如何设计生产线

铝轮毂涂装生产线工艺及设备的设计探讨

摘要：对汽车铝轮毂涂装生产线的工艺方案设计、生产流水线布置、工艺及设备设计的特

点作了阐述，同时介绍了如何满足产品的多样化、生产经营的灵活性、设备的安全环保性等方面

的一些具体设计思路。

关键词：铝轮毂；方案设计；喷涂工艺；设备设计

中图分类号：TQ 639 文献标识码：A 文章编号：1009-1696（2007）11-0010-05

0前言

随着人民生活水平的日益提高和市场需求日益增大，中国经济在持续高速发展，国内汽车工业也有了飞速的发展，轿车的年产量已达到500 万辆。但市场的竞争也日趋激烈、顾客的需求在不断变化，从整车到零部件、从产量、质量到规格、款式、外观等方面都有了很大的提升，汽车铝轮毂行业同样如此。一批新建生产工厂也应运而生，铝轮毂生产厂家从工艺到设备都在不断进行改进和改造，铝轮毂表面的防护性和装饰性能也在不断提高和变化，以适应上游整车厂和最终消费者的需求。本文就笔者为浙江某厂家设计的一条铝轮毂喷漆喷粉生产线，结合多年从事涂装生产线设备的设计经验，介绍涂装生产线总体方案的设计和工艺和设备设计方面的一些问题和体会。

1工艺方案设计讨论

1.1生产纲领

该厂生产的铝轮毂有多种型号规格，为各类轿车、轻卡等配套，工件尺寸有650 mm×300 mm （φ×H，下同）、450 mm×300 mm、200 mm×300 mm 3种，材质为铸铝件，工件表面均无锈蚀，油污程度中等；最大工件质量为20 kg，年产量为60 万件，年工作日为280 d，每天两班工作制，每班8 h；现有厂房尺寸为：78 m×18 m×7.5 m。

1.2基于市场要求的产品工艺方案设计

由于各上游整车厂对铝轮毂的防护性能要求越来越高，装饰性能要求不尽相同，大致说来，可分为这样几类需求：一是表面喷塑；二是把喷塑层作为底层，再进行喷漆处理；三是要求喷底漆和面漆；四是先喷底漆、面漆，最后再喷2 道罩光漆。需求不尽相同，给方案的设计带来了很大的难度。经与客户反复讨论并经市场调研，最终我们确定了4 套铝轮毂的涂装生产线工艺方案，以满足不同客户（整车厂）的不同需求。具体为：

工艺方案１：表面前处理→脱水烘干→喷粉→固化→成品下线（表1，工序1~17）；

工艺方案２：表面前处理→脱水烘干→喷粉→固化→转线→打磨→喷底漆→流平→喷面漆→流平→固化→成品下线（表1，工序1~24）；

工艺方案３：表面前处理→脱水烘干→喷底漆→流平→喷面漆→流平→固化→成品下线（表1，工序1~13，18~24）；

工艺方案４：表面前处理→脱水烘干→喷底漆→流平→喷面漆→流平→喷罩光漆1 →流平→喷罩光漆2 →流平→固化烘干→成品下线（表1，工序1~13，18~31）。

上述方案中，工艺方案１成本较低，防护性能较好，但装饰性较差，适合于轻卡及较低档次的整车用户；工艺方案２防护性能较好，装饰性能一般；工艺方案３防护性和装饰性能均一般；工艺方案４防护性能和装饰性能都较好，但生产成本较高，质量要求也高，适合给较高档次的轿车配套。

1.3铝轮毂喷漆生产线工艺流程

铝轮毂喷漆生产线工艺流程见表1。

1.4生产流水线布置方案

鉴于以上4 种工艺方案经常间隔生产或部分同时生产，在设备设计、配置上如何满足诸多要求，同时又要考虑到设备投资的经济性，有很多方面的因素要综合考虑：

（1）现有厂房的限制：该厂现有厂房只有1 404 m2，去掉216 m2的打磨区域和144 m2的包装工段，实际只有1 044 m2的面积供使用，而1 条年产60 万只零件的生产线，至少需要1 600 m2，所以，设计上必须打破常规，把某些区域分成2 层，设备上下放置。

（2）设备投资的经济性和运行的能源消耗：厂方预定的设备投资规模不超过250 万元，如果设计成1 条生产流水线，一次上件下件，满足所有工艺要求，设备外形尺寸必定很大，超过投资额，且设备实际运行时，有的设备不需开动，例如：按工艺方案３生产时，不需要喷粉和喷罩光漆，但工件仍需通过喷粉室、粉末固化烘道、罩光漆喷漆室和流平、罩光漆烘干烘道。显然，操作、维修、日常维护保养工作量会增大，能源消耗也会增加，所以应拆分成3~4 条流水线装置，按各类产品的工艺要求，分别开动生产。但这样会增加人工转运费用。经过成本分析比较，考虑到节能、环保等因素，确定按3条生产流水线方式进行设备设计。

（3）各工序之间的相互衔接和转换：设计成3 条生产流水线后，要充分考虑到满足4 种工艺方

案的要求；各生产流水线工件的上件、下件，以及各条流水线之间如何相互衔接和转换，这都是看似简单却很复杂的问题；既要符合工艺要求，又要符合物流走向，使上、下件和工件转运的工作量减到最小，既要保证零件表面质量在转运过程中不受影响，又要降低劳动强度，减轻工人的工作量，如：从前处理到喷底漆之间的转换、粉末固化后到喷底漆之间的转换、从前处理到喷底漆、面漆后再到喷罩光漆之间的衔接等等，这些都是在总体方案设计时要考虑的问题。

（4）半成品的打磨、成品的检验、包装：半成品的打磨、成品的检验、包装必须尽量靠近打磨区域和包装工段，前处理的上件应尽可能的靠近毛坯车间，以减少运转工作量。

（5）最终生产流水线方案设计：通过以上综合考虑分析，3 条流水作业线最终设计如下：

生产流水线１：表面前处理→脱水烘干→喷粉→固化→成品（或半成品）下线；第1 种工艺产品可直接在该线上生产。

生产流水线２：喷底漆→流平→喷面漆→流平→固化→成品（或半成品）下线；第2、3 种工艺产品可在流水线１上生产，经过一次转挂，再在流水线２上生产出来。

生产流水线３：喷罩光漆1 →流平→喷罩光漆2 →流平→固化烘干→成品下线。第4 种工艺产品由于质量要求高，需在流水线１上前处理、烘干，不需喷粉，然后一次转挂到流水线２上喷底漆、面漆，再一次转挂到流水线３上，喷2 道罩光漆，最后固化、下件，出成品。

值得注意的是：在前处理、脱水烘干后的下件处，前处理、脱水烘干、粉末固化后的下件处与喷底漆线、喷罩光漆线的上件处尽量靠近，以方便转运。（见图1）

1—输送链装置；2—上下件工位；3—预脱脂工位；4—脱脂工位；5—水洗I 工位；6—水洗II 工位；7—表调工位；8—水洗III 工位；9—铬化工位；10—水洗IV 工位；11—循环纯水洗工位；12—新鲜纯水洗工位；13—人工吹水工位；14—下件工位；15—脱水烘干炉；16—面漆烘干炉；17—罩光漆烘干炉；18—冷却段；19—流平室I；20—流平室IV；21—面漆喷漆室；22—罩光漆喷漆室II；23—粉末固化炉；24—流平室I；25—流平室III；26—冷却段；27—罩光漆喷漆室I；28—底漆喷漆室；29—下件、转线处；30—喷粉室装置

图1设备流水线布置图

此外，我们把喷涂线设计成双层立体方式，把4 个烘干固化炉全部架高到二层，把2 个流平室、4个燃油加热炉及调漆间、工人休息室、更衣室等放在一层，整体看来，工序流畅、各环节有序衔接、物流顺畅、地面和空间利用合理、又充分考虑到噪声、温度等环境条件和心理卫生因素，达到了现代工业厂房及设备的设计要求，收到了较好的效果。

1.5生产节拍及吊挂方式

根据厂家给出的铝轮毂外形尺寸，我们首先确定前处理及喷粉线上工件为竖直吊挂，每个挂具吊挂2 个，上下各1 个，挂具一边前进一边旋转进行喷涂，在前处理设备里则不旋转；面漆喷漆线和罩光漆喷漆线上工件为水平放置吊挂，每个挂具吊挂1 个，工件旋转喷涂，这样易保证表面喷漆质量。根据厂家年产60 万件、年工作日280 d、每天16 h 的生产纲领，经计算，每天产量为2 143 件，每小时产量为134 件，每分钟为2.23 个，得出3 条流水生产线的悬挂输送链链速均为2.2 m/min，吊具高度为750 mm。2工艺及设备设计特点

2.1表面前处理

前处理采用常规的铝材处理工艺，在铬化后水洗的后面，又加了1 min 的循环纯水洗和0.5 min 的新鲜纯水洗，以确保工件表面无任何杂质，增强涂层的附着力，为此，配置了一套出水量为2 t/h 的纯水发生器。

前处理设备为10 工位全封闭自动喷淋式，外形尺寸为51 800 mm×1 900 mm×3 650 mm

（L×W×H），水泵选用立式液下泵，安装在辅槽上，以避免漏液到地面上，喷淋系统采用上行下送方式，