汽車涂裝中機器人噴涂的漆膜缺陷分析及對策

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）

汽車涂裝中機器人噴涂的漆膜缺陷分析及對策

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器人噴涂的工藝參數(shù)，包括噴涂流量、旋杯轉(zhuǎn)速、成型空氣、靜電高壓和噴槍移動速率對漆膜的影響。

機器人噴涂；汽車制造；缺陷；對策

Author’s address:Great Wall Motor Co., Ltd., Hebei Province Centre of the Vehicle Engineering Technology, Baoding 071000, China

在現(xiàn)代汽車制造中，高效率、低成本和高質(zhì)量的要求使機器人技術(shù)得到了廣泛應用。隨著涂裝線柔性化生產(chǎn)方式的引入，靈活的機器人噴涂日益受到重視。但要獲得良好的噴涂質(zhì)量，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行，關(guān)鍵是控制機器人噴涂的車身外觀質(zhì)量。本文結(jié)合調(diào)試經(jīng)驗，介紹了機器人噴涂工藝參數(shù)對漆膜的影響，探討了常見的漆膜缺陷，并給出了解決措施。

1 機器人噴涂工藝參數(shù)分析

要保證車身噴涂的質(zhì)量，需密切聯(lián)系工藝參數(shù)的調(diào)控與涂料及環(huán)境。機器人噴涂的工藝參數(shù)有噴涂流量、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。

1. 1 噴涂流量

機器人的噴涂流量是單位時間內(nèi)定量泵(齒輪泵)輸送給每個旋杯的涂料量，是生產(chǎn)中調(diào)整最頻繁的參數(shù)。流量是決定漆膜厚度的最直接因素，提高流量會增大吐出量，從而增大膜厚。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)，影響車身外觀；反之，隨流量降低，吐出量會減少，漆膜會變薄。作中涂的涂料一般控制流量在300 ～ 400 mL/min，免中涂的底涂和色漆流量一般控制在150 ～ 250 mL/min，金屬色漆的流量一般控制在100 ～ 180 mL/min，雙組分清漆流量一般控制在350 ～ 450 mL/min。

1. 2 旋杯轉(zhuǎn)速

旋杯轉(zhuǎn)速是涂料霧化的一個關(guān)鍵參數(shù)，直接決定涂料的霧化效果[1]。旋杯高速旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的離心力使涂料沿著旋杯的邊沿霧化得很細。轉(zhuǎn)速越高，漆霧就越細，漆膜的平滑度就越好，外觀質(zhì)量也就越好。轉(zhuǎn)速越低，霧化效果就越差，漆膜平整度也越差而變得粗糙，外觀質(zhì)量就差。霧化過細不僅會導致漆霧損失而涂膜變薄，而且會使霧化的涂料反彈，造成機器人手臂及霧化器表面污染嚴重，最終影響車身品質(zhì)和涂料的利用率。為達到最佳的噴涂效率，應將旋杯轉(zhuǎn)速設置在合適的范圍內(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。

1. 3 成型空氣

成型空氣又稱整形空氣或扇幅空氣[2]185-199。成型空氣從分布于旋杯后側(cè)成型空氣罩內(nèi)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 2種，主要作用是限制漆霧扇面的大小。成型空氣的壓力越高，噴幅就越小，漆霧顆粒在車身上的反彈力就越大；壓力越低，噴幅就越大，漆霧粒子在車身上的反彈力就越小。在相同的流量下，成型空氣壓力直接影響漆膜的重疊率。一般控制成型空氣的壓力在30 ～ 40 dbar。

1. 4 靜電高壓

靜電噴涂的原理是以接地的車身為陽極，涂料霧化器或電柵為陰極，在負高壓電的作用下，兩極間形成一個高壓靜電場[2]180。內(nèi)加電霧化器直接通過旋杯使涂料帶上負電荷，外加電霧化器通過外部電極電離空氣粒子，從而使涂料顆粒帶上負電荷，車身表面在電場的作用下帶上了相同電位的正電荷。根據(jù)“同性相斥，異性相吸”的原理，涂料粒子受到電場力的作用而吸附到車身表面。電壓直接影響涂裝的靜電效應、涂料的利用率、涂膜的均勻性等。當噴涂的槍距一定時，升高電壓會加強靜電場的電場力，增大車身表面的電力線密度，提高涂料的上漆率，膜厚也會增加。但是電壓不是越高越好，電壓過高會導致車身的邊緣部位出現(xiàn)流漆、發(fā)花等漆膜缺陷。電壓過低會影響涂料的霧化效果，涂料粒子的直徑相對較大，涂料的利用率也會降低。噴涂水性涂料時，電壓通常設置在60 ～ 70 kV(噴涂車身邊角部位時電壓一般設置在50 ～ 60 kV)；噴涂油性涂料的電壓通常設置在65 ～ 70 kV(噴涂車身邊角部位時電壓一般設置在60 ～ 65 kV)。

1. 5 噴涂TCP速率

噴涂TCP速率就是噴具的移動速率，是機器人噴涂的重要參數(shù)之一，直接影響涂裝效率和質(zhì)量。當被涂物在噴涂過程中處于動態(tài)時，噴具相對于被涂物的移動速率要作模擬修正。噴涂TCP速率與膜厚成反比，移動速率越快，上漆率就越低；反之則越高。在滿足噴涂節(jié)拍的前提下，優(yōu)先選用較低的噴涂速率，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，影響膜厚。一般情況下，機器人采用靜電旋杯噴涂時，TCP速率小于600 mm/s，對于空氣噴涂而言，噴涂TCP速率一般小于900 mm/s。現(xiàn)在的發(fā)展趨勢是在達到最佳霧化及噴涂效果的基礎上適當提高機器人的TCP速率。

2 機器人噴涂常見漆膜缺陷及解決方法

2. 1 流掛

2. 1. 1 現(xiàn)象

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。

2. 1. 2 產(chǎn)生原因

(1) 機器人一次噴涂成膜的流量設定過大，出現(xiàn)流漆。

(2) 涂料管路壓力過大，出現(xiàn)大面積流漆。

(3) 噴槍開槍閥門開啟異常，出現(xiàn)大面積流漆。

(4) 成型空氣壓力不穩(wěn)，波動較大，出現(xiàn)流漆。

(5) 噴涂高壓效應易造成車身的邊角部位出現(xiàn)流漆。

2. 1. 3 解決措施

(1) 要控制合適的一次成膜厚度(一般一道與二道的成膜比例為5∶5或6∶4)。

(2) 要求機器人管路內(nèi)部涂料壓力穩(wěn)定(一般內(nèi)部壓力控制在3 bar左右)。

(3) 需定期檢查噴涂開槍閥。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，到達規(guī)定次數(shù)后需及時進行更換。

(4) 要定期校驗成型空氣扇幅，出現(xiàn)扇幅抖動時，應及時排查異常，解決問題。

(5) 對機器人噴涂參數(shù)(流量、噴涂高壓、旋杯轉(zhuǎn)速和成型空氣)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)漆膜品質(zhì)異?，F(xiàn)象。

2. 2 橘皮

2. 2. 1 現(xiàn)象

涂膜表面呈現(xiàn)類似橘皮狀的皺紋結(jié)構(gòu)，又被稱為粗糙表面、平整不良、流平不良等。橘皮是汽車涂裝中常見的一種難克服的流平性問題，多見于車身噴涂搭接的部位。

2. 2. 2 產(chǎn)生原因

(1) 涂料黏度高，流平性差。

(2) 機器人噴涂一次成膜薄，導致漆膜內(nèi)部溶劑揮發(fā)快。

(3) 旋杯轉(zhuǎn)速過高，導致涂料霧化顆粒過細，內(nèi)部溶劑揮發(fā)過快。

(4) 等待點位置長時間被成型空氣吹掃。

2. 2. 3 解決措施

產(chǎn)生橘皮的原因較多，需要從設備、工藝、材料等方面進行綜合分析。

(1) 涂料中添加的高沸點溶劑要控制適量，以保證施工的流平性。

(2) 依據(jù)施工工藝、設備及涂料類型，將涂料調(diào)整到適宜的施工黏度，一次噴涂達到適宜膜厚。遮蓋力好的色漆涂料一次噴涂成膜控制在14 μm左右，遮蓋力差的色漆涂料最高膜厚也要控制在25 μm以下。

(3) 旋杯的轉(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) 為避免生產(chǎn)過程中停線導致成型空氣吹掃壓力大，內(nèi)部溶劑因此揮發(fā)較快，不利于車身漆面流平，機器人噴涂仿形軌跡在等待點位置上將成型空氣壓力降到最低值，一般為10 dbar。

2. 3 發(fā)花

2. 3. 1 現(xiàn)象

發(fā)花主要是涂膜顏色不均勻，出現(xiàn)斑印、條紋和色相雜亂的現(xiàn)象，在水性金屬漆表面較為常見。

2. 3. 2 產(chǎn)生原因

(1) 噴幅重疊不均，造成漆膜厚度不均，厚膜部位的顏料發(fā)生里表對流。

(2) 不同顏色混線生產(chǎn)時，換色時清洗效果不佳，導致機器人噴涂管路中混入其他顏色的涂料。

(3) 流量設定過大，一次性漆膜過厚。

2. 3. 3 解決措施

(1) 降低成型空氣壓力，增加噴涂的扇幅范圍，改善膜厚均勻性和鋁粉排列。

(2) 噴涂不同的涂料，所需換色清洗的時間不同。一般水性涂料換色清洗時間控制在15 s以上，油性涂料換色清洗時間控制在12 s以上。

(3) 提高噴涂轉(zhuǎn)速，降低流量，以防止底部色漆再溶解所產(chǎn)生的發(fā)花、斑紋、條紋等弊病。

2. 4 色差

2. 4. 1 現(xiàn)象

色差是指噴涂顏色與標準板不符，主要表現(xiàn)為漆膜顏色的色相、明度、彩度與標準色板有差異，或在補漆時，修補部位的漆膜與原漆色存在差異。

2. 4. 2 產(chǎn)生原因

(1) 更換顏色時未清洗干凈內(nèi)部管路。

(2) 未完成噴涂的車身在噴房內(nèi)停線時間過長，尤其是水性金屬涂料較明顯。

(3) 機器人供漆系統(tǒng)調(diào)漆罐中的涂料凝絮沉淀，導致混合不均。

(4) 有2種及以上不同顏色的涂料混合在一起而造成串色。

(5) 金屬涂料在循環(huán)攪拌時剪切力過高，造成鋁粉破碎變形。

(6) 管路中混入了一些雜質(zhì)，導致CCV(換色閥，color change valve)卡滯，不能關(guān)閉，造成2種以上的涂料混合在一起，產(chǎn)生雜色。

(7) 機器人清洗程序編寫不合理，回流管路選擇過長，清洗壓力不足(一般要求機器人的清洗壓力在 6 bar以上)，都會造成出現(xiàn)雜色。

(8) 涂料在輸調(diào)漆管路內(nèi)部長時間地循環(huán)流動，改變了分子，每個分子上的電子會在不同的軌道上躍遷而呈現(xiàn)出色差。

2. 4. 3 解決措施

(1) 清洗換色時應保證時間和效果，所需時間同2.3.3。

(2) 避免未噴涂完的車身長時間在噴房內(nèi)逗留，噴涂水性涂料的停留時間一般不應超過5 min。

(3) 機器人供漆系統(tǒng)調(diào)漆罐內(nèi)涂料要混合均勻，保證循環(huán)管路內(nèi)的涂料流速在合適范圍內(nèi)。通常要求控制油性涂料在主管路內(nèi)的流速為0.3 ～ 0.6 m/s?？紤]到水性涂料對剪切較為敏感，其流速一般控制在0.2 ～ 0.3 m/s。

(4) 無論是水性涂料還是油性涂料，一般要求管路內(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。

(5) 建議采用不同的電壓噴涂不同種類的涂料，如金屬色漆(如銀色、灰色)的高壓值通常設置為60 ～ 70 kV，素色(如白色、黑色、紅色)色漆涂料的高壓值通常設置為70 kV。

3 結(jié)語

對機器人噴涂而言，需要優(yōu)先保證生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定，車身涂膜質(zhì)量及厚度是最重要的控制因素。機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)(噴涂高壓、噴涂流量、成型空氣、旋杯轉(zhuǎn)速)、被涂件外形、噴涂槍距、噴漆室氣流等諸多因素的影響，因此需要管控機器人的噴涂參數(shù)。為了保證漆膜質(zhì)量的穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生漆膜缺陷，須定期校正機器人的流量系統(tǒng)和測試機器人噴涂距離、接地、噴幅等參數(shù)。精確地控制漆膜不僅有助于穩(wěn)定外觀質(zhì)量，而且能減少過噴的漆霧，節(jié)約涂料，既經(jīng)濟又環(huán)保。

[1]王錫春. 涂裝車間設計手冊[M]. 北京： 化學工業(yè)出版社, 2008： 130-138.

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

[ 編輯：杜娟娟 ]

Defect analysis and countermeasures of robot spray in automobile painting

WANG Hai-ping

The influence of process parameters of automobile painting by robot spray, including spray flow, rotating speed of bell cup, shaping air, electrostatic voltage, and spray gun velocity, on the film properties were introduced. The causes of some common defects such as sagging, orange peel, floating, and color inconsistency were analyzed and the countermeasures were given.

robot spray; car manufacture; defect; countermeasure

TQ639

B

1004 - 227X (2015) 18 - 1049 - 04

2015-05-19

2015-06-01

王海平（1985-），男，河北邯鄲人，本科，工程師，主要研究方向為涂裝設備與工藝。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) haiping850716@163.com。

分析了流掛、橘皮、發(fā)花、色差等常見漆膜缺陷的產(chǎn)生原因，并提出了相應的解決措施。