機器人噴涂水性漆時滴漆問題的解決

劉國鋒*，楊光董峰，倪順煌王瑞東

（1.杭州長江汽車有限公司，浙江 杭州 311100；2.內(nèi)蒙古第一機械集團有限公司第六分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

涂裝車間是汽車制造環(huán)節(jié)中的耗能及污染大戶，能耗占60%，VOC(揮發(fā)性有機化合物)排放占95%，CO2排放占60%[1]。隨著消費者對汽車外觀質(zhì)量要求的提高和國家環(huán)保法規(guī)的日益完善，高效的機器人涂裝結(jié)合水性漆的應(yīng)用無疑成為各汽車品牌的最佳選擇，既滿足了快速更換產(chǎn)品外觀、個性化的要求，又有利于達到“節(jié)能降耗，綠色環(huán)?！钡哪康?。近年來，不僅新建的汽車涂裝線基本都采用機器人水性涂裝工藝，而且一些老式的溶劑型涂裝線也在加緊進行水性改造。

水性涂料代替溶劑型涂料已是大勢所趨，但其對噴涂參數(shù)的要求較為苛刻。在靜電旋杯的選擇中，理論上直接(內(nèi)部)帶電方式和間接(外部)帶電方式的旋杯都可以用來噴涂水性涂料，但考慮到生產(chǎn)中的安全性和成本，通常選用技術(shù)較為成熟的后者。然而在現(xiàn)場施工中，中涂和色漆常常存在滴漆現(xiàn)象。首先是旋杯靜電發(fā)生器(也被稱為手指)側(cè)針處開始積漆，很快擴展到靜電發(fā)生器頭部靠近霧化器的一側(cè)，隨著積漆越來越多，它們會在機器人運動中掉在被噴涂物的表面，形成水滴狀漆滴。因色漆在閃蒸后漆膜并未完全干燥，故無法處理該缺陷。隨后在噴涂罩光清漆及干燥后，色漆層會出現(xiàn)水滴狀弊病，且很難消除，一般情況下都需要返工。本文針對上述滴漆問題進行了討論，并給出了解決該問題的有效措施。

1 問題描述

在發(fā)生問題的現(xiàn)場，整條生產(chǎn)線按照高級商務(wù)車的要求進行設(shè)計，采用較為流行的3C2B(3涂2烘)工藝；中涂和色漆采用PPG專供水性漆，罩光采用PPG雙組分高溫清漆；中涂和色漆的噴涂分別采用4臺和8臺安川EXP2700噴漆機器人，配備外加電的SAMES PPH707型雙放電針形式旋杯靜電發(fā)生器(如圖1所示)，端針為霧化的涂料荷電，側(cè)針形成一個小電場來避免成型罩受污染(即防止積漆)。但在實際使用中，每次電極的積漆卻都是從側(cè)針處開始，然后擴大，最終形成旋杯滴漆。

在油漆供應(yīng)商的協(xié)調(diào)下，對多個乘用車主機廠類似的涂裝線進行了調(diào)研，具體情況見表 1。相比于采用類似外加電旋杯的水性機器人噴涂現(xiàn)場，雖然都存在滴漆問題，但是本現(xiàn)場的滴漆及旋杯維護頻次更高，尤其在噴漆室濕度高于65%時，盡管溫度符合規(guī)定(21 ～ 25 °C)，滴漆現(xiàn)象卻更加明顯，嚴重影響到產(chǎn)品的涂裝質(zhì)量及生產(chǎn)進度。

表1 機器人噴涂水性漆的現(xiàn)場要求與實際情況Table 1 On-site requirements and actual situation of robotic water-based paint spraying in the investigated plant

2 原因分析

2. 1 所用旋杯類型

與溶劑型涂料相比，水性涂料的電阻較小，采用傳統(tǒng)的靜電內(nèi)加方式會漏電，因此目前普遍采用外加電旋杯。機器人旋杯在高壓空氣的推動下高速旋轉(zhuǎn)，涂料被送到高速旋轉(zhuǎn)的旋杯上時，由于高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心作用，涂料在旋杯的表面被伸展成薄膜，并獲得巨大的加速度，向旋杯邊緣運動，然后被旋杯擴口邊的鋸齒切割成微小的漆滴，從而霧化。內(nèi)加電旋杯噴出的涂料本身就已帶有負電荷，在成型空氣的推動和電場作用下直接吸附到接地的被涂物上。而從外加電旋杯甩出的霧化漆滴并不帶電，當經(jīng)過外靜電發(fā)生器形成的電場時才荷電，繼而在成型空氣和電場力的作用下吸附到接地的被涂物上。因為是間接荷電，所以只有一部分漆滴荷電，而沒有荷電的漆滴在成型空氣的作用下更容易附著在電極和霧化器上，從而形成積漆。積漆一旦開始，就會不斷加快，積累到一定程度時便會形成漆滴。因此積漆是使用外加電旋杯噴涂水性漆時不可避免的。機器人內(nèi)加電和外加電旋杯的原理及優(yōu)缺點比較見表2。

2. 2 噴漆環(huán)境

水性漆本身對施工的濕度比較敏感，在靜電發(fā)生器已產(chǎn)生積漆后，濕度的微小變化會進一步令積漆加劇。但濕度在現(xiàn)場又不可能無限度地降低：首先，水性漆的最佳噴涂相對濕度為60% ～ 70%，濕度過低會增大涂料的黏度，導致漆膜光澤不良；其次，降低濕度在南方的夏天很難實現(xiàn)，若刻意為之，則須對空調(diào)系統(tǒng)進行改造，經(jīng)濟性和可行性都是問題。

另外，噴漆室的風速、風向若存在問題，風量便不均衡，就會存在亂流，容易將漆霧吹到旋杯上造成異常附著，污染旋杯。

表2 內(nèi)加電旋杯和外加電旋杯的比較Table 2 Comparison between internally and externally charged rotary bells

2. 3 旋杯成型空氣

機器人自動噴涂中，旋杯成型空氣主要起到增強涂料霧化的效果，更好地調(diào)整霧幅(扇面)狀態(tài)，以及在一定范圍內(nèi)防止漆霧亂飄的作用。若成型空氣過大，由于壓縮空氣流較大，因此增加了被噴到被涂物表面時的漆霧反彈，一部分反彈的漆霧必然會附著在旋杯及靜電發(fā)生器上，從而造成污染。

2. 4 機器人仿形

機器人在運行軌跡中有卡頓停滯現(xiàn)象或施工中旋杯與車身未時刻保持垂直，也會造成漆霧的異常附著及飄散。這主要是因為：卡頓停滯會使漆滴相對干得快，然后粘附于旋杯表面，這是造成旋杯污染的誘因；而旋杯的噴涂角度若與車身不垂直，傾斜的姿態(tài)會使飄散中的漆霧異常附著在靜電發(fā)生器上的概率增大。一般情況下，機器人在卡頓停滯的情況下，控制系統(tǒng)都會發(fā)出報警，但在實際生產(chǎn)中，機器人的運行本身正常，從積漆到滴漆的過程中并未出現(xiàn)異常報警，因此可以排除這一點。

2. 5 維護保養(yǎng)情況

根據(jù)機器人維護要求，在清洗霧化器外表面、成型空氣罩外表面和杯頭外表面時，需用不脫毛的無紡布配合小毛刷蘸取與油漆配套的水性溶劑進行清洗。但水性溶劑揮發(fā)慢，相當于間接地使擦拭部位的相對濕度增大，在施工中更容易誘發(fā)漆霧的污染。

通過與機器人以及涂料的供貨商合作，在現(xiàn)場測試機器人的性能，在不同環(huán)境下進行噴涂試驗，調(diào)整機器人仿形，以及細化日常維護，最終確定滴漆的產(chǎn)生是采用外加電旋杯的必然結(jié)果，而噴漆室環(huán)境風紊亂以及日常維護存在誤區(qū)加劇了其發(fā)生。

3 解決措施

3. 1 對外置靜電發(fā)生器進行優(yōu)化

將目前用的雙針靜電發(fā)生器逐漸更換為單針靜電發(fā)生器，仍在使用的雙針靜電發(fā)生器用電工膠帶對側(cè)針進行絕緣屏蔽(見圖 2)，并定期更換電工膠帶，從而減少漆霧的異常吸附。同時定期用高壓探測器檢測機器人的電壓，并適當調(diào)整，令其保持在標定值的±3 kV以內(nèi)，從而保證靜電效果(上漆率)。

3. 2 調(diào)整噴漆室的風速

噴漆室原來設(shè)定的垂直風速為0.26 m/s，水平風速為0.12 m/s，漆霧下降速度較慢。鑒于車身較大，將垂直風速調(diào)整為0.40 m/s，水平風速降至0.10 m/s以下，使噴漆室環(huán)境得到了改善，漆霧可以快速沉降。

圖2 屏蔽側(cè)針后的靜電發(fā)生器的照片F(xiàn)igure 2 Photo of an electrostatic generator after shielding its side needles

3. 3 對成型空氣進行調(diào)整

為減少漆霧在被涂物表面的反彈，令機器人的成型空氣減少10 ～ 20 NL(標準升)。需要注意的是：在調(diào)整時一般以10個NL為一個節(jié)點，最大不超過10%；同時要根據(jù)調(diào)整后的噴涂效果，對出漆量進行相應(yīng)的調(diào)整。

3. 4 對機器人仿形進行微調(diào)

在機器人廠家專業(yè)人員的幫助下，對幾處旋杯與車身平面之間的角度有明顯偏差的地方進行了調(diào)整，使旋杯的噴涂角度盡可能地與車身表面保持垂直。

3. 5 破除機器人日常維護中的誤區(qū)，規(guī)范維護要求

將清洗用的水性溶劑更換為揮發(fā)快的油性溶劑，并在擦拭后用壓縮空氣加速其揮發(fā)。

4 結(jié)語

在現(xiàn)場實施以上措施后已生產(chǎn)了400多臺車，未發(fā)生一起水性中涂或面漆的滴漆故障，并且在工藝規(guī)定的溫度(21 ～ 25 °C)和相對濕度(65% ～ 70%)的范圍內(nèi)都可正常生產(chǎn)，旋杯的維護也做到了每班(8 h)一次，很好地解決了困擾現(xiàn)場生產(chǎn)已久的頻繁滴漆問題。