浅谈干冰清洗技术在汽车制造中的应用

浅谈干冰清洗技术在汽车制造中的应用
锡洪鹏，李志良，曹繁云，李广强
（浙江吉利控股集团有限公司，浙江 宁波 315336）

0 引言
干冰清洗在保险杠前处理行业是一门新技术，它绿色环保，相对于水洗式前处理来说，它占地面积小，能源消耗低，节约运行成本，清洗效果好，对于油渍、手指印、注塑料时残留的污渍都有清理作用。干冰清洗配合机器人使用，可以实现全自动化，无需人员操作，可靠稳定，节约人工成本。最终全面提高喷涂质量，减少因为工件表面不清洁而引起的不良缺陷，从而提高良品率。

1 干冰清洗原理

1)物理原理：通过干冰的极地温度（-79 摄氏度）来冷冻，使工件表面的油脂失去粘性，从而使油脂容易处理；
2)动力原理：当干冰通过系统压缩空气的高速吹出，离开喷嘴射到工件表面，产生一定的冲击力量，从而起到清理污垢的作用；
3)膨胀原理：当细颗粒状的干冰打在工件表面上时会急速膨胀，体积约膨胀700 倍，通过这个膨胀力使得残留物清理干净。

2 干冰清洗系统组成

完整的汽车塑料件（含保险杠）干冰清洗系统是由液体二氧化碳贮存系统、干冰制造系统、压缩空气供应系统和喷射清洗系统等组成，如图1所示。
2.1 二氧化碳贮存系统
其主要作用就是为系统提供原材料的储存和输出；二氧化碳在储存系统里是以液态的形式存在，系统需要具备高压和低温两个条件；其中压力控制在2.0MPa±0.2，温度控制在-18℃±2为宜； 该部分一般布置在涂装线厂房外，主要还是便于二氧化碳原材料的填充，即所谓的加料；
2.2 压缩空气供给系统
压缩空气贯穿于整个系统，其主要作用一方面控制气动阀的开关和内部系统的管路吹扫；另一方面是作为干冰的载体，一起从喷射清洗系统里喷射出来，携带者干冰作用到要清洗的工件表面；
2.3 干冰制冰机
干冰制冰机用于制造清洗用的干冰颗粒。干冰清洗要求粒径均一、高密度的干冰颗粒，干冰在运输、存储过程中不能堆积、可自由流动。干冰清洗工艺要求直径≤3 mm 的粒径干冰颗粒；该部分一般布置在涂装线厂房内，油漆线工位室体外侧，主要考虑其维护保养的便利性和内部空间等因素；
2.4 干冰清洗机
干冰清洗机是干冰清洗系统中的终端部分，也是至关重要的一部分；其作用就是通过干冰颗粒被高速喷射到清洗对象表面来实现的工件表面异物的清除；该部分一般布置在涂装线厂房内，油漆线工位室体内部，与机器人关联使用。

3 干冰清洗技术在汽车制造中的应用
相比传统工艺，保险杆涂装工艺中，干冰清洗可取代传统工艺中的前处理、吹水、水分烘干、强冷等工艺。目前国内外多个保险杠线，比如宝马、延峰彼欧等，都成功的应用该技术，且运用成熟、稳定，满足客户产品质量需求的同时，为相关产业带来极大的附加好处。

3.1 干冰清洗技术与传统前处理工艺路线区别



综上可以看出，传统的前处理工艺主要分为：预脱脂清洗→脱脂清洗→水洗1清洗→水洗2清洗→纯水洗→吹水→烘干→检查等工序，相比较干冰处理工艺来说，其工艺路线冗长，工序较多；在前期投入、生产效率、运行成本等方便处于劣势。

3.2 干冰清洗技术应用成本优势对比表（保险杠）

以国内某主机厂小涂装线为例，对项目投资和运营成本进行简要分析,见表1。



3.3 干冰清洗效果确认
替代掉原来的多道水洗、脱脂除油脂及烘干等工序的前处理工艺，干冰清洗技术的应用受到很到质疑，因为它就一道干冰处理，简单、快速；所以干冰清洗完后，基材表面处理效果的确认至关重要。目前行业内主要的检测技术手段有如下几个方面：常规检测，漆膜附着力（十字划格法，0或1级）、漆膜外观（目视正常）、基材外观（目视正常，无打伤基材情况）；另外，实验室还要根据客户和材料特性对塑料基材、匹配及老化等测试，比如保险杠基材表面达因数（一般要求＞38）、 缺口冲击强度、耐水冲击、耐石冲击、高温老化、低温老化等项目进行例行检测。

3.4 干冰清洗适用范围

在汽车制造领域，该技术的应用范围也是非常的广泛；从传统保险杠涂装线，到汽车外饰小件（门把手、门槛、装饰板、扰流板）涂装线，再到车身塑料开闭件（四门两盖），甚至是塑料车身（上、下车身）的涂装线，都能见到它的身影；随着车身轻量化的快速发展，非金属型材的增量化使用，该技术的实际应用范围将会逐步的普及开来；
目前该技术的局限性在于车身金属件处理，效果并非不理想，而是防腐体系的牵制。目前汽车防腐的重要性不言而喻，汽车所用的金属件，需要做电泳处理，增强其防腐效果，尤其是内腔防腐处理尤为关键；但是干冰的处理需要其自身的低温、膨胀和冲击，因此无法处理到汽车内腔表面，所以无法达到传统水洗前处理的处理效果和满足电泳前需求。
除汽车车身及相关零部件处理外，干冰清洗还适用于涂装线治具、滑撬、踏台、壁板等清理。

4 干冰技术应用优势
4.1 占地面积小、空间灵活
车间内清洗设备占地仅约3*3m的空间，其他为就是输送管路。相比传统工艺需要建设多个水洗槽、脱脂槽、水份烘干炉及人工擦净等，极大的减少了占地面积。
4.2 节能环保
传统的前处理工艺，不仅需要加入化学药剂，还需要加热清洗用水，清洗后还需要烘干；该工艺不仅需要消耗大量的能源，还会造成水质、环境的污染；
而干冰前处理不需要烘干加热和化学药剂处理；其干冰即二氧化碳，在使用过程中更不会产生二次污染（无‘三废’污染）；且二氧化碳来源于废气回收利用，在节能环保中优势非常明显；
4.3 投资少、成本低
设备一次性投资低、基建成本几乎为零；后期生产线的综合运营成本也大大降低。

5 干冰技术规划设计要点
1) 工位室体送风量：根据干冰耗量及二氧化碳浓度标准，建议送风量大于等于6000m3/h；同事考虑到清洗工位的灰尘排除及导向，以免清洗后的灰尘在清洗工位回旋造成二次污染，建议截面风速大于0.8m/s；
2) 噪音：干冰设备在清洗时会发出噪音，大概在110 分贝左右，这个是开机状态下一直有这个噪音，另外，制冰机在开机前有一个吹扫动作，吹扫时噪音约110-150 分贝，预计吹扫时间约10 分钟。噪音问题可以做隔音处理，单独建一间较小的隔音间；也可以不用处理，因为若引用干冰技术后，基本实现全线自动化、无人工作业状态，产生的影响被缩小；
3)设备安全互锁：由于采用机器人进行干冰前处理，安全是非常重要的，尤其是人身安全要特别小心。前期规划方案中要体现干冰设备与周边设备的安全互锁信号处理，以满足生产安全需要。

6 结语
随着汽车产业的快速发展，制造技术在突飞猛进的同时，其他产业的制造技术也逐步引入汽车领域，以解决越来越高要求的汽车制造需求。另外，国家对废气、废水排放管控越来越严格，喷涂前传统的水洗前处理技术不断的接受挑战，而干冰技术正好填补这一空缺；因此该技术在汽车内外饰件表面清洁，以及车身塑料件涂装前的清理方面将有相当大的应用需求。