汽车涂装中机器人喷涂的漆膜缺陷分析及对策

王海平

【摘 要】阐述了汽车涂装中机器人喷涂的工艺参数,包括喷涂流量、旋杯转速、成型空气、静电高压和喷移动速率对漆膜的影响.分析了流挂、橘皮、发花、色差等常见漆膜缺陷的产生原因,并提出了相应的解决措施.

【期刊名称】《电镀与涂饰》

【年(卷),期】2015(034)018

【总页数】4页(P1049-1052)

【关键词】机器人喷涂;汽车制造;缺陷;对策

【作 者】王海平

【作者单位】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

【正文语种】中 文

【中图分类】TQ639

Author’s address:Great Wall Motor Co., Ltd., Hebei Province Centre of the Vehicle Engineering Technology, Baoding 071000, China

在现代汽车制造中，高效率、低成本和高质量的要求使机器人技术得到了广泛应用。随着涂装线柔性化生产方式的引入，灵活的机器人喷涂日益受到重视。但要获得良好的喷涂质量，保证生产稳定运行，关键是控制机器人喷涂的车身外观质量。本文结合调试经验，介绍了机器人喷涂工艺参数对漆膜的影响，探讨了常见的漆膜缺陷，并给出了解决措施。

要保证车身喷涂的质量，需密切联系工艺参数的与涂料及环境。机器人喷涂的工艺参数有喷涂流量、旋杯转速、成型空气、静电高压、喷涂TCP(传输控制协议)速率等。

1. 1 喷涂流量

机器人的喷涂流量是单位时间内定量泵(齿轮泵)输送给每个旋杯的涂料量，是生产中调整最频繁的参数。流量是决定漆膜厚度的最直接因素，提高流量会增大吐出量，从而增大膜厚。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)，影响车身外观；反之，随流量降低，吐出量会减少，漆膜会变薄。作中涂的涂料一般控制流量在300 ～ 400 mL/min，免中涂的底涂和色漆流量一般控制在150 ～ 250 mL/min，金属色漆的流量一般控制在100 ～ 180 mL/min，双组分清漆流量一般控制在350 ～ 450 mL/min。

1. 2 旋杯转速

旋杯转速是涂料雾化的一个关键参数，直接决定涂料的雾化效果[1]。旋杯高速旋转时，产生的离心力使涂料沿着旋杯的边沿雾化得很细。转速越高，漆雾就越细，漆膜的平滑度就越好，外观质量也就越好。转速越低，雾化效果就越差，漆膜平整度也越差而变得粗糙，外观质量就差。雾化过细不仅会导致漆雾损失而涂膜变薄，而且会使雾化的涂料反弹，造成机器人手臂及雾化器表面污染严重，最终影响车身品质和涂料的利用率。为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。

1. 3 成型空气

成型空气又称整形空气或扇幅空气[2]185-199。成型空气从分布于旋杯后侧成型空气罩内的小孔中喷出，按结构形式分为双成型空气孔和单成型空气孔 2种，主要作用是漆雾扇面的大小。成型空气的压力越高，喷幅就越小，漆雾颗粒在车身上的反弹力就越大；压力越低，喷幅就越大，漆雾粒子在车身上的反弹力就越小。在相同的流量下，成型空气压力直接影响漆膜的重叠率。一般控制成型空气的压力在30 ～ 40 dbar。

1. 4 静电高压

静电喷涂的原理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[2]180。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，从而使涂料颗粒带上负电荷，车身表面在电场的作用下带上了相同电位的正电荷。根据“同性相斥，异性相吸”的原理，涂料粒子受到电场力的作用而吸附到车身表面。电压直接影响涂装的静电效应、涂料的利用率、涂膜的均匀性等。当喷涂的距一定时，升高电压会加强静电场的电场力，增大车身表面的电力线密度，提高涂料的上漆率，膜厚也会增加。但是电压不是越高越好，电压过高会导致车身的边缘部位出现流漆、发花等漆膜缺陷。电压过低会影响涂料的雾化效果，涂料粒子的直径相对较大，涂料的利用率也会降低。喷涂水性涂料时，电压通常设置在60 ～ 70 kV(喷涂车身边角部位时电压一般设置在50 ～ 60 kV)；喷涂油性涂料的电压通常设置在65 ～ 70 kV(喷涂车身边角部位时电压一般设置在60 ～ 65 kV)。

1. 5 喷涂TCP速率

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，直接影响涂装效率和质量。当被涂物在喷涂过程中处于动态时，喷具相对于被涂物的移动速率要作模拟修正。喷涂TCP速率与膜厚成反比，移动速率越快，上漆率就越低；反之则越高。在满足喷涂节拍的前提下，优先选用较低的喷涂速率，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，影响膜厚。一般情况下，机器人采用静电旋杯喷涂时，TCP速率小于600 mm/s，对于空气喷涂而言，喷涂TCP速率一般小于900 mm/s。现在的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机器人的TCP速率。

2. 1 流挂

2. 1. 1 现象

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。

2. 1. 2 产生原因

(1) 机器人一次喷涂成膜的流量设定过大，出现流漆。

(2) 涂料管路压力过大，出现大面积流漆。

(3) 喷开阀门开启异常，出现大面积流漆。

(4) 成型空气压力不稳，波动较大，出现流漆。

(5) 喷涂高压效应易造成车身的边角部位出现流漆。

2. 1. 3 解决措施

(1) 要控制合适的一次成膜厚度(一般一道与二道的成膜比例为5∶5或6∶4)。

(2) 要求机器人管路内部涂料压力稳定(一般内部压力控制在3 bar左右)。

(3) 需定期检查喷涂开阀。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) 要定期校验成型空气扇幅，出现扇幅抖动时，应及时排查异常，解决问题。

(5) 对机器人喷涂参数(流量、喷涂高压、旋杯转速和成型空气)的调整一定要结合施工环境和涂料黏度，否则容易出现漆膜品质异常现象。

2. 2 橘皮

2. 2. 1 现象

涂膜表面呈现类似橘皮状的皱纹结构，又被称为粗糙表面、平整不良、流平不良等。橘皮是汽车涂装中常见的一种难克服的流平性问题，多见于车身喷涂搭接的部位。

2. 2. 2 产生原因

(1) 涂料黏度高，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快。

(3) 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) 等待点位置长时间被成型空气吹扫。

2. 2. 3 解决措施

产生橘皮的原因较多，需要从设备、工艺、材料等方面进行综合分析。

(1) 涂料中添加的高沸点溶剂要控制适量，以保证施工的流平性。

(2) 依据施工工艺、设备及涂料类型，将涂料调整到适宜的施工黏度，一次喷涂达到适宜膜厚。遮盖力好的色漆涂料一次喷涂成膜控制在14 μm左右，遮盖力差的色漆涂料最高膜厚也要控制在25 μm以下。

(3) 旋杯的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) 为避免生产过程中停线导致成型空气吹扫压力大，内部溶剂因此挥发较快，不利于车身漆面流平，机器人喷涂仿形轨迹在等待点位置上将成型空气压力降到最低值，一般为10 dbar。

2. 3 发花

2. 3. 1 现象

发花主要是涂膜颜色不均匀，出现斑印、条纹和色相杂乱的现象，在水性金属漆表面较为常见。

2. 3. 2 产生原因

(1) 喷幅重叠不均，造成漆膜厚度不均，厚膜部位的颜料发生里表对流。

(2) 不同颜色混线生产时，换色时清洗效果不佳，导致机器人喷涂管路中混入其他颜色的涂料。

(3) 流量设定过大，一次性漆膜过厚。

2. 3. 3 解决措施

(1) 降低成型空气压力，增加喷涂的扇幅范围，改善膜厚均匀性和铝粉排列。

(2) 喷涂不同的涂料，所需换色清洗的时间不同。一般水性涂料换色清洗时间控制在15 s以上，油性涂料换色清洗时间控制在12 s以上。

(3) 提高喷涂转速，降低流量，以防止底部色漆再溶解所产生的发花、斑纹、条纹等弊病。

2. 4 色差

2. 4. 1 现象

色差是指喷涂颜色与标准板不符，主要表现为漆膜颜色的色相、明度、彩度与标准色板有差异，或在补漆时，修补部位的漆膜与原漆色存在差异。

2. 4. 2 产生原因

(1) 更换颜色时未清洗干净内部管路。

(2) 未完成喷涂的车身在喷房内停线时间过长，尤其是水性金属涂料较明显。

(3) 机器人供漆系统调漆罐中的涂料凝絮沉淀，导致混合不均。

(4) 有2种及以上不同颜色的涂料混合在一起而造成串色。

(5) 金属涂料在循环搅拌时剪切力过高，造成铝粉破碎变形。

(6) 管路中混入了一些杂质，导致CCV(换色阀，color change valve)卡滞，不能关闭，造成2种以上的涂料混合在一起，产生杂色。

(7) 机器人清洗程序编写不合理，回流管路选择过长，清洗压力不足(一般要求机器人的清洗压力在 6 bar以上)，都会造成出现杂色。

(8) 涂料在输调漆管路内时间地循环流动，改变了分子，每个分子上的电子会在不同的轨道上跃迁而呈现出色差。

2. 4. 3 解决措施

(1) 清洗换色时应保证时间和效果，所需时间同2.3.3。

(2) 避免未喷涂完的车身长时间在喷房内逗留，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涂料要混合均匀，保证循环管路内的涂料流速在合适范围内。通常要求控制油性涂料在主管路内的流速为0.3 ～ 0.6 m/s。考虑到水性涂料对剪切较为敏感，其流速一般控制在0.2 ～ 0.3 m/s。

(4) 无论是水性涂料还是油性涂料，一般要求管路内壁的光洁度在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。

(5) 建议采用不同的电压喷涂不同种类的涂料，如金属色漆(如银色、灰色)的高压值通常设置为60 ～ 70 kV，素色(如白色、黑色、红色)色漆涂料的高压值通常设置为70 kV。

对机器人喷涂而言，需要优先保证生产工艺的稳定，车身涂膜质量及厚度是最重要的控制因素。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(喷涂高压、喷涂流量、成型空气、旋杯转速)、被涂件外形、喷涂距、喷漆室气流等诸多因素的影响，因此需要管控机器人的喷涂参数。为了保证漆膜质量的稳定性，防止产生漆膜缺陷，须定期校正机器人的流量系统和测试机器人喷涂距离、接地、喷幅等参数。精确地控制漆膜不仅有助于稳定外观质量，而且能减少过喷的漆雾，节约涂料，既经济又环保。

【相关文献】

[1]王锡春. 涂装车间设计手册[M]. 北京： 化学工业出版社, 2008： 130-138.

[2]王锡春. 最新汽车涂装技术[M]. 北京： 机械工业出版社, 1998.