摘要：為解決后圍殘膠進入總裝車間干涉安裝的問題，對聚氯乙烯（PVC）材料、槍嘴溫度和機器人噴涂程序進行優(yōu)化：在不影響涂膠密封性和外觀的前提下，提高PVC材料相對粘度和屈服值；降低槍嘴出膠溫度，減少殘膠的產(chǎn)生；取消后圍位置的一對開關(guān)槍點，將2道不同的膠合并成同一道膠。結(jié)果表明，以上措施消除了后圍處PVC殘膠，避免了對總裝安裝平面的干涉影響。

關(guān)鍵詞：PVC殘膠 材料 溫度 機器人程序 人工成本

中圖分類號：U466" 文獻標(biāo)志碼：B" "DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20240048

Swirl Gun PVC Residue Optimization in Automobile Paint Shop

Tian Mengzhe

（Beijing Benz Automotive Company， Beijing 100176）

Abstract： To solve the quality issues that rear quarter PVC residue interference with assembly shop installation， PVC material， nozzle temperature and robot application program are optimized as following. For PVC material，" Relevant viscosity and yield value with the precondition of no influence to the tightness and appearance are increased; The nozzle temperature is reduced and the PVC residue amount is decreased; The gun on-and-off points of rear quarter" are cancelled and" two adjacent seams are combined to one big seam. The result indicates that the solutions above remove the PVC residue on rear quarter and avoid the PVC interference to assembly installation surface.

Key words：" PVC residue， Material， Temperature， Robot program， Labor cost

1 前言

PVC殘膠是指車身通過密封膠生產(chǎn)線時，涂膠及刷膠過程中產(chǎn)生的附著在車身上的多余密封膠。在生產(chǎn)過程中，殘膠以濕膠形式存在，經(jīng)過密封膠烤箱后，殘膠固化變硬形成干膠貼附于車身，對車身質(zhì)量造成嚴(yán)重影響[1]。膠殘根據(jù)來源可分為機器人殘膠和手工殘膠。殘膠大幅提高了車身手工區(qū)擦車工位和面漆準(zhǔn)備線的勞動強度，特別是當(dāng)存在殘膠的車輛到達精修線時，會降低車間一次交驗率，對車間產(chǎn)量和質(zhì)量造成影響。因此，減少生產(chǎn)過程中密封膠殘膠的產(chǎn)生是一項重要而緊迫的任務(wù)。

聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）機器人涂膠程序中的開槍點和關(guān)槍點位置是殘膠飛濺的高發(fā)區(qū)[2]。在實際生產(chǎn)中，在左、右后圍位置經(jīng)常發(fā)現(xiàn)機器人關(guān)槍點甩出的膠絲，會干涉總裝車間側(cè)圍零部件的安裝，導(dǎo)致零件無法安裝到位。

選擇與產(chǎn)生殘膠的關(guān)槍點位置接近的另一道膠，將其開槍點刪除，通過軌跡點將這2道膠連接成為一道膠，調(diào)整該軌跡點姿態(tài)，避免機器人與車身發(fā)生碰撞。然后在機器人姿態(tài)發(fā)生變化的位置設(shè)置較小的刷子號，避免堆膠影響總裝，在機器人姿態(tài)平穩(wěn)的位置設(shè)置較大的刷子號，避免涂膠過薄或過窄導(dǎo)致PVC漏水。最后對示教完成的程序進行在線自動噴涂，對偏移焊縫的涂膠軌跡進行局部微調(diào)。

2 PVC殘膠干涉安裝問題

車身完成涂裝車間全部工藝過程后，經(jīng)過立體庫到達總裝車間安裝內(nèi)飾及底盤相關(guān)部件，發(fā)現(xiàn)后圍PVC殘膠干涉安裝。PVC殘膠會導(dǎo)致膠堵安裝后與后圍板材產(chǎn)生縫隙，嚴(yán)重影響車身密封性，易造成備胎槽進水。因此，對影響膠堵裝配的后圍PVC殘膠進行每日百車缺陷數(shù)統(tǒng)計，如表1所示。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對發(fā)生PVC干涉膠堵安裝的車身進行停線修復(fù)，由此產(chǎn)生的質(zhì)量停線時間如圖1所示。

由表1、圖1可知，后圍2處安裝位置均有PVC殘膠產(chǎn)生并與安裝位置干涉。2處干涉位置合計約產(chǎn)生殘膠缺陷5個/車，處理帶來的停線時間約為90 min/天。為解決PVC殘膠對裝配造成干涉問題，臨時在PVC車身手工線尾擦車工位增加后圍位置PVC殘膠的擦拭工序。

在涂裝車間增加人工擦拭PVC殘膠工序后，流入總裝車間的缺陷數(shù)量顯著下降，同時，由于清除PVC殘膠產(chǎn)生的質(zhì)量停線時間大幅降低，滿足了總裝車間的產(chǎn)量要求。2處干涉位置合計產(chǎn)生殘膠缺陷約0.2個/車，如表2所示，處理缺陷的停線時間約為5 min/天，如圖2所示。

盡管臨時措施大幅降低了缺陷數(shù)量和質(zhì)量停線時間，但增加了擦車工位人工操作時長，提高了工位利用率，同時增加了車身擦拭布及工業(yè)乙醇的使用量，提高了人員工作負(fù)荷和低值易耗品成本，因此，需要一個從根本上解決PVC殘膠產(chǎn)生的方案。

3 PVC殘膠干涉總裝安裝問題原因分析

造成PVC殘膠飛濺干涉總裝安裝問題的原因是多方面的，主要包括PVC材料、噴涂設(shè)備溫度和噴涂程序[3]。在材料方面，影響PVC施工性能的重要參數(shù)是相對粘度和屈服值，且二者具有一定的相關(guān)性。噴涂設(shè)備對PVC殘膠的影響主要為機器人槍嘴的出膠溫度，機器人噴涂程序包括涂膠軌跡和參數(shù)設(shè)置。應(yīng)通過調(diào)整材料、設(shè)備溫度及噴涂程序最大限度避免殘膠缺陷。

3.1 PVC材料參數(shù)對殘膠的影響

材料的相對粘度和屈服值是影響PVC殘膠的2個重要參數(shù)，二者往往呈現(xiàn)正相關(guān)。當(dāng)相對粘度和屈服值升高時，PVC材料的保形性提升，從機器人槍嘴噴出時不易產(chǎn)生殘膠飛濺，但相對粘度和屈服值過高會使機器人涂膠寬度變小，對焊縫的密封性能變差，易造成焊縫密封不良。當(dāng)材料相對粘度及屈服值降低時，材料保形性變差，流動性及噴涂飛濺風(fēng)險升高。由于機器人噴涂起始階段需要一定的預(yù)壓力進行機械推動，因此，噴涂飛濺易造成殘膠缺陷。選取不同相對粘度和屈服值的材料進行車身噴涂測試，觀察分析相對粘度和屈服值對PVC殘膠及密封性的影響，結(jié)果如表3所示。

表3中3號參數(shù)組合為當(dāng)前現(xiàn)場實際使用的材料性能參數(shù)。相對粘度和屈服值的降低有利于增大膠寬，從而提升材料的密封性能，但殘膠數(shù)量也隨之成倍增加，不利于PVC殘膠問題的解決。而提升材料相對粘度和屈服值可以顯著減少殘膠缺陷數(shù)量，但涂膠寬度隨著材料粘度和屈服值的升高而顯著下降，導(dǎo)致密封不良百車缺陷有所升高。當(dāng)材料相對粘度增大至8.653 Pa·s時，車身密封不良百車缺陷數(shù)升高至3.7個，接近現(xiàn)階段質(zhì)量目標(biāo)（4個）。當(dāng)材料相對粘度增大至9.295 Pa·s時，車身百車密封不良缺陷數(shù)已高達5.6個，超出質(zhì)量目標(biāo)要求。因此，提升材料相對粘度和屈服值雖然可以有效改善機器人槍嘴產(chǎn)生殘膠飛濺的百車缺陷數(shù)，但對PVC密封性的不良影響較為明顯，膠寬隨相對粘度和屈服值的升高而降低導(dǎo)致材料密封性能變差，存在一定的密封不良及腐蝕風(fēng)險。

3.2 PVC槍嘴溫度對殘膠的影響

PVC噴涂設(shè)備主要指機器人及供膠系統(tǒng)，對殘膠影響較大的是機器人槍嘴出膠溫度。PVC材料對溫度較為敏感，其相對粘度和屈服值隨材料溫度的降低而升高，較高的相對粘度和屈服值可以減少機器人噴涂過程中的殘膠飛濺，減少殘膠缺陷。因此，選取不同槍嘴溫度下的材料進行車身噴涂測試，研究分析涂膠寬度、殘膠百車缺陷數(shù)量和密封不良百車缺陷數(shù)量與溫度的關(guān)系，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，3號參數(shù)組合為正常生產(chǎn)過程中槍嘴溫度對殘膠及密封性的影響，雖然殘膠百車缺陷數(shù)量較高，但不會出現(xiàn)密封不良，車身的密封性和防腐蝕性能得到保證。為解決PVC殘膠飛濺問題，將測試溫度逐漸降低，發(fā)現(xiàn)涂膠寬度變窄的同時，殘膠百車缺陷數(shù)量開始下降，但并未降低至接近無殘膠的水平。由于膠寬隨溫度的降低而減小，密封不良百車缺陷數(shù)量明顯增加，車身漏水及腐蝕風(fēng)險升高。升高槍嘴噴涂溫度雖然可以降低密封不良百車缺陷數(shù)，但隨著溫度上升及膠寬的提高，殘膠百車缺陷數(shù)量顯著增加，不利于解決殘膠缺陷問題，因此，需要通過其他方法實現(xiàn)對PVC殘膠的控制。

3.3 PVC噴涂程序?qū)埬z的影響

由于機器人在涂膠過程中存在開槍點和關(guān)槍點，開、關(guān)槍點附近密封膠運動狀態(tài)的顯著變化無法避免，因此，無法從根本上消除殘膠。為最大程度降低殘膠對車身質(zhì)量的影響，可以對機器人開關(guān)槍點附近的程序參數(shù)進行優(yōu)化，控制殘膠膠量和殘膠位置。機器人程序主要參數(shù)如表5所示。

當(dāng)機器人涂膠流量增大時，涂膠過程中甩出的殘膠增多。降低機器人位于開關(guān)槍點前的刷子點的流量，減少開關(guān)槍點瞬時槍嘴中積存的殘膠，有利于減少從槍嘴中甩出的殘膠膠量。當(dāng)機器人加速度較大時，機器人運動過程中速度的改變所需時間較短，機器人運動的整體穩(wěn)定性下降，易產(chǎn)生殘膠。降低機器人位于開關(guān)槍點前的軌跡點的加速度，有利于減少殘膠的甩出，使殘膠保持在開、關(guān)槍點附近的小范圍內(nèi)。當(dāng)機器人涂膠速度過快時，機器人運動過程中甩出的殘膠較多。因此，可在滿足機器人涂膠節(jié)拍的前提下降低機器人的運動速度。當(dāng)機器人涂膠位置距離后圍過近時，涂膠過程中產(chǎn)生的殘膠易落于后圍附近總裝安裝處。因此，為了減少后圍附近殘膠，在保證涂膠密封性的前提下，增加了問題位置的涂膠高度，使涂膠位置遠(yuǎn)離后圍。在旋轉(zhuǎn)膠槍對車身焊縫進行噴涂過程中，當(dāng)膠槍轉(zhuǎn)速過快時，甩出的殘膠較多。因此，在保證涂膠密封性和防腐蝕性能的前提下，降低了旋轉(zhuǎn)膠槍轉(zhuǎn)速。對于旋轉(zhuǎn)膠槍，可以適當(dāng)減小機器人槍嘴與開、關(guān)槍點前車身作用面的距離，從而減小槍嘴噴涂扇面，降低殘膠飛濺風(fēng)險。

以上機器人參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，均未造成問題位置密封不良問題，但也未使殘膠百車缺陷數(shù)量大幅降低。考慮到密封性及防腐性能的要求，涂膠流量及轉(zhuǎn)速不能過低，Z向涂膠位置要保證焊縫居中，因此，Z向位置不能過高，轉(zhuǎn)速不能過低，轉(zhuǎn)速低會導(dǎo)致膠形不夠致密而形成膠條中央沙眼，降低噴涂密封性。加速度和速度的減小雖有助于降低殘膠百車缺陷數(shù)量，但會降低機器人運行節(jié)拍，影響產(chǎn)量。減小噴涂槍距可縮小殘膠飛濺范圍，但不能杜絕殘膠的產(chǎn)生，同時會提高涂膠厚度，提高總裝安裝干涉的風(fēng)險。

旋轉(zhuǎn)膠槍機器人運動過程中，開、關(guān)槍點位置是最容易產(chǎn)生殘膠的區(qū)域。為控制殘膠數(shù)量，可考慮調(diào)整程序軌跡姿態(tài)，減少機器人開關(guān)槍點數(shù)量，將2條PVC膠通過添加過渡軌跡點的方法合并為1條PVC膠，如圖3所示。對機器人姿態(tài)變化較大的位置應(yīng)用較小刷子號以降低堆膠風(fēng)險，如圖4所示。程序軌跡優(yōu)化可減少1組開關(guān)槍點，大幅降低殘膠的發(fā)生率，如圖5所示。

優(yōu)化后的程序經(jīng)過噴涂測試后表明，PVC殘膠百車缺陷數(shù)量由約500個降低至0.11個，密封不良百車缺陷數(shù)量降低為0個，在保證PVC密封性和防腐蝕性能的前提下最大限度減少了PVC殘膠的產(chǎn)生。

4 成果與收益

由于PVC殘膠百車缺陷數(shù)量的降低，總裝因為PVC殘膠干涉安裝造成的清除殘膠的質(zhì)量停線時間顯著下降，如圖6、圖7所示。

由于通過機器人程序軌跡及姿態(tài)優(yōu)化取消了1組開關(guān)槍點，使機器人噴涂過程中幾乎不再產(chǎn)生PVC殘膠，因此，取消了殘膠擦拭操作，節(jié)約了擦車溶劑工業(yè)乙醇及車身擦拭布，降低了工人工時。

工業(yè)乙醇原額定消耗量為44 mL/車，現(xiàn)額定消耗量為40 mL/車，以工業(yè)乙醇單價8元/kg、日產(chǎn)量600臺計算，全年可節(jié)約工業(yè)乙醇506.88 kg，如圖8所示，全年可節(jié)約工業(yè)乙醇采購成本4 055.04元。

車身擦拭布原額定消耗量為2.2片/車，通過取消工人對PVC干涉位置的擦拭操作，現(xiàn)額定消耗量為2片/車，以車身擦拭布單價0.7元/片，日產(chǎn)量600臺計算，全年可節(jié)約車身擦拭布31 680片，如圖9所示。全年可節(jié)約車身擦拭布采購成本22 176元。

PVC殘膠優(yōu)化完成前擦車工位的工作時長為93 s，優(yōu)化后擦車工位的工作時長可以降低至90 s。以日產(chǎn)量600臺計算，全年可降低擦車工位工作時長132 h，如圖10所示。

5 結(jié)束語

本文從總裝車間反饋PVC殘膠干涉安裝問題為出發(fā)點，對殘膠產(chǎn)生的根本原因進行分析。通過對PVC材料參數(shù)、機器人槍嘴溫度和噴涂程序參數(shù)的深入分析，確立了殘膠問題解決措施，即對噴涂程序進行優(yōu)化，減少開關(guān)槍點數(shù)量，將2條膠合并為1條，最大限度減少了殘膠的產(chǎn)生，同時避免了擦車工位對通風(fēng)口區(qū)域的擦拭操作，節(jié)約了擦車溶劑工業(yè)乙醇和車身擦拭布，降低了擦車工位工作時長。

在實際應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)膠槍具有360°高自由度噴涂的優(yōu)勢，能夠靈活改變噴涂姿態(tài)，適合進行復(fù)雜焊縫區(qū)域的曲線噴涂。但旋轉(zhuǎn)膠槍也具有明顯的劣勢，主要表現(xiàn)為噴涂速度慢、涂膠寬度窄、開關(guān)槍點附近殘膠較多等。因此，為提高產(chǎn)能并穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量輸出，計劃對機器人站進行改造升級，用精細(xì)縫密封（FAD）膠槍替代噴涂外觀區(qū)域的旋轉(zhuǎn)膠槍，減少旋轉(zhuǎn)膠槍噴涂過程中形成的涂膠表面紋路及開關(guān)槍點附近殘膠，改善了PVC外觀并降低殘膠飛濺造成總裝安裝干涉的風(fēng)險。將噴涂非外觀區(qū)域的旋轉(zhuǎn)膠槍用三維（3D）膠槍替代，可以顯著提高涂膠速度和涂膠寬度，有助于產(chǎn)能及焊縫密封性的提升。

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