褚明，崔普偉，凌泉

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

引言

現(xiàn)代化的自動靜電噴涂線上采用了智能化的自動靜電噴涂機(jī)器人（Robot），實(shí)現(xiàn)了噴涂無人化。自動靜電噴涂機(jī)器人不僅適用于傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑型涂料（中涂、面漆、罩光清漆）的噴涂，經(jīng)改進(jìn)后也適用于導(dǎo)電的水性涂料的噴涂。自動化程度很高，不僅能識別車型，自動換色，還能按照設(shè)定的工藝要求自動調(diào)節(jié)供漆供氣量，霧化旋杯的轉(zhuǎn)速及行程（速度、軌跡），自動清洗等。無論從節(jié)省涂料，節(jié)省工時(shí)和改善噴涂工的勞動條件的角度考慮，還是從提高涂層的品質(zhì)和環(huán)保的角度來考慮，自動靜電噴涂工藝確立了自身的重要地位。

1 高壓靜電機(jī)器人噴涂現(xiàn)狀

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，高壓靜電機(jī)器人噴涂的各種不適宜的仿形軌跡和工藝參數(shù)均對漆膜質(zhì)量有影響。隨著車身棱線結(jié)構(gòu)的越來越復(fù)雜和較高的油漆外觀質(zhì)量要求，這樣對高壓靜電噴涂機(jī)器人的噴涂仿形軌跡的設(shè)計(jì)制作、旋杯霧化技術(shù)的運(yùn)用及噴涂參數(shù)的設(shè)置就會提出更高的要求，因仿形的制作費(fèi)用較高，一般涂裝車間均由設(shè)備工程師設(shè)計(jì)制作，不能將旋杯霧化技術(shù)和噴涂工藝技術(shù)有效合理的結(jié)合在一起，以達(dá)到較好的噴涂油漆車身外觀。

本文從機(jī)器人靜電噴涂仿形軌跡參數(shù)和工藝參數(shù)的設(shè)置方面進(jìn)行闡述，以達(dá)到高質(zhì)量的油漆外觀和穩(wěn)定的噴涂質(zhì)量。

2 靜電旋杯霧化

2.1 霧化粒徑的分布

采用靜電旋杯進(jìn)行油漆噴涂時(shí)，小顆粒漆粒由于其本身質(zhì)量較輕，容易沿著磁力線到達(dá)被涂物表面，而大顆粒漆粒容易在離心力作用下被甩出，成形空氣和磁力還不足以使大顆粒的漆?？朔x心力作用進(jìn)而到達(dá)被涂物表面。

2.2 霧化漆粒的運(yùn)行軌跡

采用靜電式旋杯噴涂設(shè)備進(jìn)行油漆噴涂，涂層厚度呈輻射狀分布，這里所謂的輻射狀是指在靜止?fàn)顟B(tài)下取得涂料的噴射形狀，其涂層厚度由四周向中心遞減，涂層厚度分布不均，主要是由于霧化噴涂裝置的結(jié)構(gòu)所造成的，但是通過加大成形空氣的量，可以在一定的程度上緩和這一現(xiàn)象。

實(shí)踐證明，一般將涂料的流量增加1倍，漆粒的直徑、噴射漆流的寬度、漆粒流的密度三種比例為：漆粒的直徑從38.5增加至40mm，占10%左右；噴射漆流的寬度從240擴(kuò)大到280mm，占40%左右；漆粒流的密度增大，占50%左右。

3 靜電旋杯噴涂參數(shù)

隨著靜電旋杯噴涂越來越被熟悉，設(shè)備參數(shù)的變化以及相應(yīng)的效果變化已成為工藝研究的重點(diǎn)。下面對常用的工藝參數(shù)設(shè)置及變化趨勢做簡單介紹。

3.1 涂料吐出量

涂料吐出量越大，容易使旋杯過載，旋杯邊沿的涂膜過厚，導(dǎo)致旋杯溝槽紋路內(nèi)涂料不能分流而產(chǎn)生氣泡或漆霧大小不均的不良現(xiàn)象。同時(shí)一次成膜過厚，易出現(xiàn)流掛、發(fā)花等漆膜異?，F(xiàn)象。涂料吐出量過低，霧化過細(xì)，一次成膜過薄，會導(dǎo)致溶劑揮發(fā)增大，漆膜流平性變差，易出現(xiàn)桔皮、失光等漆膜缺陷。實(shí)際涂裝時(shí)根據(jù)被涂物的外形結(jié)構(gòu)的變化，吐出量也會變化，如門框、門把手、窗框和人工內(nèi)表面與機(jī)器人外表面噴涂搭接區(qū)域等吐出量要小些。

3.2 旋杯轉(zhuǎn)速

目前靜電機(jī)器人噴涂的高旋杯轉(zhuǎn)速可達(dá)到60000r/min；所產(chǎn)生的離心力使涂料霧化得很細(xì)，涂料液滴直徑可霧化到50-100μm（直徑越小，漆膜的平滑度，鮮艷性就越高），使噴涂后車身外觀質(zhì)量，特別是平滑度，鮮艷性，光澤能提升1-2個(gè)檔次。轉(zhuǎn)速過低，導(dǎo)致霧化不良，涂膜粗糙，涂膜 S使漆膜所含溶劑量降低，引起“干噴”或過噴，導(dǎo)致桔皮、失光等漆膜問題；對氣流非常敏感，影響噴幅形狀，導(dǎo)致膜厚不均；一般空載最高轉(zhuǎn)速為 40krpm左右，負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速范圍為40krpm-60krpm。一般情況下中涂、清漆和1C1B面漆控制在 40krpm-50krpm之間金屬閃光漆控制在 45krpm-55 krpm之間。

對于金屬閃光器，轉(zhuǎn)速越高，正視明度越高，側(cè)視明度越低，F(xiàn)I值越高，涂著固體份升高。

3.3 整形空氣

功能是調(diào)整漆霧流的幅度并將漆霧推向被涂物，防止漆霧飛散和反彈，污染旋杯和噴槍。

圖1 整形空氣的功能示意圖

整形空氣增大，噴幅減小，噴涂區(qū)域比整形空氣的功能示意圖窄，漆霧集中，涂膜變厚；同時(shí)整形空氣壓力過大，漆霧反彈加劇，易于污染旋杯。整形空氣壓力過低時(shí)，對噴幅影響較小，噴涂區(qū)域變大，膜厚變??；同時(shí)也容易造成旋杯的污染。

一般中涂、清漆、1C1B面漆的整形空氣控制在200-350 NL/min，金屬閃光漆整形壓一般控制在500-600NL/min。

3.4 靜電壓

靜電壓越高，靜電霧化和靜電吸附的效果越好，涂著效率越高。電壓超過4300 v/cm就能產(chǎn)生火花放電，小于2000 v/cm放電就很少?？紤]安全和工藝原因，在200 -300 mm的噴涂距下一般采用50 -100 kv的靜電壓，實(shí)際涂裝時(shí)考慮到各涂料施工電阻的差異，一般控制在50 - 70k的靜電壓。靜電壓高，加強(qiáng)靜電場的電場力，此時(shí)被涂物體表面部位的磁力線密度較高，尤其在折邊、邊緣部值較大，涂膜豐滿度降低。轉(zhuǎn)速過高，霧化 過細(xì)，導(dǎo)致漆霧損失，溶劑揮發(fā)過快，位的銳角處，會使得涂料的上漆率增加，導(dǎo)致流掛、氣泡、發(fā)花等缺陷。

圖2 涂料利用率與工作電壓的關(guān)系

3.5 噴涂距離

根據(jù)不同油漆廠家要求，槍距也存在一定差異，一般200-300mm。噴槍距離增大，噴幅增大，噴涂區(qū)域變寬，漆霧飛行時(shí)間延長，溶劑揮發(fā)增多，漆膜流平性差，易出現(xiàn)桔皮。噴槍距離過小時(shí)，噴涂區(qū)域變窄，漆膜增厚，易出現(xiàn)流掛、發(fā)花、反滲等漆膜缺陷。另外，對中涂和清漆要求流平性最佳，可將噴涂距離適當(dāng)控制稍小些。

3.6 走槍速度

走槍線速度越高，一次成膜越薄，漆膜流動性變差，易出現(xiàn)桔皮、失光等缺陷；走槍線速度過低時(shí)，一次成膜越厚，易出現(xiàn)流掛、發(fā)花、回滲等異?，F(xiàn)象；

一般中涂、清漆、1C1B面漆的走槍速度較低，控制在0.3-0.5m/s，金屬漆走槍速度較高，一般控制在0.4-0.6m/s之間。實(shí)際線速度應(yīng)根據(jù)鏈速和吐出量進(jìn)行調(diào)整，通常機(jī)器人線速度控制在0.35-0.5m/s最佳。

對于實(shí)際現(xiàn)場施工而言，涂膜厚度是涂裝工藝中最重要的控制因素。控制膜厚的均一性，不僅有助于涂裝質(zhì)量的穩(wěn)定和成本控制，更重要的是有助于外觀指標(biāo)的調(diào)整。常見的漆膜外觀指標(biāo)有光澤、色差、桔皮、DOI（鮮映性）等都需要一膜厚控制作為基礎(chǔ)，這些指標(biāo)都明顯受到膜厚，特表示面漆膜厚的影響，因此，在機(jī)器人靜電噴涂參數(shù)調(diào)整過程中，把膜厚作為最重要的控制因素是非常有必要的。

表1 機(jī)器人噴涂參數(shù)的調(diào)整對膜厚的影響

4 機(jī)器人仿形參數(shù)

4.1 軌跡重疊率

軌跡重疊率一般水性漆閃光漆控制在 3/4；清漆、單色漆、中涂漆的控制在2/3；溶劑型漆的重疊率控制在1/2～2/3。在實(shí)際涂裝過程中會因車身外形結(jié)構(gòu)和車身長度的因素影響，導(dǎo)致軌跡重疊率不能按照設(shè)定的軌跡間距進(jìn)行噴涂，需要在邊角、棱線位置適當(dāng)降低重疊率，不僅可以滿足大面積軌跡重疊率，也可以從軌跡重疊率方面有效控制邊角、棱線、曲面等位置的流掛、肥邊等缺陷。

4.2 刷子設(shè)置

刷子區(qū)域通常依據(jù)車身外形結(jié)構(gòu)的差異，不同位置設(shè)置不同的刷子，特別是在車身邊角、輪弧、門把手等靜電積聚部位設(shè)置單獨(dú)的刷子，便于噴涂參數(shù)的調(diào)整。

圖3

4.3 噴涂角度

機(jī)器人噴涂車身窗框、立柱（A柱、C柱）、縱梁、棱線等部位時(shí)，為了得到最佳的噴涂效果，應(yīng)選擇合適的噴涂角度。可以調(diào)整機(jī)器人手腕的角度，確保被涂物面與霧化器呈直角。通常軌跡點(diǎn)間距為100mm。在平滑過渡的曲面、棱線位置軌跡點(diǎn)間距縮短到50mm，便于角度的調(diào)整。

4.4 開關(guān)槍點(diǎn)

每個(gè)噴涂區(qū)域的開始和結(jié)束都需要設(shè)置開關(guān)槍點(diǎn)，開關(guān)槍點(diǎn)的設(shè)置需要考慮到噴涂單軌跡與連續(xù)噴涂軌跡噴涂搭接的差異。一般在開始需要提前開槍，提前開槍位置一般超出噴杯垂直噴涂面，距離以軌跡搭接距離的1/2。

在實(shí)際涂裝過程中，機(jī)器人噴涂軌跡一般不作調(diào)整，若在劃定的區(qū)域內(nèi)漆膜整體均勻性較差，或在某處漆膜有問題，且用噴涂參數(shù)調(diào)整方式不能達(dá)到膜厚控制要求時(shí)，則適當(dāng)調(diào)整噴涂軌跡（如立柱和門把手等邊角部位）。噴涂軌跡調(diào)整主要包括軌跡重疊率、刷子區(qū)域劃分、噴涂角度、開關(guān)槍點(diǎn)等，因機(jī)器人噴涂時(shí)間、各軸角度范圍的限制，調(diào)時(shí)容易出現(xiàn)。如果涂料吐出量小，流速慢，管道中的金屬鋁粉在靜電作用下定向排列，首尾相連，導(dǎo)致電流升高，設(shè)備自我保護(hù)而報(bào)警停噴。一般與涂料電阻沒有必然聯(lián)系。

圖4

對策

1）涂料中添加助劑包裹鋁粉，使鋁粉導(dǎo)電性下降。一般需充分熟化以保證包裹嚴(yán)密；

2）減小管徑，增大吐出量，提高涂料流速來破壞鋁粉連接；

3）降低噴涂參數(shù)靜電壓，減少電場強(qiáng)度；

4）適當(dāng)調(diào)整涂料電阻；

5）增加涂料管長；

5 靜電旋杯噴涂常見問題及對策

5.1 高電壓報(bào)警

產(chǎn)生原因

靜電泄露。一般在高金屬鋁粉色漆噴涂

1）調(diào)整仿形軌跡，避免噴幅搭接不到位；

2）調(diào)整旋杯角度，避免噴幅成形不良；

3）調(diào)整降低旋杯轉(zhuǎn)速或增大整形空氣，避免涂料顆粒飛散。

5.2 失光

產(chǎn)生原因

主要為涂料在搞轉(zhuǎn)速離心力作用下，由于涂料中樹脂、顏料、溶劑、助劑比重差異而出現(xiàn)分離產(chǎn)生失光。另外，靜電噴涂仿形軌跡的噴幅搭接不合適造成噴幅間的漆霧干擾也會導(dǎo)致失光問題產(chǎn)生。

對策：

1）降低旋杯轉(zhuǎn)速；

2）提高涂料本身的分散度，降低離心力的影響；

3）適當(dāng)調(diào)整仿形軌跡的噴幅搭接，提高涂料的反溶性，減少漆霧的干擾；軌跡的噴幅搭接不合適造成噴幅間的漆霧干擾也會導(dǎo)致失光問題產(chǎn)生。

5.3 桔皮

產(chǎn)生原因

1）靜電噴涂仿形設(shè)置不適當(dāng)導(dǎo)致靜電旋杯噴涂噴幅不成形或成形不良，主要表現(xiàn)在軌跡搭接、槍速、噴槍距離、旋杯角度等；

2）靜電噴涂噴涂參數(shù)設(shè)置不適當(dāng)導(dǎo)致漆膜不夠或霧化不良，主要表現(xiàn)在吐出量、整形空氣、轉(zhuǎn)速、電壓等。

對策：整幅度一般較小，容易出現(xiàn)正限位或負(fù)限位。

5.4 針孔

產(chǎn)生原因

1）旋杯缺損。旋杯缺損導(dǎo)致涂料霧化不良，涂料粒徑較大導(dǎo)致大量溶劑不能正常揮發(fā)或在與整形空氣接觸卷入空氣，高溫烘烤時(shí)出現(xiàn)爆沸產(chǎn)生針孔。

2）肥邊。靜電噴涂的邊緣效應(yīng)導(dǎo)致邊角膜厚偏厚，閃干過程溶劑不能正常揮發(fā)而在高溫烘烤時(shí)出現(xiàn)爆沸產(chǎn)生針孔。

對策：

1）更換出現(xiàn)缺損的旋杯；

2）添加高沸點(diǎn)流平劑；

3）降低邊角部位吐出量。

5.5 黑斑

產(chǎn)生原因：

在靜電噴涂淺金屬鋁粉漆時(shí)，噴槍在停噴等待過程中靜電壓沒有斷開（一般為 40kv），起噴后瞬間在涂膜表面容易出現(xiàn)大量黑色斑點(diǎn)，實(shí)踐證明為靜電壓持續(xù)作用在漆膜表面，靜電壓不能有效釋放，導(dǎo)致新噴涂料在局部出現(xiàn)鋁粉聚集產(chǎn)生的。

對策：

1）仿形設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免停噴等候現(xiàn)象，具體可以將各刷子區(qū)域的起停點(diǎn)設(shè)計(jì)在非噴涂面上；

2）添加高沸點(diǎn)醇醚類溶劑提高濕膜的導(dǎo)電性；

3）可以適當(dāng)增加噴涂距離，降低靜電壓的作用力。

5.6 斑馬紋

產(chǎn)生原因：

噴涂軌跡沒有滿足工藝要求重疊率所致，機(jī)器人噴涂軌跡的往返折距過大。

對策：

1）更改噴涂軌跡，降低往返折距；

2）適當(dāng)降低整形空氣，提高噴涂重疊率。

6 加強(qiáng)機(jī)器人旋杯噴涂參數(shù)的管控

對于機(jī)器人噴涂而言，需要優(yōu)先保證生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定，必須保證機(jī)器人噴涂參數(shù)的穩(wěn)定。機(jī)器人噴涂過程是移動的，而且噴涂車身受到各噴涂參數(shù)級噴涂環(huán)境諸多因素的影響，所以需要對機(jī)器人的噴涂參數(shù)進(jìn)行管控。為了保證機(jī)器人噴涂的穩(wěn)定性，必須定期對機(jī)器人噴涂流量系統(tǒng)進(jìn)行校正；為保證機(jī)器人噴涂仿形的準(zhǔn)確性，必須定期對機(jī)器人各軸的“0”位進(jìn)行校正；為防止漆膜缺陷產(chǎn)生，須定期對機(jī)器人噴涂距離、機(jī)器人接地、噴幅大小等參數(shù)進(jìn)行測試。另外，現(xiàn)場對噴涂參數(shù)調(diào)整需要記錄備案，定期進(jìn)行參數(shù)備份，便于出現(xiàn)異常能及時(shí)調(diào)查出原因，及時(shí)恢復(fù)生產(chǎn)，穩(wěn)定噴涂質(zhì)量。

7 結(jié)束語

機(jī)器人噴涂漆膜性能的提高主要取決于機(jī)器人的噴涂軌跡，因此，機(jī)器人噴涂仿形和噴涂漆膜調(diào)試是涂裝調(diào)試工作中尤為重要，其結(jié)果直接影響到整車的外觀質(zhì)量。在實(shí)際噴涂中充分發(fā)揮機(jī)器人的噴涂優(yōu)勢，需要與噴涂仿形、參數(shù)設(shè)置和漆膜調(diào)試過程進(jìn)行充分的調(diào)研和分析，并在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

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