噴涂機(jī)器人在汽車車身涂裝的應(yīng)用與質(zhì)量控制研究

陳信亮

摘 要：本文從車身涂裝SE分析角度出發(fā)，探討了車身結(jié)構(gòu)與機(jī)器人噴漆、車身外觀效果之間的關(guān)系，分別從車身結(jié)構(gòu)、工裝精度、噴漆調(diào)試等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析以達(dá)到其要求和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：SE分析；機(jī)器人噴涂；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；工裝精度；應(yīng)用

引言

現(xiàn)在各大汽車整車廠的涂裝車間普遍采用機(jī)器人進(jìn)行車身外部噴涂，相對于人工噴涂和往復(fù)機(jī)式噴涂，機(jī)器人噴涂具有噴涂范圍大、靈活性好、質(zhì)量好、速度快、效率高、節(jié)省材料等特點(diǎn)。本文從中面涂噴涂性SE分析角度出發(fā)，結(jié)合機(jī)器人內(nèi)板噴涂調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，介紹車身結(jié)構(gòu)對內(nèi)板噴涂機(jī)器人噴漆質(zhì)量的影響，探討常見的車身結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的漆膜缺陷，并從車身結(jié)構(gòu)、工裝精度等幾方面提出改進(jìn)建議。

1 工藝及設(shè)備信息

某工廠中面涂線體采用3C2B工藝，中涂、色漆、清漆內(nèi)板均采用走停式噴涂，外板采用連續(xù)性噴涂，其中中涂、色漆內(nèi)板噴涂應(yīng)用水性涂料，從安全性考慮，采用Ecobell3 HX雙成型空氣霧化器，空氣噴涂，過程中不加高壓電。清漆內(nèi)板涂料為溶劑型涂料，采用內(nèi)加高壓電噴涂。

2 車身結(jié)構(gòu)對漆面質(zhì)量的影響

2.1 B柱凸起對中涂流漆、虛噴，色漆淤漆的影響

B柱位置是打開車門后人眼容易看到的位置，屬于內(nèi)板要求最嚴(yán)格的部位，某車型B柱兩側(cè)的凸起結(jié)構(gòu)Y向高度達(dá)到22 mm。導(dǎo)致中涂流漆、虛噴，色漆鋁粉上浮、產(chǎn)生色差的問題，主要是金屬漆，尤其是閃爍效果明顯的顏色 （如棕色、灰色等）達(dá)不到外觀要求。從噴涂軌跡分析，此部位的噴涂軌跡為B柱3道軌跡，前門洞2道軌跡，各軌跡反復(fù)重疊。B柱凸起結(jié)構(gòu)上漆量明顯高于其他平面，調(diào)試過程中只能工藝彌補(bǔ)，主要對策為調(diào)整各槍噴涂間距及開關(guān)槍位置，多次調(diào)整噴涂參數(shù)。類似問題同樣存在于A柱、機(jī)蓋內(nèi)板凸起等位置，浪費(fèi)了涂料用量，延長了調(diào)試周期。因此，應(yīng)在SE階段分析此類結(jié)構(gòu)的噴涂性，建議采用平面結(jié)構(gòu)或凸起結(jié)構(gòu)Y向高度≤15 mm，凸起R角≥150°。

2.2 機(jī)蓋內(nèi)板型面角度導(dǎo)致的露底問題

發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板一般只噴涂色漆來達(dá)到遮蓋底色的噴涂效果，普通色漆的工程遮蓋力一般為10～20μm，隨著涂料的快速發(fā)展，帶有特殊閃爍效果及彩度的涂料被廣泛應(yīng)用，采用雙涂層或多涂層實(shí)現(xiàn)顏色效果，單色底漆的厚度一般為6～10μm，閃光漆一般為10～14μm，施工工藝、顏色控制更加困難，技術(shù)要求也越來越高，對內(nèi)板不要求閃光效果，只要求目視顏色一致，因此只噴涂單色底漆，對型面復(fù)雜的內(nèi)板更需要技巧和反復(fù)的調(diào)試優(yōu)化。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師一般會(huì)加大內(nèi)板與外板的間隙來提升發(fā)動(dòng)機(jī)罩的整體厚重感，這就導(dǎo)致內(nèi)板前沿位置出現(xiàn)較大的型面變化，噴涂面產(chǎn)生夾角約120°。此位置包邊在涂裝涂膠時(shí)密封，涂膠后，膠厚與發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板存在高低差，且焊縫距離夾角只有5.7 mm，去除膠寬膠邊緣距離鈑金型面夾角不足1 mm的距離。

機(jī)器人旋杯垂直于機(jī)蓋內(nèi)板噴涂，鈑金夾角、膠邊與噴幅形成角度。僅靠霧漆不能滿足噴涂要求，反復(fù)調(diào)整噴涂角度及參數(shù)后未徹底解決。通過對比分析多款車型數(shù)據(jù)及噴涂效果，建議在造型設(shè)計(jì)、車身設(shè)計(jì)時(shí)參考工藝需求，膠邊到R角的距離在6～8 mm之間，增大膠邊與內(nèi)板的角度和距離，內(nèi)板前沿型面角度≥150°，降低內(nèi)板前沿相對凸出高度。

2.3 A柱凸起結(jié)構(gòu)、車門內(nèi)板結(jié)構(gòu)及車門開度對內(nèi)板漆面的影響

在噴漆調(diào)試及量產(chǎn)后出現(xiàn)A柱、車門內(nèi)板露底問題，尤其是深色漆，開車門后目視明顯露底，外漏底漆顏色，且經(jīng)過多次仿形、參數(shù)調(diào)試均未解決問題，只能通過人工進(jìn)行補(bǔ)漆。多個(gè)車型量產(chǎn)后，均出現(xiàn)此問題，隨即對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

機(jī)器人內(nèi)板噴漆時(shí)車門需保持開啟狀態(tài)，噴涂工藝設(shè)計(jì)過程中需結(jié)合車門開度及內(nèi)板結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)仿形路徑及角度。某車型最大開啟角度為65°，A柱凸起結(jié)構(gòu)Y向高度為18 mm，此處凸起結(jié)構(gòu)背部延長線可視為漆霧的運(yùn)動(dòng)方向，而延長線嵌進(jìn)車門內(nèi)板，可判定車門內(nèi)板遮擋機(jī)器人噴涂，即使機(jī)器人避讓車門內(nèi)板后，噴幅也會(huì)被車門內(nèi)板遮擋，導(dǎo)致凸起結(jié)構(gòu)后部不能噴涂，漆霧無法達(dá)到鉸鏈位置，造成虛噴問題。

2.4 側(cè)圍臺(tái)階面R角對流漆、色差的影響

內(nèi)板機(jī)器人主要噴涂側(cè)圍門洞、車門內(nèi)板、機(jī)蓋后背門內(nèi)板等位置，其中側(cè)圍門洞及車門內(nèi)板為主要外露面，從外觀分區(qū)角度被定義為一級面，對外觀的要求也最為嚴(yán)格，要求不僅沒有虛噴、流漆的問題，而且在顏色上也不能出現(xiàn)目視色差明顯的問題。為配合車門的裝配密封性，此位置型面急劇變化，每個(gè)型面寬度只有50 mm左右，且R角只有5 mm，受噴幅重疊不均及成型空氣壓力等原因影響造成嚴(yán)重的流漆 （臺(tái)階面凹陷位置）、虛噴 （臺(tái)階面凸起位置）共存的問題，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整軌跡及噴幅大小，能達(dá)到無流漆、無虛噴效果，但色差方面不能滿足要求，尤其是遮蓋力低的橙色、金色等。結(jié)合工藝驗(yàn)證階段總結(jié)的噴幅標(biāo)定結(jié)果和調(diào)試過程數(shù)據(jù)，對產(chǎn)品提出結(jié)構(gòu)建議，要求在滿足車門與側(cè)圍裝配的前提下，調(diào)整此類結(jié)構(gòu)的R角≥25 mm，經(jīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)后，微調(diào)噴涂角度和參數(shù)，問題消失。

3 工裝治具對漆面質(zhì)量的影響

3.1 噴涂治具導(dǎo)致的塑料件加油口蓋在線噴涂質(zhì)量問題

筆者所在工廠塑料加油口蓋隨車身在線噴涂，噴涂治具安裝在后背門內(nèi)外板搭接止口位置，與后背門外板一同噴涂，調(diào)試過程中出現(xiàn)加油口蓋邊沿虛噴、痱子、肥邊問題，發(fā)生率約70%，問題部位主要集中在口蓋邊沿且無規(guī)律，反復(fù)調(diào)試仿形及參數(shù)后，問題未得到有效解決。經(jīng)測量油箱口蓋安裝后的相對車身位置數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)油箱口蓋上沿在X向存在30 mm左右的偏差，下沿在X向存在-30 mm左右的偏差，導(dǎo)致噴涂時(shí)旋杯與加油口蓋的噴涂距離發(fā)生變動(dòng)，出現(xiàn)漆面問題。經(jīng)批量檢測，發(fā)現(xiàn)治具尺寸偏差大，此問題需在SE分析及治具設(shè)計(jì)階段結(jié)合車身數(shù)模，對治具設(shè)計(jì)原則和尺寸精度進(jìn)行分析并提出要求，保證油箱門與安裝平面平行，噴涂過程中油箱門相對車身位置固定不變。

3.2 機(jī)蓋噴漆輔具導(dǎo)致的機(jī)蓋、翼子板邊沿“清漆棱”問題

調(diào)試初期只關(guān)注噴涂治具的功能實(shí)現(xiàn)，即機(jī)器人通過治具前部的圓環(huán)抬起機(jī)蓋進(jìn)行噴漆，未考慮對其他部位的影響。在安裝機(jī)蓋噴漆治具后，機(jī)蓋與翼子板不在同一平面，且高低差達(dá)到30 mm，以機(jī)蓋低于翼子板為例，當(dāng)機(jī)蓋低于翼子板時(shí)，因外板為帶電噴涂，受邊緣效應(yīng)影響，漆霧大部分被吸附在翼子板邊沿，小部分漆霧被吸附到機(jī)蓋邊沿，導(dǎo)致機(jī)蓋邊沿虛噴，出現(xiàn)目視明顯的“清漆棱”問題，反之則翼子板邊沿虛噴。經(jīng)多次調(diào)試仿形和參數(shù)后問題得到解決，但浪費(fèi)了大量人力、涂料、能耗等成本。經(jīng)記錄、分析調(diào)試過程中的數(shù)據(jù)，當(dāng)此距離控制在5～15 mm時(shí)，可規(guī)避此問題出現(xiàn)。因此，在數(shù)模分析、工裝設(shè)計(jì)階段分析以上工裝尺寸對噴漆的影響，建議在安裝治具后，高低差控制為5～15 mm。

4 結(jié)束語

綜上所述，車身漆膜雖然只在涂裝工序形成，但其噴涂質(zhì)量受車身結(jié)構(gòu)、工藝形式、設(shè)備特征等相關(guān)方面的影響，對于正向開發(fā)的汽車，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者、工藝設(shè)計(jì)者過多關(guān)注了整車性能、白車身精度等方面，而忽略了漆膜的質(zhì)量設(shè)計(jì)。這就需要涂裝SE分析師在正向車身設(shè)計(jì)過程中，能夠從漆膜外觀和性能出發(fā)，緊密結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)線實(shí)際情況，提出科學(xué)的建議，避免后期結(jié)構(gòu)更改和調(diào)試過程的涂料成本、人工工時(shí)和調(diào)試周期的浪費(fèi)。

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（作者單位：東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車有限公司）