑料基材、匹配及老化等測試，比如保險杠基材表面達因數(shù)（一般要求＞38）、 缺口沖擊強度、耐水沖擊、耐石沖擊、高溫老化、低溫老化等項目進行例行檢測。
3.3 干冰清洗適用范圍
在汽車制造領域，該技術的應用范圍也是非常的廣泛；從傳統(tǒng)保險杠涂裝線，到汽車外飾小件（門把手、門檻、裝飾板、擾流板）涂裝線，再到車身塑料開閉件（四門兩蓋），甚至是塑料車身（上、下車身）的涂裝線，都能見到它的身影；隨著車身輕量化的快速發(fā)展，非金屬型材的增量化使用，該技術的實際應用范圍將會逐步的普及開來；
目前該技術的局限性在于車身金屬件處理，效果并非不理想，而是防腐體系的牽制。目前汽車防腐的重要性不言而喻，汽車所用的金屬件，需要做電泳處理，增強其防腐效果，尤其是內(nèi)腔防腐處理尤為關鍵；但是干冰的處理需要其自身的低溫、膨脹和沖擊，因此無法處理到汽車內(nèi)腔表面，所以無法達到傳統(tǒng)水洗前處理的處理效果和滿足電泳前需求。
除汽車車身及相關零部件處理外，干冰清洗還適用于涂裝線治具、滑撬、踏臺、壁板等清理。
4 干冰技術應用優(yōu)勢
4.1 占地面積小、空間靈活
車間內(nèi)清洗設備占地僅約3*3m的空間，其他為就是輸送管路。相比傳統(tǒng)工藝需要建設多個水洗槽、脫脂槽、水份烘干爐及人工擦凈等，極大的減少了占地面積。
4.2 節(jié)能環(huán)保
傳統(tǒng)的前處理工藝，不僅需要加入化學藥劑，還需要加熱清洗用水，清洗后還需要烘干；該工藝不僅需要消耗大量的能源，還會造成水質(zhì)、環(huán)境的污染；
而干冰前處理不需要烘干加熱和化學藥劑處理；其干冰即二氧化碳，在使用過程中更不會產(chǎn)生二次污染（無‘三廢’污染）；且二氧化碳來源于廢氣回收利用，在節(jié)能環(huán)保中優(yōu)勢非常明顯；
4.3 投資少、成本低
設備一次性投資低、基建成本幾乎為零；后期生產(chǎn)線的綜合運營成本也大大降低。
5 干冰技術規(guī)劃設計要點
1) 工位室體送風量：根據(jù)干冰耗量及二氧化碳濃度標準，建議送風量大于等于6000m3/h；同事考慮到清洗工位的灰塵排除及導向，以免清洗后的灰塵在清洗工位回旋造成二次污染，建議截面風速大于0.8m/s；
2) 噪音：干冰設備在清洗時會發(fā)出噪音，大概在110 分貝左右，這個是開機狀態(tài)下一直有這個噪音，另外，制冰機在開機前有一個吹掃動作，吹掃時噪音約110-150 分貝，預計吹掃時間約10 分鐘。噪音問題可以做隔音處理，單獨建一間較小的隔音間；也可以不用處理，因為若引用干冰技術后，基本實現(xiàn)全線自動化、無人工作業(yè)狀態(tài)，產(chǎn)生的影響被縮??；
3)設備安全互鎖：由于采用機器人進行干冰前處理，安全是非常重要的，尤其是人身安全要特別小心。前期規(guī)劃方案中要體現(xiàn)干冰設備與周邊設備的安全互鎖信號處理，以滿足生產(chǎn)安全需要。
6 結語
隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，制造技術在突飛猛進的同時，其他產(chǎn)業(yè)的制造技術也逐步引入汽車領域，以解決越來越高要求的汽車制造需求。另外，國家對廢氣、廢水排放管控越來越嚴格，噴涂前傳統(tǒng)的水洗前處理技術不斷的接受挑戰(zhàn)，而干冰技術正好填補這一空缺；因此該技術在汽車內(nèi)外飾件表面清潔，以及車身塑料件涂裝前的清理方面將有相當大的應用需求。
