免中涂工艺中机器人喷涂质量的控制方法及对策

王海平 （长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000）

免中涂工艺中机器人喷涂质量的控制方法及对策

王海平 （长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000）

阐述了汽车涂装中机器人喷涂工艺参数对漆膜质量的影响。分析了免中涂工艺中机器人喷涂常见的漆膜缺陷，并提出了相应的解决措施。

免中涂工艺；机器人喷涂；漆膜质量；控制方法

0 引言

随着涂装线柔性化生产方式的引入，加上21世纪汽车涂装需兼顾经济性和环境友好性，在保证车身良好喷涂质量的前提下，通过优化和简化涂装工艺，来达到节能减排和降低运行成本的目的。在现代汽车制造过程中，高效率、低成本和高质量的要求，使机器人喷涂技术得到了广泛的应用。但要获得良好的喷涂质量，关键是如何控制机器人的喷涂工艺参数。探讨了机器人喷涂工艺参数对漆膜质量的影响，以及机器人喷涂过程中常见漆膜缺陷及解决措施。

1 汽车涂装免中涂工艺

传统3C2B（三涂二烘）涂装工艺流程：前处理→阴极电泳→电泳烘干→电泳打磨→焊缝密封胶→内表面中涂喷涂→外表面中涂喷涂→中涂烘干→中涂打磨→内表面色漆喷涂→外表面色漆喷涂→预烘干→内表面清漆喷涂→外表面清漆喷涂→面涂烘干→终检报交。

免中涂工艺（B1B2工艺）流程：前处理→阴极电泳→电泳烘干→电泳打磨→焊缝密封胶→密封胶烘干→外表面色漆Ⅰ喷涂（B1涂层）→内表面色漆喷涂→外表面色漆Ⅱ喷涂（B2涂层）→预烘干→内表面清漆喷涂→外表面清漆喷涂→面涂烘干→终检报交。

与传统的3C2B涂装工艺相比，免中涂工艺取消了中涂喷涂及打磨等工序，直接在电泳涂层上喷涂色漆（采用具有中涂功能的B1涂层和具有色漆功能的B2涂层分别代替原来的中涂漆和色漆），对机器人的喷涂质量要求很高。要保证免中涂工艺机器人喷涂的质量，关键是如何将喷涂工艺参数的调整和控制与涂料及工艺环境密切地联系起来。

2 机器人喷涂的工艺参数

机器人喷涂的工艺参数主要包括机器人的喷涂流量、旋杯转速、成型空气、静电高压、喷涂TCP（传输控制协议）速率等。

2.1 喷涂流量

机器人的喷涂流量是单位时间内齿轮泵输送给每个旋杯的涂料流量。机器人的喷涂流量大小是决定漆膜厚度的最直接因素，随着喷涂流量的增大，漆膜厚度增加。但喷涂流量过大时，会产生一些雾化不良的问题，如：漆点、流挂、气泡等漆膜缺陷，进而影响车身外观质量；反之，随喷涂流量的减少，漆膜会变薄。中涂漆喷涂流量一般控制在300～400 cc/min；免中涂工艺的底涂色漆流量一般控制在150～250 cc/min；金属闪光漆流量一般控制在100～180 cc/min；双组分清漆流量一般控制在350～450 cc/min。

2.2 旋杯转速

旋杯的转速直接决定了涂料的雾化效果［1］。旋杯转速越高，漆雾雾化越细，漆膜平滑度越好，外观质量就越好。反之，旋杯转速越低，漆雾雾化效果就越差，漆膜平整度就越差，外观质量越差。雾化过细会导致漆雾损失，使涂膜变薄；同时还会使雾化的涂料反弹，导致机器人手臂及雾化器表面沾污严重，这些都会影响车身的涂装质量和涂料的利用率。为了达到最佳的喷涂效率，应将旋杯转速设置在合适的范围内（正常雾化质量的最低值）。一般水性金属闪光涂料的旋杯转速控制在30～40 kr/min；双组分涂料的旋杯转速控制在40～45 kr/min。

2.3 成型空气

成型空气又称整形空气或扇幅空气［2］。成型空气从旋杯后侧成型空气罩分布的小孔中喷出，按结构形式分为双成型空气孔和单成型空气孔两种，主要作用是限制漆雾扇面的大小。成型空气压力越高，喷幅就越小，漆雾颗粒在车身上的反弹力就越大；反之，成型空气压力越低，喷幅就越大，漆雾粒子在车身上的反弹力就越小。在相同流量的条件下，成型空气的大小直接影响漆膜的重叠率。一般成型空气的压力控制在0.3～0.4 MPa。

2.4 静电高压

静电喷涂的原理［2］是以接地的车身为阳极，涂料雾化器或电栅为阴极，在负高压电的作用下，两极间形成一个高压静电场。喷涂的涂料粒子因负高压的作用而带上负电荷（内加电雾化器直接通过旋杯使涂料带上负电荷；外加电雾化器通过外部电极电离空气粒子而使涂料带上负电荷），在电场的作用下，车身表面带上相同电位的正电荷。涂料粒子受到电场力的作用，根据同性相斥，异性相吸的原理而吸附到车身表面。电压的大小直接影响静电涂装的静电效应、涂料的利用率、涂膜的均匀性等。当喷涂的枪距一定时，电压升高会增强静电场的电场力，此时车身表面的电力线密度升高，增大了涂料的上漆率，涂膜厚度增加。但是，喷涂电压并不是越高越好，电场强度过高会导致车身的边缘部位出现流挂、发花等漆膜缺陷；当电压过低时，会影响涂料的雾化效果，涂料粒子的粒径相对较大，涂料的利用率降低。喷涂水性涂料的电压值通常设置在60～70 kV（车身边角部位的电压值一般设置在50～60 kV）；喷涂溶剂型涂料的电压值通常设置在65～70 kV（车身边角部位高压值一般设置在60～65 kV）。

2.5 喷涂TCP速率

机器人喷涂TCP速率就是喷具的移动速率，是机器人喷涂的重要参数之一，直接影响涂装效率、喷涂质量，其发展趋势是在达到最佳雾化及喷涂效果的基础上适当提高。当被涂物在喷涂过程中处于动态时，则喷具相对于车身的移动速率要作模拟修正。喷涂TCP速率与膜厚成反比，喷具移动速度越快，喷涂上漆率就越低；反之，喷涂上漆率就越高。在满足喷涂节拍的前提下，优先选用较低的TCP速率。若TCP速率过高，会降低涂料的传输效率，造成涂料的消耗量过高，影响车身的喷涂膜厚。一般情况下，机器人采用静电旋杯喷涂时，TCP速率＜ 600 mm/s；对于空气喷涂而言，喷涂TCP速率＜ 900 mm/s。

当孔隙气压力与孔隙水压力大小相同时，式(3)为饱和抗剪强度公式。式(3)与邵龙潭等[16]的非饱和土的土骨架应力方程及黄强等[17]基于混合物理论和热力学原理推导出的非饱和土有效应力方程一致。

3 机器人喷涂常见漆膜缺陷分析及解决方法

免中涂工艺机器人喷涂常见漆膜缺陷有橘皮、流挂、色差、发花等。

3.1 漆膜橘皮

现象：漆膜表面呈现类似于橘皮状的皱纹结构。橘皮又称为粗糙表面，为平整性、流平性不良等漆面。橘皮是汽车涂装过程中常见的一种较难克服的流平性问题，多见于车身喷涂搭接的部位。

产生原因：（1）涂料黏度高，机器人喷涂后涂料流平性差；（2）机器人喷涂一次成膜薄，导致漆膜内部溶剂挥发过快；（3）机器人喷涂旋杯转速过高，导致涂料雾化颗粒过细，内部溶剂挥发过快；（4）机器人喷涂等待点位置长时间成型空气吹扫。

解决措施：影响橘皮的原因较多，需要从设备、工艺、材料等方面进行综合分析：（1）将涂料黏度控制在合适的工艺范围内，涂料中添加的高沸点溶剂要适量，保证涂料施工的流平性；（2）依据施工工艺、设备及涂料类型，将涂料调整到适当的施工黏度，一次喷涂达到适当膜厚。遮盖力好的色漆，一次喷涂膜厚控制在14 μm左右；遮盖力差的色漆，最高膜厚要控制在25 μm以下；（3）机器人喷涂的旋杯转速要控制在合适的工艺范围内，具体参数需要结合材料而定；（4）机器人喷涂仿形轨迹在等待点位置上将成型空气压力值降低到最低值（一般为0.1 MPa），避免生产过程中停线时成型空气吹扫压力过大而造成内部溶剂挥发较快，不利于车身漆膜流平。

3.2 漆膜流挂

现象：机器人喷涂车身某一部位漆膜局部变厚，形状类似于波浪线和浅滩，经常出现在车身竖直的立面、棱线、边角、门把手等部位。

产生原因：（1）机器人一次喷涂成膜流量设定过大；（2）机器人喷涂的涂料管路压力过大；（3）喷涂开枪阀开启异常；（4）成型空气压力不稳，波动较大；（5）喷涂高压效应造成车身边角部位出现漆膜流挂。

解决措施：（1）控制机器人合适的一次成膜厚度（一般一道喷涂与二道喷涂的成膜比例为5∶5或6∶4）；（2）控制机器人管路内部涂料压力稳定，一般内部压力控制在0.3 MPa左右；（3）机器人喷涂开枪阀需要定期进行检查。在可编程逻辑控制器（PLC）程序中增加阀体开关次数统计，到达规定次数后，需及时进行更换；（4）成型空气喷幅要定期进行校验，出现扇幅抖动时，需要及时进行异常排查解决；（5）对机器人喷涂参数（喷涂流量、喷涂压力、旋杯转速、成型空气）的调整一定要结合施工环境和涂料黏度，否则容易出现漆膜缺陷等异常情况。

3.3 漆膜色差

现象：喷涂漆膜的色相、明度和彩度与标准色板有差异，或在补漆涂装时，修补部位的漆膜与原漆膜颜色存在差异。

产生原因：（1）机器人喷涂过程中，更换颜色时管路内部未清洗干净；（2）机器人喷涂过程中，未完成喷涂的车身在喷房内停留时间过长（水性金属闪光涂料较明显）；（3）机器人供漆系统调漆罐中的涂料絮凝、沉淀，导致混合不均；（4）机器人喷涂过程中，有两种不同颜色的涂料混合在一起而导致串色；（5）机器人喷涂过程中，金属闪光涂料在循环搅拌时因剪切力过高造成铝粉破碎变形。

解决措施：（1）机器人清洗换色时，应保证清洗换色时间和效果，一般水性涂料的清洗换色时间控制在15 s以上，溶剂型涂料清洗换色时间控制在12 s以上；（2）机器人喷涂过程中，避免未喷涂完的车身长时间在喷房内部停留（喷涂水性涂料的停留时间一般不应超过5 min）；（3）机器人供漆系统调漆罐内的涂料应搅拌混合均匀；保证循环管路内部涂料的流速在合适范围内，通常要求溶剂型涂料在主管路内的流速控制在0.3～0.6 m/s，水性涂料在循环时考虑到对剪切力的敏感，流速一般控制在0.2～0.3 m/s。无论水性涂料还是溶剂型涂料，一般要求管内壁的光洁度在0.8以上，变径处必须平滑过渡，转弯半径需要大于6倍的管径，以减少压力损失和沉淀，防止破坏涂料内部成分；（4）机器人喷涂时，涂料管路中混入了一些杂质，导致换色阀卡滞不能关闭，出现了两种以上的涂料混合在一起产生杂色；还有机器人清洗程序不合理、回流管路过长、清洗压力不足（一般要求机器人的清洗压力在0.6 MPa以上）等都会造成机器人喷涂过程中出现杂色；（5）输调漆管路内部涂料长时间的循环流动会造成分子发生改变，每个分子上的电子会在不同的轨道上跃迁而呈现出涂料色差。建议喷涂不同类型涂料时，采用不同的电压值，如：金属闪光漆（银色、灰色）的电压值通常设置为60～70 kV，素色漆（白色、黑色、红色）的电压值通常设置为70 kV。

3.4 漆膜发花

现象：涂膜颜色不均匀，出现斑印、条纹和色相杂乱的现象，特别是水性金属闪光漆表面容易产生发花现象。

产生原因：（1）机器人喷涂喷幅重叠不均，造成漆膜膜厚不匀，厚膜部位的漆膜中的颜料产生里表对流；（2）不同颜色混线生产时，机器人换色清洗效果不佳，导致喷涂时混入其它颜色涂料；（3）机器人喷涂流量设定过大，一次性喷涂漆膜过厚。

解决措施：（1）降低成型空气压力，增加喷涂喷幅范围，改善漆膜膜厚均匀性和铝粉排列；（2）机器人喷涂不同涂料时，需要的清洗换色时间不同，一般水性涂料清洗换色时间控制在15 s以上，溶剂型涂料清洗换色时间控制在12 s以上；（3）提高机器人喷涂旋杯转速，降低机器人喷涂流量，防止底色漆再溶解所产生的发花、斑纹、条纹等缺陷。

4 结语

机器人喷涂是在移动过程中完成的，并且涂料传递到车身表面的过程受喷涂参数、被涂件轮廓外形、喷涂枪距、喷漆室气流等诸多因素的影响，因此需要对机器人的喷涂参数进行重点管控。对机器人喷涂而言，需要优先保证涂装工艺的稳定。车身涂膜质量及厚度是涂装工艺中最重要的控制因素，要获得稳定的车身涂膜质量及厚度，须保证机器人喷涂参数的稳定性。为了保证机器人喷涂参数的稳定性，须定期对机器人流量系统进行校正；为防止产生漆膜缺陷，须定期对机器人喷涂距离、机器人接地、喷幅大小等参数进行测试；对漆膜精确的控制，不仅有助于稳定漆膜外观质量和节约涂料，还能减少过喷的漆雾。

1 王锡春.涂装车间设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2013.

2 王锡春.最新汽车涂装技术［M］.北京：机械工业出版社，1998.

The Control Methods and Countermeasures of Robot Spraying Quality for Free Middle Coating Technology

Wang Haiping
（Technology Center of Great Wall Motor Co.，Ltd.，Hebei Province Automotive Engineering Technology Research Center，Baoding Hebei，071000，China）

The influences of robot spraying process parameters on the quality of paint film in automotive coating were expounded. The common film defects of robot spraying for free middle coating technology were analyzed，and corresponding solution measures were proposed.

free middle coating technology；robot spraying；film quality；control method

TQ 639

A

1009-1696（2017）01-0043-04

2016-05-03

王海平（1985—），男，大学本科，工程师，主要研究方向：涂装设备与工艺。