摘要：為降低汽車涂裝車間原材料成本，針對電泳漆、焊縫密封膠、色漆、清漆、發(fā)泡膠、蠟等原材料提出耗量節(jié)約方案，以某涂裝車間聚氯乙烯（PVC）材料消耗量降低為例，通過分析材料浪費(fèi)的來源，從設(shè)備、工藝、質(zhì)量等方面提出增加單桶材料利用率、降低更換膠桶時(shí)手工排膠量及生產(chǎn)過程中機(jī)器人排膠量等減少材料浪費(fèi)的方法，大幅降低了單車材料耗量，降低了材料成本。

關(guān)鍵詞：PVC壓盤排膠流量成本中圖分類號(hào)：U466 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20250001

Abstract：To reduce the raw material cost of automobile painting shop，this paper proposes a plan to reduce the materialconsumptionofelectrophoreticcoating，weldseamsealant，lacquer，vanish，polystyrenefoam，wax，etc.Taking PVC material consumption reduction ofapaint shop as an example，this paper，by analyzing the source of material waste，proposes the methodologyof material wastereduction byincreasing theutilizationof material perbucket in aspects of equipment，process，quality，etc.，reducing the manual glue application when changing bucket and reducing glueapplication amount of robotduring production，which reduces the material consumption pervehicle significantly and reduces material cost.

Keywords：PVC，Barrelplate，Purgematerial，F(xiàn)lowrate，Cost

1前言

在汽車涂裝工藝過程中，聚氯乙烯（PolyvinylChloride，PVC）膠主要用于焊縫密封，具有防止車身漏水、鋁鐵材料接觸面防腐、總裝零件安裝面摩擦等功能，靠近主地板尾部的PVC膠還具有防石擊的作用。

工刷膠是為保證PVC密封性及外觀等質(zhì)量要求，在機(jī)器人涂膠或手工涂膠的基礎(chǔ)上進(jìn)行的必要人工操作，不會(huì)產(chǎn)生額外的材料消耗。PVC浪費(fèi)主要表現(xiàn)在膠桶底部余膠、換膠過程手工排膠和機(jī)器人排膠，應(yīng)減少PVC浪費(fèi)以降低材料消耗量。

2PVC材料消耗量節(jié)約策略

PVC材料按照應(yīng)用位置可劃分為車身膠、車底膠和頂溝膠。PVC材料在生產(chǎn)過程中的消耗主要包括正常工藝噴涂和浪費(fèi)。PVC工藝由機(jī)器人涂膠、手工涂膠、手工刷膠3個(gè)部分組成，其中，機(jī)器人涂膠和手工涂膠會(huì)造成PVC材料的消耗，手

PVC膠供膠系統(tǒng)采用雙級增壓方式運(yùn)行，其中，一級增壓泵直接作用于膠桶內(nèi)部PVC膠。由于PVC膠相對黏度較電泳漆、面漆、清漆、蠟等原材料高，當(dāng)膠桶內(nèi)部PVC膠即將用盡時(shí)，壓盤與PVC之間存在一定量的空氣，空氣隨材料進(jìn)人供膠系統(tǒng)，導(dǎo)致一級及二級增壓泵空打，影響產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)降低了設(shè)備的使用壽命。因此，需要設(shè)置合理的余膠量，同時(shí)降低成本并保證設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定[2]。

當(dāng)膠桶中PVC膠即將用盡時(shí)，膠桶液位傳感器對膠桶最低液位進(jìn)行識(shí)別，供膠系統(tǒng)觸發(fā)切泵動(dòng)作，新膠桶啟用。新膠使用前需排凈罐裝材料過程中混入的空氣，因此，需要手工排出膠桶上表面PVC膠約 30kg ，以避免空氣混入供膠系統(tǒng)造成增壓泵空打或氣泡隨材料經(jīng)過機(jī)器人噴涂至車身造成焊縫密封不良、外觀不良或氣泡炸槍。

為防止PVC材料在制造過程中混入雜質(zhì)或某組分聚集成較大顆粒堵塞機(jī)器人槍嘴，在較長時(shí)間停機(jī)后，PVC機(jī)器人在噴涂車身前需進(jìn)行排膠，單次排膠量平均約為 40g 。單次排膠量由排膠程序設(shè)定的排膠流量和單次排膠時(shí)間決定。為避免排膠量過少堵塞槍嘴，可在單次排膠時(shí)間不變的情況下，降低排膠流量以降低成本。

3PVC材料節(jié)約實(shí)施方案

3.1 PVC生產(chǎn)線供膠系統(tǒng)

PVC生產(chǎn)線分別由3組供膠系統(tǒng)提供車身膠、頂溝膠和車底膠。3組供膠系統(tǒng)均向機(jī)器人和手工工位同時(shí)供膠，由于機(jī)器人系統(tǒng)存在材料循環(huán)過程，因此，3組供膠系統(tǒng)均設(shè)有機(jī)器人輸膠管路和回膠管路。而手工系統(tǒng)不存在材料循環(huán)過程，因此，3組供膠系統(tǒng)僅有手工輸膠管路。3組供膠系統(tǒng)均具有一級增壓泵，且每組系統(tǒng)一級增壓泵均為一用一備，可保證連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

車身膠供膠系統(tǒng)如圖1所示，材料通過一級增壓泵后分別進(jìn)人車身機(jī)器人二級增壓泵和車身手工二級增壓泵。相比于車底區(qū)域，車身區(qū)域機(jī)器人數(shù)量較少，手工工位數(shù)量較多，因此，車身供膠系統(tǒng)中機(jī)器人二級增壓泵比車底供膠系統(tǒng)少，而手工二級增壓泵比車底供膠系統(tǒng)多。

頂溝膠供膠系統(tǒng)如圖2所示，其與車身膠及車底膠供膠系統(tǒng)的主要區(qū)別是沒有二級增壓泵，這是由于頂溝膠相對黏度較低，如果經(jīng)過雙極增壓會(huì)加劇材料剪切變稀特性，導(dǎo)致相對黏度進(jìn)一步下降，存在流掛或干涉等質(zhì)量問題。應(yīng)用頂溝膠的機(jī)器人和手工工位均比車身膠及車底膠少。

車底膠供膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與車身膠供膠系統(tǒng)相似，如圖3所示。

車身機(jī)器人回膠管路0 r車身手工輸膠管路 車身機(jī)器人輸膠管路0車身手工二級增壓泵 車身機(jī)器人二級增壓泵0 ①0車身膠一級增壓A泵 車身膠一級增壓B泵

圖1PVC生產(chǎn)線車身膠供膠系統(tǒng)

圖2PVC生產(chǎn)線頂溝膠供膠系統(tǒng)

圖3PVC生產(chǎn)線車底膠供膠系統(tǒng)

3.2膠桶底部余膠節(jié)約方案

為減少生產(chǎn)過程中膠桶底部剩余膠量，在PVC車身和車底膠泵房進(jìn)行膠桶壓盤最低位置優(yōu)化測試。其中，車身膠、頂溝膠和車底膠各2個(gè)膠桶參與測試，測試的主要目的是在不造成設(shè)備及質(zhì)量問題的前提下盡可能降低壓盤最低位置，最大程度減少切泵后膠桶中的殘余膠量。具體測試方法為每隔 5mm 降低壓盤最低位置，每次調(diào)整壓盤最低位置后在原膠桶切換新膠桶前對供膠系統(tǒng)一級增壓壓力、二級增壓壓力、各機(jī)器人槍嘴出膠壓力進(jìn)行測量，如表1所示。

表1PVC供膠系統(tǒng)壓盤最低位置與供膠壓力

由表1可知，隨著供膠系統(tǒng)壓盤最低位置的不斷降低，車身膠、頂溝膠、車底膠的一級增壓壓力和二級增壓壓力升高，槍嘴壓力降低。以車身膠供膠系統(tǒng)為例，在正常生產(chǎn)過程中，壓盤最低位置為 50mm ，對應(yīng)的一級增壓壓力為 5.0MPa ，二級增壓壓力為 14.7MPa ，槍嘴壓力為 8.4MPa 。當(dāng)壓盤最低位置下降至 25mm 時(shí)，一級增壓壓力為 6.3MPa ，超過設(shè)備允許的最大值 6.0MPa ，二級增壓壓力為 18.6MPa ，超過設(shè)備允許的最大值18.0MPa 槍嘴壓力為 3.1MPa ，低于設(shè)備允許的最小值 4.0MPa 。因此，當(dāng)壓盤高度降低至 25mm 時(shí)，系統(tǒng)供膠壓力已不在設(shè)備允許范圍內(nèi)，長期運(yùn)行會(huì)造成設(shè)備損壞。因此，車身膠供膠系統(tǒng)的壓盤最低位置應(yīng)為 30mm 。頂溝膠供膠系統(tǒng)僅有一級增壓，設(shè)備允許的一級增壓壓力最大值為19.0MPa ，槍嘴壓力最小值為 3.0MPa ，因此，頂溝膠供膠系統(tǒng)的壓盤最低位置應(yīng)為 25mm 。車底膠供膠系統(tǒng)與車身膠供膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，設(shè)備充許的一級增壓壓力、二級增壓壓力和槍嘴壓力范圍與車身膠相同，因此，車底膠供膠系統(tǒng)壓盤最低位置應(yīng)為 30mm 。

除供膠系統(tǒng)外，還應(yīng)對PVC噴涂質(zhì)量進(jìn)行測試，保證壓盤位置下降后輸出質(zhì)量合格的產(chǎn)品，具體測試方法為每隔 5mm 降低壓盤最低位置，每次調(diào)整壓盤最低位置后在切換新膠桶前考核車身噴涂質(zhì)量，每個(gè)壓盤位置選取連續(xù)20臺(tái)車進(jìn)行涂膠完整性、密封性、外觀、殘膠、膠泡等質(zhì)量考核，如表2所示。

表2PVC供膠系統(tǒng)壓盤最低位置與噴涂質(zhì)量

由表2可知，隨著供膠系統(tǒng)壓盤最低位置的不斷降低，車身膠、頂溝膠、車底膠的密封不良、外觀不良、殘膠、膠泡百車缺陷數(shù)量（FaultPerHundredvehicle，F(xiàn)PH）升高。以車身膠供膠系統(tǒng)為例進(jìn)行說明，隨著壓盤最低位置的逐漸降低，供膠系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生空氣層的可能性逐漸提高，這是由于泵桶內(nèi)剩余的PVC膠量越少，與壓盤接觸的最上層PVC膠的表面形態(tài)越不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為表面平整程度變差，易在壓盤與PVC膠之間形成空氣層，另外，最上層的PVC膠先于下層PVC膠進(jìn)入供膠管路，從而造成部分空氣隨PVC膠從供膠管路進(jìn)入機(jī)器人內(nèi)部，再由機(jī)器人槍嘴噴涂在車身上。混入空氣的PVC膠會(huì)降低膠條有效厚度，密封性能變差，易產(chǎn)生密封不良。在空氣的作用下，機(jī)器人涂膠開關(guān)槍位置會(huì)產(chǎn)生炸槍現(xiàn)象，即涂膠壓力突然變化引起膠條寬度、厚度和平順度異常，在機(jī)蓋和后蓋等可見區(qū)域，炸槍產(chǎn)生的膠條外觀不良格外突出。炸槍還會(huì)導(dǎo)致膠條開關(guān)槍位置殘膠飛濺增多，當(dāng)殘膠落到外觀可見區(qū)域或總裝安裝區(qū)域時(shí)，會(huì)產(chǎn)生PVC外觀及干涉問題。當(dāng)四門兩蓋的PVC內(nèi)部存在空氣層時(shí)，濕膠狀態(tài)下目測無法識(shí)別質(zhì)量缺陷，在經(jīng)過PVC烤箱烘烤后，存在空氣層的PVC膠條產(chǎn)生的膠泡數(shù)量和尺寸均顯著增加。PVC膠泡產(chǎn)生的根本原因是裝焊折邊中存在空氣，經(jīng)過PVC烤箱后空氣膨脹擠壓PVC膠條形成膠泡。PVC膠內(nèi)部的空氣同樣會(huì)在PVC烤箱中受熱膨脹，與折邊中存在的空氣共同促進(jìn)膠泡的產(chǎn)生。當(dāng)壓盤高度降低至 20mm 時(shí)，密封不良百車缺陷數(shù)由0上升至5，超出了目標(biāo)控制值4，外觀不良百車缺陷數(shù)由5上升至10，超出了目標(biāo)控制值8，殘膠百車缺陷數(shù)由5上升至10，超出了目標(biāo)控制值8，膠泡百車缺陷數(shù)為1432，超出目標(biāo)控制值1200。因此，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，車身膠供膠系統(tǒng)壓盤最低位置為 25mm 。通過試驗(yàn)可知，頂溝膠供膠系統(tǒng)壓盤最低位置為 25mm ，車底膠供膠系統(tǒng)壓盤最低位置為 25mm 。

結(jié)合設(shè)備試驗(yàn)和質(zhì)量試驗(yàn)的結(jié)果，可得膠桶底部余膠節(jié)約的具體實(shí)施方案：通過降低供膠系統(tǒng)壓盤最低位置充分利用泵桶中PVC膠，減少桶底余膠，壓盤最低位置需同時(shí)保證設(shè)備正常運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量，壓盤最低位置如表3所示。

3.3新膠桶啟用過程中手工排膠量節(jié)約方案

減少新膠桶啟用過程中手工排膠量是降低PVC膠消耗量的主要手段之一。為避免降低手工排膠量對設(shè)備和質(zhì)量的不利影響，需分別進(jìn)行排膠量降低的設(shè)備壓力測試和產(chǎn)品質(zhì)量測試。目前，車身膠、頂溝膠和車底膠的新膠桶手工排膠量分別為 30kg?10kg?30kg ，設(shè)備壓力測試的具體方法為逐漸降低手工排膠量進(jìn)行測試，每次降低 2kg ，每次開始應(yīng)用新膠桶涂膠后對供膠系統(tǒng)一級增壓壓力、二級增壓壓力、各機(jī)器人槍嘴出膠壓力進(jìn)行測量，如表4所示。

表4各種類PVC供膠系統(tǒng)手工排膠量與供膠壓力的關(guān)系

由表4可知，在滿足供膠系統(tǒng)一級增壓壓力、二級增壓壓力、各機(jī)器人槍嘴出膠壓力要求的前提下，車身膠供膠系統(tǒng)、頂溝膠供膠系統(tǒng)、車底膠供膠系統(tǒng)允許的單桶最小排膠量分別為24kg.8kg.24kg

除進(jìn)行設(shè)備試驗(yàn)外，還需進(jìn)行質(zhì)量試驗(yàn)，對供膠系統(tǒng)允許的單桶最小排膠量進(jìn)行測試。質(zhì)量試驗(yàn)需逐漸降低手工最小排膠量，每次降低 2kg ，在應(yīng)用新膠桶開始涂膠后，對噴涂的前100臺(tái)車進(jìn)行涂膠完整性、密封性、外觀、殘膠、膠泡等考核，如表5所示。

表5PVC供膠系統(tǒng)手工排膠量與噴涂質(zhì)量

由表5可知，在保證涂膠質(zhì)量的前提下，車身膠供膠系統(tǒng)、頂溝膠供膠系統(tǒng)、車底膠供膠系統(tǒng)允許的單桶最小排膠量分別為 22kg 、6kg、22kg 。

結(jié)合設(shè)備試驗(yàn)和質(zhì)量試驗(yàn)結(jié)果，可獲得新膠桶啟用過程中手工排膠量節(jié)約的具體方案：通過減少手工排膠量，充分利用泵桶中PVC膠，同時(shí)保證設(shè)備正常運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量，最低手工排膠量如表6所示。

表6PVC供膠系統(tǒng)新膠桶最低手工排膠量 kg

3.4機(jī)器人排膠量節(jié)約方案

按照噴涂位置不同，PVC涂膠機(jī)器人可分為車身機(jī)器人、頂溝機(jī)器人和車底機(jī)器人。為保證槍嘴涂膠壓力正常并盡可能減少槍嘴噴涂過程中的堵塞現(xiàn)象，需對各機(jī)器人槍嘴進(jìn)行排膠，具體排膠時(shí)機(jī)及頻次如表7所示。

為提升降本增效的效果，改進(jìn)了PVC膠生產(chǎn)過程，提高了材料熟化過程的真空度，有效減少了材料體系中的空氣。通過提高對攪拌時(shí)間和攪拌溫度的控制精度，使PVC樹脂及填料以較小的顆粒均勻分散在材料體系中，減少了PVC機(jī)器人槍嘴堵塞。

為降低機(jī)器人排膠量，同時(shí)保證設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量，需采用降低機(jī)器人單次排膠流量而單次排膠時(shí)間和排膠頻次不變的方式進(jìn)行試驗(yàn)，具體測試方法是機(jī)器人排膠流量每次降低 2mL/s ，對不同排膠流量下的機(jī)器人槍嘴壓力、百噸材料堵槍次數(shù)、涂膠完整性、密封性、外觀質(zhì)量、殘膠數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而確定各機(jī)器人最小排膠流量，如表8所示。

以車身機(jī)器人為例對機(jī)器人最小排膠流量進(jìn)行分析。隨著機(jī)器人排膠流量的降低，槍嘴壓力逐漸增大，這是由于供膠系統(tǒng)中材料內(nèi)部的雜質(zhì)沒有及時(shí)排出，部分雜質(zhì)堵塞槍嘴。槍嘴壓力標(biāo)準(zhǔn)范圍為 4～25MPa ，因此，當(dāng)排膠流量下降至 3mL/s 時(shí)，槍嘴壓力達(dá)到 26.4MPa ，超出了壓力上限。機(jī)器人槍嘴堵槍會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，堵槍導(dǎo)致機(jī)器人噴涂的膠條變窄或膠條中央分叉。膠條變窄會(huì)導(dǎo)致涂膠位置偏離焊縫，形成密封不良。膠條中央分叉會(huì)在可見區(qū)域產(chǎn)生外觀問題，在總裝安裝位置產(chǎn)生干涉。當(dāng)排膠流量下降至 3mL/s 時(shí)，密封不良百車缺陷數(shù)量、外觀不良百車缺陷數(shù)量、殘膠百車缺陷數(shù)量均超過質(zhì)量目標(biāo)上限，因此，從設(shè)備運(yùn)行和質(zhì)量控制的角度出發(fā)，車身機(jī)器人排膠流量最小值為 5mL/s 。同理，可確定頂溝機(jī)器人排膠流量最小值為 8mL/s ，車底機(jī)器人排膠流量最小值為 9mL/s 。

表8各PVC機(jī)器人排膠流量與噴涂壓力和質(zhì)量的關(guān)系

4PVC材料耗量節(jié)約成果

4.1PVC膠全年消耗桶數(shù)計(jì)算

根據(jù)各種類PVC膠單車消耗量、全年生產(chǎn)數(shù)量和材料單桶質(zhì)量計(jì)算全年消耗桶數(shù)，如表9所示。

4.2 PVC泵桶底部余膠節(jié)約效果

根據(jù)各種類PVC密度、泵桶半徑、優(yōu)化前后桶底余膠高度和全年消耗桶數(shù)，可計(jì)算出各種類PVC膠全年節(jié)約桶底余膠質(zhì)量，如表10所示。桶底余膠高度優(yōu)化前、后各種類PVC膠全年桶底余膠質(zhì)量對比數(shù)據(jù)如圖4所示。

表10PVC膠泵桶底部余膠節(jié)約質(zhì)量

4.3PVC膠新膠桶啟用后手工排膠量節(jié)約效果

根據(jù)優(yōu)化前、后PVC膠新膠桶啟用后單桶手工排膠質(zhì)量和全年消耗桶數(shù)，可獲得PVC膠全年手工排膠節(jié)約質(zhì)量，如表11所示。單桶PVC手工排膠質(zhì)量優(yōu)化前、后PVC膠全年手工排膠質(zhì)量對比數(shù)據(jù)如圖5所示。

表11PVC新膠桶啟用后手工排膠節(jié)約質(zhì)量

圖5優(yōu)化前、后PVC新膠桶手工排膠量

4.4PVC涂膠機(jī)器人排膠量節(jié)約效果

PVC涂膠機(jī)器人全年排膠量與全年生產(chǎn)時(shí)長密切相關(guān)，以雙班生產(chǎn)模式為例，全年生產(chǎn)52周，每周生產(chǎn)6天，計(jì)算獲得全年排膠次數(shù)，如表12所示。

根據(jù)優(yōu)化前、后PVC涂膠機(jī)器人單次排膠流量、單次排膠時(shí)間、全年排膠次數(shù)、密度，可計(jì)算出全年排膠節(jié)約質(zhì)量，如表13所示。單次排膠流量優(yōu)化前、后年排膠質(zhì)量對比如圖6所示。

表13PVC機(jī)器人排膠節(jié)約質(zhì)量

圖6優(yōu)化前、后PVC機(jī)器人排膠量

通過對PVC泵桶底部余膠質(zhì)量、PVC新膠桶啟用過程手工排膠質(zhì)量以及PVC機(jī)器人排膠質(zhì)量優(yōu)化，可獲得車身膠共節(jié)約27.288t/年，頂溝膠共節(jié)約0.497t/年，車底膠共節(jié)約63.175t/年。以PVC材料采購成本22000元/t計(jì)算，全年可節(jié)省PVC材料采購成本200.112萬元。

5 結(jié)束語

PVC材料消耗量降低顯著降低了涂裝車間生產(chǎn)成本，在充分利用設(shè)備潛能并保證合格產(chǎn)品質(zhì)量的條件下提高了PVC材料利用率。未來，可考慮在滿足質(zhì)量要求的前提下減少PVC膠的噴涂量。在機(jī)器人程序設(shè)計(jì)方面，可考慮降低機(jī)器人噴涂單條PVC的體積及多條PVC的搭接面積，減少不必要的疊槍噴涂。在材料方面，可引入低密度PVC膠進(jìn)行噴涂，進(jìn)一步降低PVC材料的使用量。

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