王海平 （長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000）

免中涂工藝中機(jī)器人噴涂質(zhì)量的控制方法及對策

王海平 （長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000）

闡述了汽車涂裝中機(jī)器人噴涂工藝參數(shù)對漆膜質(zhì)量的影響。分析了免中涂工藝中機(jī)器人噴涂常見的漆膜缺陷，并提出了相應(yīng)的解決措施。

免中涂工藝；機(jī)器人噴涂；漆膜質(zhì)量；控制方法

0 引言

隨著涂裝線柔性化生產(chǎn)方式的引入，加上21世紀(jì)汽車涂裝需兼顧經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性，在保證車身良好噴涂質(zhì)量的前提下，通過優(yōu)化和簡化涂裝工藝，來達(dá)到節(jié)能減排和降低運行成本的目的。在現(xiàn)代汽車制造過程中，高效率、低成本和高質(zhì)量的要求，使機(jī)器人噴涂技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。但要獲得良好的噴涂質(zhì)量，關(guān)鍵是如何控制機(jī)器人的噴涂工藝參數(shù)。探討了機(jī)器人噴涂工藝參數(shù)對漆膜質(zhì)量的影響，以及機(jī)器人噴涂過程中常見漆膜缺陷及解決措施。

1 汽車涂裝免中涂工藝

傳統(tǒng)3C2B（三涂二烘）涂裝工藝流程：前處理→陰極電泳→電泳烘干→電泳打磨→焊縫密封膠→內(nèi)表面中涂噴涂→外表面中涂噴涂→中涂烘干→中涂打磨→內(nèi)表面色漆噴涂→外表面色漆噴涂→預(yù)烘干→內(nèi)表面清漆噴涂→外表面清漆噴涂→面涂烘干→終檢報交。

免中涂工藝（B1B2工藝）流程：前處理→陰極電泳→電泳烘干→電泳打磨→焊縫密封膠→密封膠烘干→外表面色漆Ⅰ噴涂（B1涂層）→內(nèi)表面色漆噴涂→外表面色漆Ⅱ噴涂（B2涂層）→預(yù)烘干→內(nèi)表面清漆噴涂→外表面清漆噴涂→面涂烘干→終檢報交。

與傳統(tǒng)的3C2B涂裝工藝相比，免中涂工藝取消了中涂噴涂及打磨等工序，直接在電泳涂層上噴涂色漆（采用具有中涂功能的B1涂層和具有色漆功能的B2涂層分別代替原來的中涂漆和色漆），對機(jī)器人的噴涂質(zhì)量要求很高。要保證免中涂工藝機(jī)器人噴涂的質(zhì)量，關(guān)鍵是如何將噴涂工藝參數(shù)的調(diào)整和控制與涂料及工藝環(huán)境密切地聯(lián)系起來。

2 機(jī)器人噴涂的工藝參數(shù)

機(jī)器人噴涂的工藝參數(shù)主要包括機(jī)器人的噴涂流量、旋杯轉(zhuǎn)速、成型空氣、靜電高壓、噴涂TCP（傳輸控制協(xié)議）速率等。

2.1 噴涂流量

機(jī)器人的噴涂流量是單位時間內(nèi)齒輪泵輸送給每個旋杯的涂料流量。機(jī)器人的噴涂流量大小是決定漆膜厚度的最直接因素，隨著噴涂流量的增大，漆膜厚度增加。但噴涂流量過大時，會產(chǎn)生一些霧化不良的問題，如：漆點、流掛、氣泡等漆膜缺陷，進(jìn)而影響車身外觀質(zhì)量；反之，隨噴涂流量的減少，漆膜會變薄。中涂漆噴涂流量一般控制在300～400 cc/min；免中涂工藝的底涂色漆流量一般控制在150～250 cc/min；金屬閃光漆流量一般控制在100～180 cc/min；雙組分清漆流量一般控制在350～450 cc/min。

2.2 旋杯轉(zhuǎn)速

旋杯的轉(zhuǎn)速直接決定了涂料的霧化效果［1］。旋杯轉(zhuǎn)速越高，漆霧霧化越細(xì)，漆膜平滑度越好，外觀質(zhì)量就越好。反之，旋杯轉(zhuǎn)速越低，漆霧霧化效果就越差，漆膜平整度就越差，外觀質(zhì)量越差。霧化過細(xì)會導(dǎo)致漆霧損失，使涂膜變薄；同時還會使霧化的涂料反彈，導(dǎo)致機(jī)器人手臂及霧化器表面沾污嚴(yán)重，這些都會影響車身的涂裝質(zhì)量和涂料的利用率。為了達(dá)到最佳的噴涂效率，應(yīng)將旋杯轉(zhuǎn)速設(shè)置在合適的范圍內(nèi)（正常霧化質(zhì)量的最低值）。一般水性金屬閃光涂料的旋杯轉(zhuǎn)速控制在30～40 kr/min；雙組分涂料的旋杯轉(zhuǎn)速控制在40～45 kr/min。

2.3 成型空氣

成型空氣又稱整形空氣或扇幅空氣［2］。成型空氣從旋杯后側(cè)成型空氣罩分布的小孔中噴出，按結(jié)構(gòu)形式分為雙成型空氣孔和單成型空氣孔兩種，主要作用是限制漆霧扇面的大小。成型空氣壓力越高，噴幅就越小，漆霧顆粒在車身上的反彈力就越大；反之，成型空氣壓力越低，噴幅就越大，漆霧粒子在車身上的反彈力就越小。在相同流量的條件下，成型空氣的大小直接影響漆膜的重疊率。一般成型空氣的壓力控制在0.3～0.4 MPa。

2.4 靜電高壓

靜電噴涂的原理［2］是以接地的車身為陽極，涂料霧化器或電柵為陰極，在負(fù)高壓電的作用下，兩極間形成一個高壓靜電場。噴涂的涂料粒子因負(fù)高壓的作用而帶上負(fù)電荷（內(nèi)加電霧化器直接通過旋杯使涂料帶上負(fù)電荷；外加電霧化器通過外部電極電離空氣粒子而使涂料帶上負(fù)電荷），在電場的作用下，車身表面帶上相同電位的正電荷。涂料粒子受到電場力的作用，根據(jù)同性相斥，異性相吸的原理而吸附到車身表面。電壓的大小直接影響靜電涂裝的靜電效應(yīng)、涂料的利用率、涂膜的均勻性等。當(dāng)噴涂的槍距一定時，電壓升高會增強(qiáng)靜電場的電場力，此時車身表面的電力線密度升高，增大了涂料的上漆率，涂膜厚度增加。但是，噴涂電壓并不是越高越好，電場強(qiáng)度過高會導(dǎo)致車身的邊緣部位出現(xiàn)流掛、發(fā)花等漆膜缺陷；當(dāng)電壓過低時，會影響涂料的霧化效果，涂料粒子的粒徑相對較大，涂料的利用率降低。噴涂水性涂料的電壓值通常設(shè)置在60～70 kV（車身邊角部位的電壓值一般設(shè)置在50～60 kV）；噴涂溶劑型涂料的電壓值通常設(shè)置在65～70 kV（車身邊角部位高壓值一般設(shè)置在60～65 kV）。

2.5 噴涂TCP速率

機(jī)器人噴涂TCP速率就是噴具的移動速率，是機(jī)器人噴涂的重要參數(shù)之一，直接影響涂裝效率、噴涂質(zhì)量，其發(fā)展趨勢是在達(dá)到最佳霧化及噴涂效果的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高。當(dāng)被涂物在噴涂過程中處于動態(tài)時，則噴具相對于車身的移動速率要作模擬修正。噴涂TCP速率與膜厚成反比，噴具移動速度越快，噴涂上漆率就越低；反之，噴涂上漆率就越高。在滿足噴涂節(jié)拍的前提下，優(yōu)先選用較低的TCP速率。若TCP速率過高，會降低涂料的傳輸效率，造成涂料的消耗量過高，影響車身的噴涂膜厚。一般情況下，機(jī)器人采用靜電旋杯噴涂時，TCP速率＜ 600 mm/s；對于空氣噴涂而言，噴涂TCP速率＜ 900 mm/s。

當(dāng)孔隙氣壓力與孔隙水壓力大小相同時，式(3)為飽和抗剪強(qiáng)度公式。式(3)與邵龍?zhí)兜萚16]的非飽和土的土骨架應(yīng)力方程及黃強(qiáng)等[17]基于混合物理論和熱力學(xué)原理推導(dǎo)出的非飽和土有效應(yīng)力方程一致。

3 機(jī)器人噴涂常見漆膜缺陷分析及解決方法

免中涂工藝機(jī)器人噴涂常見漆膜缺陷有橘皮、流掛、色差、發(fā)花等。

3.1 漆膜橘皮

現(xiàn)象：漆膜表面呈現(xiàn)類似于橘皮狀的皺紋結(jié)構(gòu)。橘皮又稱為粗糙表面，為平整性、流平性不良等漆面。橘皮是汽車涂裝過程中常見的一種較難克服的流平性問題，多見于車身噴涂搭接的部位。

產(chǎn)生原因：（1）涂料黏度高，機(jī)器人噴涂后涂料流平性差；（2）機(jī)器人噴涂一次成膜薄，導(dǎo)致漆膜內(nèi)部溶劑揮發(fā)過快；（3）機(jī)器人噴涂旋杯轉(zhuǎn)速過高，導(dǎo)致涂料霧化顆粒過細(xì)，內(nèi)部溶劑揮發(fā)過快；（4）機(jī)器人噴涂等待點位置長時間成型空氣吹掃。

解決措施：影響橘皮的原因較多，需要從設(shè)備、工藝、材料等方面進(jìn)行綜合分析：（1）將涂料黏度控制在合適的工藝范圍內(nèi)，涂料中添加的高沸點溶劑要適量，保證涂料施工的流平性；（2）依據(jù)施工工藝、設(shè)備及涂料類型，將涂料調(diào)整到適當(dāng)?shù)氖┕ゐざ?，一次噴涂達(dá)到適當(dāng)膜厚。遮蓋力好的色漆，一次噴涂膜厚控制在14 μm左右；遮蓋力差的色漆，最高膜厚要控制在25 μm以下；（3）機(jī)器人噴涂的旋杯轉(zhuǎn)速要控制在合適的工藝范圍內(nèi)，具體參數(shù)需要結(jié)合材料而定；（4）機(jī)器人噴涂仿形軌跡在等待點位置上將成型空氣壓力值降低到最低值（一般為0.1 MPa），避免生產(chǎn)過程中停線時成型空氣吹掃壓力過大而造成內(nèi)部溶劑揮發(fā)較快，不利于車身漆膜流平。

3.2 漆膜流掛

現(xiàn)象：機(jī)器人噴涂車身某一部位漆膜局部變厚，形狀類似于波浪線和淺灘，經(jīng)常出現(xiàn)在車身豎直的立面、棱線、邊角、門把手等部位。

產(chǎn)生原因：（1）機(jī)器人一次噴涂成膜流量設(shè)定過大；（2）機(jī)器人噴涂的涂料管路壓力過大；（3）噴涂開槍閥開啟異常；（4）成型空氣壓力不穩(wěn)，波動較大；（5）噴涂高壓效應(yīng)造成車身邊角部位出現(xiàn)漆膜流掛。

解決措施：（1）控制機(jī)器人合適的一次成膜厚度（一般一道噴涂與二道噴涂的成膜比例為5∶5或6∶4）；（2）控制機(jī)器人管路內(nèi)部涂料壓力穩(wěn)定，一般內(nèi)部壓力控制在0.3 MPa左右；（3）機(jī)器人噴涂開槍閥需要定期進(jìn)行檢查。在可編程邏輯控制器（PLC）程序中增加閥體開關(guān)次數(shù)統(tǒng)計，到達(dá)規(guī)定次數(shù)后，需及時進(jìn)行更換；（4）成型空氣噴幅要定期進(jìn)行校驗，出現(xiàn)扇幅抖動時，需要及時進(jìn)行異常排查解決；（5）對機(jī)器人噴涂參數(shù)（噴涂流量、噴涂壓力、旋杯轉(zhuǎn)速、成型空氣）的調(diào)整一定要結(jié)合施工環(huán)境和涂料黏度，否則容易出現(xiàn)漆膜缺陷等異常情況。

3.3 漆膜色差

現(xiàn)象：噴涂漆膜的色相、明度和彩度與標(biāo)準(zhǔn)色板有差異，或在補漆涂裝時，修補部位的漆膜與原漆膜顏色存在差異。

產(chǎn)生原因：（1）機(jī)器人噴涂過程中，更換顏色時管路內(nèi)部未清洗干凈；（2）機(jī)器人噴涂過程中，未完成噴涂的車身在噴房內(nèi)停留時間過長（水性金屬閃光涂料較明顯）；（3）機(jī)器人供漆系統(tǒng)調(diào)漆罐中的涂料絮凝、沉淀，導(dǎo)致混合不均；（4）機(jī)器人噴涂過程中，有兩種不同顏色的涂料混合在一起而導(dǎo)致串色；（5）機(jī)器人噴涂過程中，金屬閃光涂料在循環(huán)攪拌時因剪切力過高造成鋁粉破碎變形。

解決措施：（1）機(jī)器人清洗換色時，應(yīng)保證清洗換色時間和效果，一般水性涂料的清洗換色時間控制在15 s以上，溶劑型涂料清洗換色時間控制在12 s以上；（2）機(jī)器人噴涂過程中，避免未噴涂完的車身長時間在噴房內(nèi)部停留（噴涂水性涂料的停留時間一般不應(yīng)超過5 min）；（3）機(jī)器人供漆系統(tǒng)調(diào)漆罐內(nèi)的涂料應(yīng)攪拌混合均勻；保證循環(huán)管路內(nèi)部涂料的流速在合適范圍內(nèi)，通常要求溶劑型涂料在主管路內(nèi)的流速控制在0.3～0.6 m/s，水性涂料在循環(huán)時考慮到對剪切力的敏感，流速一般控制在0.2～0.3 m/s。無論水性涂料還是溶劑型涂料，一般要求管內(nèi)壁的光潔度在0.8以上，變徑處必須平滑過渡，轉(zhuǎn)彎半徑需要大于6倍的管徑，以減少壓力損失和沉淀，防止破壞涂料內(nèi)部成分；（4）機(jī)器人噴涂時，涂料管路中混入了一些雜質(zhì)，導(dǎo)致?lián)Q色閥卡滯不能關(guān)閉，出現(xiàn)了兩種以上的涂料混合在一起產(chǎn)生雜色；還有機(jī)器人清洗程序不合理、回流管路過長、清洗壓力不足（一般要求機(jī)器人的清洗壓力在0.6 MPa以上）等都會造成機(jī)器人噴涂過程中出現(xiàn)雜色；（5）輸調(diào)漆管路內(nèi)部涂料長時間的循環(huán)流動會造成分子發(fā)生改變，每個分子上的電子會在不同的軌道上躍遷而呈現(xiàn)出涂料色差。建議噴涂不同類型涂料時，采用不同的電壓值，如：金屬閃光漆（銀色、灰色）的電壓值通常設(shè)置為60～70 kV，素色漆（白色、黑色、紅色）的電壓值通常設(shè)置為70 kV。

3.4 漆膜發(fā)花

現(xiàn)象：涂膜顏色不均勻，出現(xiàn)斑印、條紋和色相雜亂的現(xiàn)象，特別是水性金屬閃光漆表面容易產(chǎn)生發(fā)花現(xiàn)象。

產(chǎn)生原因：（1）機(jī)器人噴涂噴幅重疊不均，造成漆膜膜厚不勻，厚膜部位的漆膜中的顏料產(chǎn)生里表對流；（2）不同顏色混線生產(chǎn)時，機(jī)器人換色清洗效果不佳，導(dǎo)致噴涂時混入其它顏色涂料；（3）機(jī)器人噴涂流量設(shè)定過大，一次性噴涂漆膜過厚。

解決措施：（1）降低成型空氣壓力，增加噴涂噴幅范圍，改善漆膜膜厚均勻性和鋁粉排列；（2）機(jī)器人噴涂不同涂料時，需要的清洗換色時間不同，一般水性涂料清洗換色時間控制在15 s以上，溶劑型涂料清洗換色時間控制在12 s以上；（3）提高機(jī)器人噴涂旋杯轉(zhuǎn)速，降低機(jī)器人噴涂流量，防止底色漆再溶解所產(chǎn)生的發(fā)花、斑紋、條紋等缺陷。

4 結(jié)語

機(jī)器人噴涂是在移動過程中完成的，并且涂料傳遞到車身表面的過程受噴涂參數(shù)、被涂件輪廓外形、噴涂槍距、噴漆室氣流等諸多因素的影響，因此需要對機(jī)器人的噴涂參數(shù)進(jìn)行重點管控。對機(jī)器人噴涂而言，需要優(yōu)先保證涂裝工藝的穩(wěn)定。車身涂膜質(zhì)量及厚度是涂裝工藝中最重要的控制因素，要獲得穩(wěn)定的車身涂膜質(zhì)量及厚度，須保證機(jī)器人噴涂參數(shù)的穩(wěn)定性。為了保證機(jī)器人噴涂參數(shù)的穩(wěn)定性，須定期對機(jī)器人流量系統(tǒng)進(jìn)行校正；為防止產(chǎn)生漆膜缺陷，須定期對機(jī)器人噴涂距離、機(jī)器人接地、噴幅大小等參數(shù)進(jìn)行測試；對漆膜精確的控制，不僅有助于穩(wěn)定漆膜外觀質(zhì)量和節(jié)約涂料，還能減少過噴的漆霧。

1 王錫春.涂裝車間設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

2 王錫春.最新汽車涂裝技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

The Control Methods and Countermeasures of Robot Spraying Quality for Free Middle Coating Technology

Wang Haiping
（Technology Center of Great Wall Motor Co.，Ltd.，Hebei Province Automotive Engineering Technology Research Center，Baoding Hebei，071000，China）

The influences of robot spraying process parameters on the quality of paint film in automotive coating were expounded. The common film defects of robot spraying for free middle coating technology were analyzed，and corresponding solution measures were proposed.

free middle coating technology；robot spraying；film quality；control method

TQ 639

A

1009-1696（2017）01-0043-04

2016-05-03

王海平（1985—），男，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：涂裝設(shè)備與工藝。