關(guān)于減少汽車底部密封噴涂產(chǎn)生膠霧優(yōu)化方法的研究

趙濟(jì)宇，韓文陽(yáng)，李帥，劉浩

（上汽大眾汽車有限公司南京分公司，江蘇 南京 211100）

數(shù)字化智能制造時(shí)代，國(guó)內(nèi)汽車涂裝生產(chǎn)線基本上使用機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)，包括機(jī)器人焊縫檢查，密封膠噴涂，車身表面擦拭，面漆噴涂，隔音板粘貼等工序。以某汽車制造廠涂裝車間PVC自動(dòng)噴涂線機(jī)器人站為例，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間使用后產(chǎn)生的老化和磨損，超出了機(jī)器人運(yùn)行所需的冗余量，膠霧問(wèn)題逐漸增多[1]。在提升自動(dòng)化作業(yè)效率，逐步減少人工噴涂的大形勢(shì)下，添加噴涂軌跡造成了機(jī)器人工作量增加、部分區(qū)域質(zhì)量問(wèn)題的增多。故根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的機(jī)器人噴涂膠霧附著問(wèn)題，采取相應(yīng)措施優(yōu)化解決[2]。

1 車身密封膠霧化噴涂的現(xiàn)狀

電泳車身在PVC自動(dòng)化噴涂的過(guò)程中（如圖1所示），經(jīng)常會(huì)有膠霧附著在車身上，經(jīng)過(guò)PVC烘房后，膠粒被烘干，在電泳打磨形成灰粒，需要人工打磨解決，耗時(shí)耗力；同時(shí)，打磨會(huì)形成新的打磨灰，造成車身的二次污染，在面漆后形成新的質(zhì)量問(wèn)題。噴涂的軌跡是造成膠霧的主要原因之一，另外，噴涂的壓力、溫度、站內(nèi)供排風(fēng)、噴嘴等也是造成車身膠霧的原因。機(jī)器人本體及供料系統(tǒng)故障，也會(huì)造成車身膠霧的增多。比如齒輪軸連接皮帶的磨損，快速關(guān)斷閥及流量控制器的磨損，穩(wěn)壓器的老化，軸承連接部分的緩慢銹蝕等問(wèn)題，也會(huì)造成噴涂表面膠霧的增多[3]。

圖1 機(jī)器人站內(nèi)噴涂情況Fig.1 Spraying situation inside robot station

2 產(chǎn)生車身膠霧問(wèn)題的因素分析

2.1 噴涂軌跡優(yōu)化

某汽車生產(chǎn)線采用懸掛鏈運(yùn)輸車身，機(jī)器人自下而上的噴涂方式。機(jī)器人噴涂時(shí)，膠霧會(huì)從霧化噴嘴揚(yáng)至車身表面，嚴(yán)重的甚至?xí)廴拒図敽蛙嚿韮?nèi)腔，同時(shí)造成機(jī)器人站內(nèi)壁的大面積污染。車身邊緣部分尤其嚴(yán)重[4]，如圖2所示。

圖2 機(jī)器人噴涂邊緣部分Fig.2 Robot sprayed edge parts

機(jī)器人的噴涂軌跡優(yōu)化，對(duì)邊緣部分的軌跡向內(nèi)收縮，減少邊緣飛出車身的部分。噴涂軌跡的調(diào)整以調(diào)整噴嘴的噴涂方向?yàn)橹?，盡量減少邊緣區(qū)域的漏白部分，個(gè)別難以調(diào)整的地方，邊緣部分保持10 mm的空間，可重新規(guī)劃噴涂軌跡。

例如，靠近翼子板的邊緣部分，PVC膠霧極易從此處飛揚(yáng)出去，需要對(duì)軌跡和噴涂扇面均作出控制，如圖3所示。

圖3 靠近輪罩的邊緣Fig.3 The edge rim of wheel cover

2.2 噴涂壓力

噴涂過(guò)程中的壓力波動(dòng)會(huì)造成出膠扇面的不穩(wěn)定，其流量也會(huì)隨之出現(xiàn)波動(dòng)，進(jìn)而影響車身表面的飛揚(yáng)狀態(tài)。

機(jī)器人需求的PVC膠通過(guò)柱塞泵抽取至管路后，經(jīng)過(guò)一級(jí)泵和二級(jí)泵的穩(wěn)壓過(guò)程，送至霧化器。一級(jí)泵和二級(jí)泵分別對(duì)應(yīng)了外部穩(wěn)壓閥和內(nèi)部穩(wěn)壓閥[5]。

穩(wěn)壓閥的長(zhǎng)期使用，會(huì)造成其內(nèi)部頂針、閥座等易損件不斷消耗，間隙不斷增大，壓力無(wú)法準(zhǔn)確控制。機(jī)器人給出的壓力信號(hào)，穩(wěn)壓閥組無(wú)法完全按要求執(zhí)行。

針對(duì)某車型的常規(guī)噴涂，霧化噴涂站的壓力一般保持在220 Bar左右，其壓力波動(dòng)規(guī)律如表所示。

表1 常見(jiàn)的霧化噴涂壓力流量對(duì)應(yīng)值Table 1 Common atomization spray pressure flow corresponding value

當(dāng)閥組壓力始終保持在240 Bar及以上時(shí)，可以確定閥組已經(jīng)損壞，其內(nèi)部已經(jīng)被擊穿，無(wú)法再正常使用，需要更換。所以，應(yīng)當(dāng)盡量減少壓力波動(dòng)對(duì)噴涂的影響，降低飛揚(yáng)的數(shù)量。

2.3 噴涂溫度

機(jī)器人噴涂溫度包括兩個(gè)部位的溫度，一是機(jī)器人霧化器出膠處的溫度，二是儲(chǔ)膠房室內(nèi)的溫度[6]。

霧化器處的溫度可以通過(guò)溫度傳感器在Intouch界面上觀察到，此溫度隨著機(jī)器人的噴涂，以設(shè)定溫度（26 ℃）上下不斷變化。其溫度主要由處于室體外的恒溫箱來(lái)控制調(diào)節(jié)[7]。

儲(chǔ)膠房室溫也是膠溫控制的重要一環(huán)。按照工藝要求，PVC膠在到達(dá)膠房后，需靜置24 h以上方可投入使用。靜置后投入使用的膠，膠溫度直接與環(huán)境溫度相關(guān)。膠溫保存的工藝要求是5～30 ℃，但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般以穩(wěn)定在22 ℃左右為宜。

膠房采用KT風(fēng)機(jī)供排風(fēng)系統(tǒng)，其正常工作時(shí)間應(yīng)保持室體內(nèi)部獨(dú)立循環(huán)，以確保環(huán)境溫度的恒定[8]。

2.4 站內(nèi)風(fēng)壓

風(fēng)壓直接影響到車身表面飛揚(yáng)的面積，供風(fēng)和排風(fēng)的協(xié)調(diào)有助于將產(chǎn)生的膠霧灰粒及時(shí)沉降，避免其附著在車身表面。由于機(jī)器人站是開(kāi)放室體，易受到外界氣流波動(dòng)，站內(nèi)沉降風(fēng)過(guò)小，噴涂產(chǎn)生的膠霧無(wú)法及時(shí)沉降，用風(fēng)速儀檢測(cè)的數(shù)據(jù)如表2所示[9]。

表2 改善前沉降風(fēng)數(shù)據(jù)Table 2 Settling wind before improving

利用風(fēng)速儀，測(cè)出了其站內(nèi)沉降風(fēng)平均值僅0.24 m/s，且選取測(cè)量的8個(gè)點(diǎn)中，站后部的數(shù)據(jù)低于站內(nèi)部的數(shù)據(jù)，這也與車身后部膠霧飛揚(yáng)較嚴(yán)重相對(duì)應(yīng)。

由于霧化噴涂站的特殊性，此站加裝了排風(fēng)設(shè)備（其它PVC噴涂站僅提供供風(fēng)系統(tǒng)），用于加大站內(nèi)的膠霧沉降。通過(guò)對(duì)供風(fēng)口、排風(fēng)口的改善，減少供風(fēng)管路上的彎頭，降低送風(fēng)、排風(fēng)的風(fēng)阻[10]。

同時(shí)，為解決機(jī)器人站前后兩部分飛揚(yáng)狀態(tài)不一致的問(wèn)題，將供風(fēng)的主管路做了移位，即調(diào)整進(jìn)風(fēng)口至站的正中間，使得進(jìn)風(fēng)到達(dá)各部分的風(fēng)量基本相同，確保自上而下的連續(xù)通風(fēng)；底部的排風(fēng)口位置向上調(diào)整，使其與機(jī)器人作業(yè)面保持水平，即機(jī)器人霧化器噴涂出來(lái)的膠霧可被立即吸走，不再出現(xiàn)站內(nèi)氣流漩渦的現(xiàn)象，加速了沉降活動(dòng)[11]。改善后的沉降數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 改善后沉降風(fēng)數(shù)據(jù)Table 3 Settling wind after improving

2.5 霧化噴嘴

長(zhǎng)時(shí)間的高壓噴涂，噴嘴在使用過(guò)程中不停磨損，其開(kāi)口不斷增大，造成出膠量增多，其引起的霧化膠霧也相應(yīng)增多，這也是車身膠霧產(chǎn)生的重要途徑。根據(jù)日常的噴涂數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)有如下的規(guī)律[12-13]。霧化噴涂站批量產(chǎn)品車常規(guī)出膠量約2000 ml，當(dāng)出膠量增長(zhǎng)到3000 ml時(shí)（此數(shù)據(jù)根據(jù)具體噴涂量確定），一般建議在標(biāo)準(zhǔn)噴涂流量上升約50%時(shí)更換噴嘴，換算成產(chǎn)量數(shù)為1萬(wàn)臺(tái)左右，即需要更換噴嘴。圖4即是已經(jīng)磨損的噴嘴扇面情況。

噴嘴的選用以硬質(zhì)合金為主，選用耐磨材料，特別是其霧化成型口的加工需要精細(xì)，噴幅和扇面的對(duì)比可以作為驗(yàn)證手段。通過(guò)機(jī)器人噴涂過(guò)程參數(shù)的設(shè)定，相同的參數(shù)噴涂過(guò)寬的扇面必然導(dǎo)致膜厚的下降和飛揚(yáng)的增多。

圖4 已磨損的噴嘴與正常使用的噴嘴Fig.4 Worn nozzles and normally used nozzles

圖5 霧化機(jī)器人的噴幅檢測(cè)Fig.5 Spray amplitude detection of atomization robot

霧化噴涂的PVC膠條建議標(biāo)準(zhǔn)：噴幅寬度17～19 cm，邊界清晰，膠條厚度 450～550 μm。扇面噴涂均勻，無(wú)明顯厚薄不均的現(xiàn)象，如圖5所示。

3 PVC材料及過(guò)程的控制

3.1 材料黏度

材料的黏度直接影響車身表面質(zhì)量的穩(wěn)定。每批次材料到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，均需配套對(duì)應(yīng)的材料數(shù)據(jù)表，其中黏度是重要的控制參數(shù)。黏度依據(jù)環(huán)境溫度的不同而需要定期做調(diào)整，這與季節(jié)的變化密不可分[14]。

表4 噴涂材料的主要檢驗(yàn)參數(shù)Table 4 Main inspection parameters of spray materials

3.2 材料運(yùn)輸及儲(chǔ)存

儲(chǔ)膠房室溫控制也是膠溫控制中的重要一環(huán)。PVC噴涂用材料使用800 kg大桶運(yùn)輸，其灌裝后運(yùn)輸?shù)絿娡楷F(xiàn)場(chǎng)后不可直接投入使用，需在恒溫環(huán)境靜置儲(chǔ)存24 h再投入噴涂，一般選用溫度在18～25 ℃左右的室體儲(chǔ)存。膠房采用KT風(fēng)機(jī)供排風(fēng)系統(tǒng)，其正常工作時(shí)間應(yīng)保持膠房室體內(nèi)部獨(dú)立循環(huán)，以確保環(huán)境溫度的恒定[15]。

3.3 周期性噴幅檢測(cè)

在機(jī)器人站內(nèi)采用定期的噴涂檢測(cè)，保留檢測(cè)結(jié)果，留存記錄。一般噴幅檢測(cè)只測(cè)試機(jī)器人3D槍中的1#噴嘴（其使用最為頻繁），若無(wú)異常則不再測(cè)試其它噴嘴。

3.4 流量計(jì)的定期檢查和保養(yǎng)

當(dāng)前設(shè)備使用電子流量計(jì)，使用計(jì)數(shù)器記錄其內(nèi)部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)讀取流量值，利用大數(shù)據(jù)記錄流量計(jì)的瞬時(shí)值，通過(guò)長(zhǎng)期的跟蹤觀察判斷出流量計(jì)性能。

單車流量可通過(guò)EcoSreen上產(chǎn)量數(shù)據(jù)中提取出來(lái)，根據(jù)不同的流量，可以監(jiān)控車身噴涂的質(zhì)量情況。

綜合以上措施，PVC霧化噴涂的膠霧數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，見(jiàn)圖6。

圖6 膠霧呈下降趨勢(shì)Fig.6 Glue fog presently decreased

4 結(jié)論

車身本體的膠霧是機(jī)器人各方面綜合導(dǎo)致的結(jié)果，需要根據(jù)具體問(wèn)題做分析。由于硬件設(shè)施的能力限制， 目前更新版的設(shè)備已經(jīng)有了部分新的功能，期待在物聯(lián)網(wǎng)到來(lái)的時(shí)代，能夠?qū)⑦@些客觀的因素加入云計(jì)算，得到更好的減少膠霧的效果。