噴涂軌跡對汽車涂層外觀的影響

劉文濟，黃龍武，王煜，管賢瑞，曾令賜，王鑫

一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司，廣東 佛山 528237

汽車的外觀品質(zhì)是整車廠涂裝車間的重要性能指標之一[1]，也是汽車整車品質(zhì)的重要一部分，不僅影響涂裝車間自身的一次合格率，也會影響終端消費者的目視感受和購車的第一印象[2-3]。影響汽車涂層外觀的因素眾多。在早前的研究中，研究者們重點研究了噴涂參數(shù)及材料物理參數(shù)對車身涂層外觀的影響，而筆者在現(xiàn)場應用中發(fā)現(xiàn)，涂裝機器人的噴涂軌跡也是汽車涂層外觀的重要影響因素之一[4-6]。為此，本文在一個 3C1B免中涂的噴涂現(xiàn)場，通過離線編程調(diào)整噴涂機器人的噴涂軌跡后進行實車驗證，探究了噴涂軌跡對車身涂層外觀的影響，以期為涂裝車間現(xiàn)場優(yōu)化汽車涂層外觀提供一些思路和幫助。

1 實驗

1.1 材料與儀器

水性單組分白色金屬漆(工業(yè)級)：A涂料公司；水性雙組分白色實色漆(工業(yè)級)：B涂料公司；溶劑型雙組分清漆及其固化劑(工業(yè)級)、CG-800RE水性陰極電泳漆(工業(yè)級)：C涂料公司；ECO-Bell 2代噴涂機器人：D涂裝系統(tǒng)工程有限公司。

1.2 實驗過程

3C1B無中涂工藝的流程是：電泳車身→打磨→劍刷機器人→色漆靜電外表B1噴涂→色漆內(nèi)表空氣噴涂→色漆靜電外表B2噴涂→色漆空氣外表B2噴涂→層間閃干→膜厚檢查機器人→清漆內(nèi)表空氣噴涂→清漆靜電外表噴涂→清漆烘干→修飾線報交。

在面漆噴涂工藝中，通過調(diào)整面漆現(xiàn)場機器人的噴涂程序，使得機器人噴涂軌跡發(fā)生改變，再通過測量改變前后噴涂位置的實車外板的涂層厚度和外觀數(shù)據(jù)，對比、評價噴涂軌跡改變對車身涂層外觀的影響。

1.3 測試與表征

橘皮測量采用德國 BYK公司的 4840橘皮儀，測量方向與軌跡方向平行，測量點取噴涂軌跡的中心，每個位置測3次，求平均值。膜厚測量采用德國Hulmut Fischer公司的DUALSCOPE?MP0膜厚儀，測量點位于噴涂軌跡的中心，取3次測量的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 前蓋增加噴涂軌跡的影響

為了方便和客觀地對比調(diào)整噴涂軌跡前后的膜厚和外觀測量結(jié)果，軌跡調(diào)整前后的噴涂參數(shù)都保持一致，具體設置見表1。針對前蓋邊緣等位置，由于靜電噴涂的邊緣電場效應及清漆的流平作用[7]，為避免產(chǎn)生邊緣流滴和肥邊，對前蓋邊緣軌跡的噴涂參數(shù)進行了相應的調(diào)整和優(yōu)化。

表1 白色金屬漆的前蓋噴涂參數(shù)設置Table 1 Parameters for spraying white metallic paint on hood

如圖1所示，針對前蓋外板、車門外板這些大平面區(qū)域，嘗試通過增加噴涂軌跡的道數(shù)來提高重疊率，以改善清漆上漆效果，從而增大清漆的膜厚，最終達到提升清漆流平效果的目的[8]。然而這么做需要考慮到噴涂總節(jié)拍，即噴涂節(jié)拍加上機器人機械化節(jié)拍不能超過規(guī)劃設計的節(jié)拍，否則即使軌跡改變可以實現(xiàn)外觀提升，也無法應用到實際生產(chǎn)中。

圖1 調(diào)整前(a)和調(diào)整后(b)的前蓋大面噴涂軌跡示意圖Figure 1 Illustration of previous (a) and modified (b) spraying trajectories for hood

由表2可知，前蓋外板縱向噴涂道數(shù)由10道提升至14道以后，前蓋大面的重疊率得到較大提高。得益于此，整體膜厚提升，長波降幅較大，短波也略有降低，而DOI(鮮映性)幾乎不變。結(jié)合表3中A涂料公司金屬白色漆的清漆膜厚梯度實驗結(jié)果可知，清漆厚度對該金屬白色漆的DOI影響較小。通過現(xiàn)場與質(zhì)保人員進行實車目視評價，噴涂軌跡調(diào)整后的前蓋外板整體涂層目視外觀確實得到提升。

表2 噴涂軌跡道數(shù)變化對涂層膜厚和外觀的影響Table 2 Effect of variation in the number of spraying tracks on thickness and appearance of coating

表3 清漆膜厚對A涂料公司金屬白色漆外觀的影響Table 3 Effect of the thickness of clear coat on appearance of white metallic coat of A company

通過由單臺車驗證到小批量驗證，再到大批量驗證，確認調(diào)整后的噴涂軌跡可以實現(xiàn)涂層外觀的提升，也沒有次生的噴涂缺陷產(chǎn)生，噴涂的節(jié)拍未超過涂裝規(guī)劃的設計節(jié)拍，可在涂裝車間批量生產(chǎn)。

2.2 前蓋增加預噴軌跡的影響

對于前蓋邊緣等位置，單單增加漆量容易產(chǎn)生流滴、漆泡等缺陷[7]。如圖2所示，通過在原有噴涂軌跡噴涂前對工件邊緣增加一次噴涂軌跡，或在原有噴涂軌跡噴涂后對工件邊緣增加一次噴涂軌跡，利用兩次噴涂中間間隔的閃干時間使清漆提前流平，令清漆中的溶劑提前揮發(fā)，則可在避免產(chǎn)生流滴等噴涂缺陷的同時，增大邊緣的清漆上漆量。

圖2 前蓋邊緣新增軌跡示意圖Figure 2 Illustration of additional spraying track for hood edge

新增的清漆預噴軌跡的噴涂參數(shù)設置見表4。注意：由于是額外增加的預噴軌跡，噴涂工藝還是“濕碰濕”的特點[9]，因此不宜將噴涂流量和噴涂電壓設置得過高，否則較易產(chǎn)生肥邊、邊緣流滴等次生缺陷。由表5可知，通過增加一次噴涂軌跡，前蓋邊緣噴涂的重疊率由55%提升至60%，整體的膜厚也得到較大提升，涂層外觀品質(zhì)也有改善，體現(xiàn)在長波和短波均有所降低，而DOI基本保持不變。經(jīng)過批量噴涂車身驗證和質(zhì)保人員目視評價，前蓋前端整體涂層外觀有了明顯改善，目視更加飽滿和平滑，也沒有產(chǎn)生次生缺陷，可以滿足涂裝車間批量生產(chǎn)的要求。

表4 前蓋邊緣額外清漆噴涂參數(shù)設置Table 4 Parameters for spraying the clear coat additionally on hood edge

表5 增加預噴軌跡對涂層膜厚和外觀的影響Table 5 Effect of pre-spraying on thickness and appearance of coating

2.3 側(cè)圍噴涂軌跡方向改變的影響

對于側(cè)圍外板上油箱口這種特殊的造型，在電場邊緣效應及清漆流平的作用下，邊緣容易產(chǎn)生噴涂缺陷[7]，故涉及油箱口位置軌跡的噴涂流量及電壓都適當降低，具體設置見表6。針對側(cè)圍外板上這些造型不規(guī)則的區(qū)域，現(xiàn)場嘗試通過改變噴涂軌跡方向的方式(如圖3所示)來提升清漆的上漆效果，令清漆的膜厚增大，改善清漆的流平。

圖3 調(diào)整前(a)和調(diào)整后(b)后側(cè)圍噴涂軌跡示意圖Figure 3 Illustration of spraying trajectory for rear fender before (a) and after (b) modification

表6 B公司白色實色漆的噴涂參數(shù)設置Table 6 Parameters for spraying white base paint of B company

由表7可見，側(cè)圍外板噴涂軌跡由橫向為主改成縱向為主以后，噴涂的重疊率提升了7個百分點，側(cè)圍外板的上漆效果得到較大提升。另外，B涂料公司實色白色漆的清漆膜厚梯度實驗結(jié)果(見表8)表明，隨著清漆膜厚上升，其短波和DOI有下降趨勢。通過單臺車驗證，以及2臺到5臺再到10臺及20臺車身無質(zhì)量問題后進行了批量切換軌跡驗證，經(jīng)質(zhì)保人員目視評價，側(cè)圍整體涂層外觀目視有了明顯改善，更加飽滿和平滑，也沒有產(chǎn)生次生噴涂缺陷，符合涂裝車間批量生產(chǎn)的要求。

表7 側(cè)圍軌跡改變對涂層膜厚和外觀的影響Table 7 Effect of the modification of spraying trajectory for rear fender on thickness and appearance of coating

表8 清漆膜厚對B涂料公司實色白色漆外觀的影響Table 8 Effect of thickness of clear coat on appearance of white base coat of B company

2.4 頂蓋噴涂軌跡移動速率的影響

在一些造型簡單的車身外板平面，例如頂蓋外板(圖4所示)，因為沒有過多的棱線造型和尖銳的邊角，流掛、肥邊等缺陷產(chǎn)生的概率較小，所以可以通過調(diào)整噴涂軌跡的移動速率來改善涂層的外觀。具體噴涂參數(shù)見表9。

圖4 頂蓋噴涂軌跡示意圖Figure 4 Illustration of spraying trajectory for roof

表9 頂蓋外板的噴涂參數(shù)設置Table 9 Parameters for spraying external surface of roof

由表10可見，隨著頂蓋的軌跡移動速率逐漸提高后，噴涂的重疊率由62%逐漸提升至70%，頂蓋外板的上漆效果得到較大提升，整體膜厚提升了40%，長波降低了將近60%，而短波的降幅也有34%，DOI則基本保持一致。由此可見，在一些造型簡單的平面，通過降低噴涂軌跡的移動速率，可以實現(xiàn)整體漆膜厚度的提升，達到改善外觀的目的。

表10 噴涂軌跡移動速率對膜厚和外觀的影響Table 10 Effect of track moving velocity on thickness and appearance of coating

3 結(jié)論

影響車身涂層外觀的因素很多，有板材波紋度、電泳粗糙度、涂料配方、噴涂參數(shù)、烘干條件等[8,10-11]。涂裝車間不僅需要根據(jù)品質(zhì)要求，還要結(jié)合實車的造型、噴涂的設備、噴涂的總節(jié)拍、涂料的單車消耗量、能源的成本[12]等方面綜合評估，再進行相應的優(yōu)化工作。

本文通過現(xiàn)場調(diào)整不同機器人的噴涂軌跡后發(fā)現(xiàn)，在不影響涂裝車間整體生產(chǎn)節(jié)拍的前提下，適當增加機器人噴涂軌跡道數(shù)，引入預噴軌跡，改變噴涂軌跡的方向，以及調(diào)整噴涂軌跡的移動速率，都可以在一定程度上實現(xiàn)增大噴涂重疊率、提升清漆膜厚和降低橘皮長短波的效果，最終實現(xiàn)車身涂層外觀的提升。