噴涂機(jī)器人在客車生產(chǎn)中的應(yīng)用

黃 熠，劉學(xué)淵，李 鑫

(金龍聯(lián)合汽車工業(yè)(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州 215026)

近年來(lái)，隨著客戶和國(guó)家對(duì)客車防腐性能、涂層質(zhì)量要求的提高，整車陰極電泳、噴涂機(jī)器人、低VOC涂料(高固、水性)等涂裝新工藝、新設(shè)備、新材料逐步在客車企業(yè)得到推廣應(yīng)用[1-3]。本文對(duì)客車用雙組份水性涂料實(shí)施機(jī)器人噴涂的工藝實(shí)踐進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的總結(jié)[4]。

1 噴涂機(jī)器人特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)客車行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

機(jī)器人噴涂的涂層質(zhì)量穩(wěn)定，大大減少人為因素的影響，降低了對(duì)噴漆工的技能要求，涂裝質(zhì)量可大幅提升，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[5-6]：

1) 采用高壓靜電(20 000～90 000 V，可調(diào))噴涂。其吸附原理可使涂料利用率由手工壓縮空氣噴槍的30%～40%提高到60%～75%，能大幅節(jié)約涂料成本。

2) 采用高速旋杯(20 000～80 000 r/min，可調(diào))噴涂。涂料的霧化效果更好，更易得到光滑如鏡的涂層外觀。

3) 漆膜厚度和外觀還可通過(guò)調(diào)整涂料粘度、噴涂流量、噴速、扇面搭接、噴幅大小等參數(shù)進(jìn)行控制，可穩(wěn)定達(dá)到涂層標(biāo)準(zhǔn)。

4) 生產(chǎn)效率更高。12 m長(zhǎng)度客車可在20 min內(nèi)完成噴涂，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于手工噴涂的40～60 min。提高工效的同時(shí)還可降低噴漆室的能耗費(fèi)用。

5) 所要求的噴漆室環(huán)境風(fēng)速更低(0.3 m/s，手工噴涂至少0.4 m/s)，可進(jìn)一步降低噴漆室的能耗費(fèi)用。

客車所用涂料大都屬于低溫固化雙組份涂料(電泳底漆和金屬漆除外)，可以自干也可以低溫(80 ℃及以下)烘干。目前國(guó)內(nèi)已有數(shù)家客車企業(yè)采用了機(jī)器人噴涂這種涂料，有關(guān)情況如下：A公司，采用20套杜爾機(jī)器人噴涂溶劑型雙組份中涂、面漆和清漆；B公司，采用2套ABB機(jī)器人噴涂溶劑型雙組份中涂、面漆和清漆；C公司，采用1套發(fā)那科機(jī)器人噴涂溶劑型雙組份中涂；D公司，采用1套安川機(jī)器人噴涂溶劑型雙組份中涂；E公司，采用2套發(fā)那科機(jī)器人各噴涂溶劑型雙組份底漆和中涂、面漆和清漆。

與乘用車相比，由于客車生產(chǎn)的車型多、體積大、各車型左右側(cè)圍定位精準(zhǔn)性差，所以客車使用噴涂機(jī)器人噴涂一般有以下特點(diǎn)：噴涂施工環(huán)境大都不具備恒溫恒濕條件，所用的涂料體系有別于單組份OEM涂料，而是低溫烘干的雙組份涂料，需要添加固化劑，每條生產(chǎn)線上的面漆顏色多，需要多方面調(diào)整施工工藝參數(shù)。

2 機(jī)器人噴涂客車應(yīng)用難點(diǎn)

機(jī)器人噴涂在客車上的應(yīng)用難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 客車用涂料的選用。乘用車用的是單組份OEM涂料，主劑只需要加稀釋劑調(diào)整施工粘度，靠烘干高溫交聯(lián)固化(不可自干，烘干溫度120 ℃～140 ℃)。而客車因體積、質(zhì)量大而吸熱多且蒙皮高溫易變形，不能高溫烘干，故只能選用可自干或60 ℃～80 ℃低溫烘干的雙組份涂料(如雙組份環(huán)氧底漆、雙組份丙烯酸聚氨酯中涂、面漆和清漆等)。對(duì)于雙組份涂料除了涂料主劑需要加稀釋劑調(diào)整施工粘度外，還需另外添加一定比例的固化劑。中涂、面漆和清漆所用固化劑是異氰酸酯，特點(diǎn)是遇水汽會(huì)固化，并且涂料主劑與固化劑混合后可用時(shí)間短，只有2～3 h，超過(guò)可用時(shí)間后也會(huì)固化。隨著國(guó)家環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，雙組份水性涂料和雙組份高固體份涂料也逐步在客車上應(yīng)用。

2) 噴涂機(jī)器人清洗。鑒于客車用雙組份涂料混合后都會(huì)發(fā)生固化反應(yīng)，因此客車用噴涂機(jī)器人使用后需要用清洗溶劑對(duì)輸調(diào)漆管路、機(jī)器人旋杯和霧化器里的涂料及固化劑進(jìn)行清洗。根據(jù)相似相溶原理，噴涂水性涂料的機(jī)器人要用水性清洗溶劑清洗，噴涂溶劑型涂料的機(jī)器人要用溶劑型清洗溶劑清洗。由于水性清洗溶劑主要成分是水，而噴涂機(jī)器人水性涂料輸調(diào)漆系統(tǒng)特別是固化劑那部分系統(tǒng)，因固化劑主要成分異氰酸酯極易與水性清洗溶劑里的水反應(yīng)導(dǎo)致輸送管路固化堵住，是清洗中的難點(diǎn)；而溶劑型清洗溶劑不含水，與固化劑一般不會(huì)發(fā)生反應(yīng)。為了有良好的清洗效果，需提前對(duì)所用清洗溶劑與所用固化劑進(jìn)行混溶測(cè)試，以二者能相溶且不發(fā)生固化結(jié)塊為準(zhǔn)。

3) 車身定位。噴涂機(jī)器人對(duì)工件進(jìn)入噴漆室的前后左右位置要求是偏差≤10 mm。由于客車車型多且大，而且是手動(dòng)控制輸送鏈，不像乘用車采用全自動(dòng)化輸送系統(tǒng)，所以客車車身進(jìn)入噴漆室的位置滿足噴涂機(jī)器人要求的難度比較大，并且車身長(zhǎng)短、寬窄不一，應(yīng)采取光電+機(jī)械限位等措施來(lái)精準(zhǔn)定位，避免造成涂層外觀質(zhì)量缺陷，以及降低旋杯與車體相撞的風(fēng)險(xiǎn)。

4) 涂層施工工藝參數(shù)。影響客車涂層的施工工藝參數(shù)較多，如施工電壓、旋杯轉(zhuǎn)速、涂料施工固體份含量、施工粘度、噴涂流量、噴涂壓力及成形壓力、噴槍移動(dòng)速度、扇面搭接大小、噴幅大小、加入稀釋劑后的涂料主劑與固化劑的精確配比等，需要做大量的試噴樣板實(shí)驗(yàn)，以找出合適的施工工藝參數(shù)組合。由于客車噴漆室大都不是恒溫恒濕，因此要根據(jù)環(huán)境溫濕度變化調(diào)整相關(guān)工藝參數(shù)。

5) 噴涂程序復(fù)雜。采用高壓靜電噴涂，溶劑型涂料和水性涂料加電方式不同。為確保安全，對(duì)涂料的電阻值有一定的要求(0.5～2 MΩ)。水性涂料由于導(dǎo)電性好不能像溶劑型涂料直接加電(即內(nèi)加電)，而只能在涂料從旋杯離開后方可加電，否則會(huì)高壓報(bào)警，因此噴涂水性涂料的機(jī)器人旋杯外像“八爪魚”一樣裝有外加電極(即外加電)，并且兩旋杯之間的安全距離需要更大。因此同一車型的噴涂程序在使用不同涂料時(shí)不能直接簡(jiǎn)單拷貝互用，需要重新進(jìn)行軌跡對(duì)點(diǎn)優(yōu)化。另外，由于客車車型多，編寫噴涂程序、軌跡對(duì)點(diǎn)優(yōu)化程序的工作量也非常大。

3 機(jī)器人噴涂客車應(yīng)用實(shí)踐

3.1 機(jī)器人噴涂涂料的選取

客車大都選擇機(jī)器人噴涂顏色單一、噴涂量大的中涂和清漆[7-10]。本文方案為1套機(jī)器人(外加電旋杯)噴涂水性雙組份丙烯酸聚氨酯中涂和1套機(jī)器人(內(nèi)加電旋杯)噴涂溶劑型雙組份丙烯酸聚氨酯清漆。其中噴涂清漆機(jī)器人還用于噴涂三種溶劑型雙組份丙烯酸聚氨酯實(shí)色面漆(目前是SZ-白006、白002和黃001，后續(xù)可根據(jù)訂單更換)以提高噴涂清漆機(jī)器人的利用率。由于噴涂機(jī)器人采用高壓靜電噴涂，故對(duì)所噴涂涂料的電阻有要求，而水性涂料的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于溶劑型涂料，因此這兩種涂料目前所用旋杯不一樣，不可互換使用。

3.2 噴涂機(jī)器人用清洗溶劑測(cè)試及選擇

衡量噴涂機(jī)器人用清洗溶劑優(yōu)劣主要有兩個(gè)指標(biāo)：清洗能力以及混溶性能。通過(guò)洗去樣板表面相同涂層,如果所用清洗劑的滴數(shù)越少、測(cè)試樣板涂膜擴(kuò)散的寬度越寬，表明清洗能力越強(qiáng)，反之清洗能力越弱；判定混溶性能主要是以清洗溶劑與涂料中的固化劑能混溶且不出現(xiàn)結(jié)塊為好。

1) 清洗能力對(duì)比測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，A公司的溶劑型清洗溶劑(主要成分是醋酸丁酯、正丁醇和助劑)和水性清洗溶劑(主要成分是水、乙二醇丁醚、正丁醇和助劑)的清洗能力，明顯優(yōu)于目前在用的可清洗干凈目前所用涂料的B公司清洗溶劑(主要成分是甲苯、二甲苯、丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯和助劑)。

2) 混溶性能測(cè)試。雙組份涂料的固化劑主要成分是異氰酸酯，具有遇濕固化的特點(diǎn)。為測(cè)試清洗溶劑與固化劑混溶情況，用三支帶磨砂瓶蓋的試管都裝上所用水性涂料固化劑，然后分別加入不同比例的清洗溶劑?；烊軙r(shí)僅觀察到水性清洗溶劑加入后渾濁、1 h后分層、24 h固化的現(xiàn)象，見圖1中左側(cè)兩支試管，而圖1中右側(cè)試管加入溶劑型清洗溶劑的水性漆固化劑無(wú)異常。同樣，對(duì)于溶劑型涂料固化劑，加入溶劑型清洗溶劑無(wú)異常，且所有添加清洗溶劑時(shí)未固化的試管(包括圖1中右側(cè)的一支試管)跟蹤70天后仍無(wú)異常。

圖1 水性涂料固化劑+不同清洗溶劑

3) 清洗溶劑選擇。根據(jù)上述對(duì)比測(cè)試，為確保在輸漆管路不堵管的前提下清洗干凈，選定：①采用A公司溶劑型清洗溶劑對(duì)溶劑性清漆及面漆機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行清洗；②對(duì)于水性中涂機(jī)器人系統(tǒng)清洗：先用A公司的溶劑型和水性清洗溶劑分別清洗涂料用的固化劑管路和水性中涂管路，然后再用A公司溶劑型清洗溶劑充滿混合閥后端的管路(直至下次用時(shí)再放掉)。

噴涂機(jī)器人投入使用實(shí)際運(yùn)行8個(gè)多月未出現(xiàn)輸調(diào)漆管路堵管現(xiàn)象。

3.3 機(jī)器人噴漆室車身定位

1) 長(zhǎng)度方向定位?？蛙嚿a(chǎn)過(guò)程中車身運(yùn)輸我司采用“工藝小車+垂直地面鏈”的輸送方式。由于車型多樣，無(wú)法通過(guò)機(jī)械限位來(lái)定位。經(jīng)研討采用2道光柵(第一道減速、第二道停止，與垂直地面鏈連鎖)+紅外線測(cè)距校正方法來(lái)實(shí)現(xiàn)車身進(jìn)入機(jī)器人噴漆室在長(zhǎng)度方向的精準(zhǔn)定位(±10 mm)。

2) 寬度方向定位。為了滿足噴涂機(jī)器人臂及旋杯的噴涂角度，要求車身裙邊最低離地高度500 mm。因此，我司對(duì)于車身裙邊較高的公路客車和車身裙邊較低的城市客車，分別采用車身底骨架加裝定位方管、車身底骨架加裝定位支座的方式進(jìn)行寬度定位。

3.4 縮孔測(cè)試

涂層縮孔影響涂層外觀效果，引發(fā)的原因可能有涂料本身、壓縮空氣的潔凈度、樣件的潔凈度、輸調(diào)漆系統(tǒng)和機(jī)器人管路的清洗程度?？s孔測(cè)試是決定輸調(diào)漆系統(tǒng)能否投入涂料前的一個(gè)重要步驟。

首先把倉(cāng)庫(kù)中的涂料用機(jī)器人的壓縮空氣手工噴涂樣板，如有縮孔則應(yīng)采取措施直至噴涂樣板涂層表面無(wú)縮孔。再用輸調(diào)漆系統(tǒng)清洗溶劑與涂料混合后用機(jī)器人的壓縮空氣手工噴涂樣板直至無(wú)縮孔。經(jīng)機(jī)器人廠家、輸調(diào)漆廠家、涂料廠家的相關(guān)人員共同查驗(yàn)縮孔測(cè)試噴涂樣板，一致認(rèn)為沒(méi)有問(wèn)題后輸調(diào)漆系統(tǒng)方可投漆進(jìn)行調(diào)試。然后把輸調(diào)漆罐里的涂料用機(jī)器人的壓縮空氣手工噴涂樣板直至無(wú)縮孔；再用機(jī)器人試噴樣板直至無(wú)縮孔，方可通過(guò)采用機(jī)器人噴涂的縮孔測(cè)試程序。

3.5 噴涂施工工藝參數(shù)及試噴質(zhì)量

需通過(guò)機(jī)器人噴涂大量樣板，測(cè)量噴幅和涂層厚度來(lái)確定噴涂工藝參數(shù)。本文機(jī)器人噴涂施工工藝參數(shù)如下：旋杯距離車身表面250 mm、噴涂軌跡折距90 mm、噴涂軌跡移動(dòng)速度500 mm/s、旋杯轉(zhuǎn)速 30 000 r/min、施工電壓60 kV、內(nèi)成型空氣流量100 slpm；加入稀釋劑的涂料主劑與配套固化劑的體積配比根據(jù)稀釋率進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整設(shè)置；溶劑型涂料、水性涂料外成型空氣流量分別為400 slpm、500 slpm，它們的出漆量根據(jù)涂料類別和要求的漆膜厚度及涂料粘度在300～400 ml/min范圍調(diào)整設(shè)定。

在工藝參數(shù)確定后，噴涂各種涂料的測(cè)試樣板，觀察涂層外觀有無(wú)流掛、漏噴、露底等缺陷，測(cè)量涂層厚度及均勻性，測(cè)量面漆及清漆的光澤、長(zhǎng)短波及DOI，測(cè)量涂層的附著力。這些參數(shù)需全部滿足公司客車涂層質(zhì)量企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.6 噴涂程序編制、軌跡對(duì)點(diǎn)及試噴優(yōu)化

客車車型種類較多，涉及到幾百個(gè)車型的編程與仿型，必須考慮到同款車型車身高度不同、乘客門和安全門位置不同、軸距不同等各種因素，盡可能整合并減少程序的編制數(shù)量。機(jī)器人的離線編程需要車型數(shù)模，因客車的開發(fā)周期短的特點(diǎn)，各車型的數(shù)模并不齊全，所以多數(shù)車型編程只能借助已有的、尺寸相近的車型數(shù)模進(jìn)行程序編制，而且在電腦離線編程后，只能使用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車示教對(duì)點(diǎn)方法，反復(fù)在仿真軟件中修改完善程序。

3.7 噴涂機(jī)器人實(shí)施效果

經(jīng)過(guò)半年多的應(yīng)用，已完成噴涂機(jī)器人噴涂溶劑型面漆/清漆16個(gè)車型,噴涂機(jī)器人噴涂水性中涂27個(gè)車型。

1) 涂層外觀方面：①涂面漆和清漆觀測(cè)量數(shù)據(jù)，無(wú)論光澤度、長(zhǎng)短波和鮮映性都有明顯提高，甚至部分車輛面漆的長(zhǎng)短波和鮮映性數(shù)值達(dá)到或者優(yōu)于乘用車；②中涂漆膜無(wú)論是手摸平滑度還是涂層厚度均勻性、達(dá)標(biāo)性(平均膜厚40～60 μm)，都明顯優(yōu)于手工噴涂(平均膜厚25～40 μm)。

2) 涂料成本方面:機(jī)器人噴涂的87輛批量12 m公路客車比手工噴涂節(jié)約中涂約20%～25%、白色面漆約25%～30%和二次罩光清漆約35%～40%，1 600輛批量9.5 m公路客車比手工噴涂節(jié)約中涂約25%、黃色面漆約40%，這2批車總共節(jié)約涂料成本約96.5萬(wàn)元。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文實(shí)現(xiàn)了客車用溶劑型面漆/罩光清漆和水性中涂漆機(jī)器人噴涂的目標(biāo)，特別是針對(duì)機(jī)器人噴涂雙組份水性涂料的難點(diǎn)進(jìn)行清洗溶劑和清洗方案的多輪測(cè)試，解決了水性清洗溶劑與水性涂料固化劑混合后固化堵塞輸調(diào)漆管路問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人噴涂低溫烘干雙組份水性涂料的工藝，可為同行提供參考。