高品質(zhì)汽車涂裝工藝及裝備關(guān)鍵技術(shù)探究

張凡

摘 要：本文將從當(dāng)前高品質(zhì)汽車涂裝的概況出發(fā)，闡述高品質(zhì)汽車涂裝含義，對(duì)高品質(zhì)汽車涂裝的工藝與裝備關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析與探究，希望為相關(guān)人員提供一些幫助和建議，更好地進(jìn)行高品質(zhì)汽車涂裝。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵技術(shù)；涂裝裝備；涂裝工藝

引言：在制造汽車時(shí)，涂裝是十分重要的環(huán)節(jié)與關(guān)鍵工藝?，F(xiàn)階段，我國(guó)使用的關(guān)鍵涂裝工藝、裝備依舊對(duì)國(guó)外引進(jìn)有較大依賴性，因此，研究高品質(zhì)汽車涂裝的工藝與裝備關(guān)鍵技術(shù)具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

一、當(dāng)前高品質(zhì)汽車涂裝的概況

近些年，汽車行業(yè)有了更高的汽車涂裝要求，不僅要裝飾性強(qiáng)、亮度高、閃光高，而且會(huì)用到更多的高級(jí)油漆，常規(guī)轎車就有超過百分之八十的部分使用了金屬閃光漆，同時(shí)，乘用車的涂裝工藝也不斷改進(jìn)，這能夠讓汽車的內(nèi)涵更為豐富，其美觀性也可以得到不同程度的提升。

二、高品質(zhì)汽車涂裝含義

高品質(zhì)汽車的涂裝既可以運(yùn)用到整車方面，又能夠有效運(yùn)用到其它各類汽車零部件，其基本要素為：高性能涂料的運(yùn)用、自動(dòng)噴涂設(shè)備的選取、控制與設(shè)計(jì)工藝參數(shù)等，從而讓最終的汽車涂膜裝飾性強(qiáng)、防腐性高、顏色美觀。通常來講，合理運(yùn)用色彩在汽車涂裝中至關(guān)重要，色彩能夠帶來視覺上的震撼與精神上的感染。對(duì)任何乘用車來講，同時(shí)具備色彩鮮明、外形流暢等特征是再好不過的，這樣能夠讓技術(shù)和藝術(shù)達(dá)到高度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一[1]。

三、高品質(zhì)汽車涂裝的工藝與裝備關(guān)鍵技術(shù)

（一）高品質(zhì)汽車涂裝的工藝

1.涂裝環(huán)節(jié)

在原有噴涂工藝的流程中，涂裝環(huán)節(jié)主要為汽車預(yù)處理、電泳、中涂、面漆等。其中，對(duì)于面漆與中涂這兩個(gè)工序，工廠通常運(yùn)用濕碰濕工藝來噴涂。當(dāng)涂裝完車身電泳以后，借助濕碰濕這一工藝能夠依次開展中涂、噴涂金屬底色漆與噴涂罩光清漆等工作，然后讓漆膜烘干一次性實(shí)現(xiàn)，這樣的工藝叫作三涂一烘工藝，即3C1B。運(yùn)用該工藝后，能夠使中涂烘干的環(huán)節(jié)有效減少，從而讓汽車涂裝投入的中涂烘干爐、工位室清潔工作、中涂打磨都有所減少，以此來實(shí)現(xiàn)輔料與能源等消耗的充分降低，讓生產(chǎn)效率得到不同程度的提升。要想進(jìn)一步與3C1B的汽車涂裝相適應(yīng)，需要積極改進(jìn)涂裝材料。通過把涂裝材料換成各類金屬漆，能夠讓汽車涂裝達(dá)到較高的品質(zhì)，換句話說，金屬漆噴涂的工藝屬于重要的高品質(zhì)汽車涂裝內(nèi)容。然而，金屬漆內(nèi)部成分相對(duì)特殊，這使得噴涂工藝要求也更高[2]。

在噴涂金屬感光漆時(shí)，確保鋁粉排列平行是該噴涂技術(shù)的關(guān)鍵所在，這是因?yàn)槠叫信帕械匿X粉會(huì)增加正面涂層具有的反射光，把金屬光澤更好地展示出來。漆膜在剛涂裝完的一段時(shí)間里，鋁粉處于隨機(jī)排列，伴隨時(shí)間的改變，溶劑揮發(fā)且涂層逐漸收縮自身體積，以此來讓鋁粉實(shí)現(xiàn)排列平行。其涂裝的環(huán)節(jié)為：先使用旋杯靜電噴涂對(duì)金屬底色漆進(jìn)行首次噴涂，且涂膜約為10μm厚度，以此來通過百分之七十的模厚遮蓋住底材。然后，使用空氣靜電噴槍或是空氣噴槍對(duì)金屬底色漆進(jìn)行二次噴涂，且涂膜約為3μm至5μm厚度，以此來對(duì)底色漆當(dāng)前外觀進(jìn)行調(diào)整。另，目前通過油漆材料的優(yōu)化，為提高上漆率，第二道許多基地亦調(diào)整為旋杯機(jī)器人噴涂。整體來看，乘用車逐漸增加了金屬漆內(nèi)腔的使用需求，這使得很多企業(yè)對(duì)于金屬漆的旋杯噴涂需求也越來越大，從而讓乘用車成功地從普通附上顏色轉(zhuǎn)變成高品質(zhì)涂裝。

2.涂裝軌跡

噴涂機(jī)器人軌跡指的是機(jī)器人噴槍在噴涂過程中的空間軌跡，也可以理解成噴槍產(chǎn)生的所有點(diǎn)的集合，其軌跡由噴槍速率及空間路徑兩部分組成。對(duì)噴涂機(jī)器人展開軌跡規(guī)劃時(shí)，應(yīng)按照任務(wù)作業(yè)具體需求，對(duì)預(yù)期運(yùn)動(dòng)軌跡加以計(jì)算，一般把噴涂機(jī)器人手臂作出的動(dòng)作當(dāng)成基于工作坐標(biāo)系的工具坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)。整體來看，噴涂機(jī)器人能夠按照車身具體形狀找出噴涂最佳路徑，確保噴槍與旋杯可以始終通過均勻噴幅與最優(yōu)距離對(duì)車身展開噴涂，以此來提升噴涂質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量涂裝。

3.涂裝生產(chǎn)線評(píng)估

在高質(zhì)量涂裝中，需要對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行評(píng)估，主要包括以下內(nèi)容。第一，車間任務(wù)，包括所承擔(dān)任務(wù)內(nèi)容、范圍，涂裝車型的種類等。第二，產(chǎn)品資料，如外形尺寸、材質(zhì)、白車身質(zhì)量、涂裝面積（電泳和噴涂面積）、對(duì)涂裝質(zhì)量的要求等。第三，生產(chǎn)綱領(lǐng)（即年產(chǎn)量）設(shè)計(jì)產(chǎn)量和近兩年實(shí)際產(chǎn)量，可通過生產(chǎn)線的實(shí)際結(jié)構(gòu)來反推車間的最大產(chǎn)量。第四，工作制度和年時(shí)基數(shù)。原則兩班為主，每班工作時(shí)間按國(guó)家規(guī)定，一二班8h，三班為7h，年時(shí)基數(shù)以年工作254天計(jì)。工作制度和年時(shí)基數(shù)在概念上國(guó)外和我國(guó)有些差別，一般根據(jù)工廠實(shí)行的工作制度確定，沒有國(guó)家規(guī)定。

4.涂裝機(jī)器人品牌

目前，市面上主流的涂裝機(jī)器人品牌有FANUC、ABB、durr等。其中，F(xiàn)ANUC首臺(tái)機(jī)器人問世以來，致力于機(jī)器人領(lǐng)先與創(chuàng)新，F(xiàn)ANUC機(jī)器人產(chǎn)品系列多達(dá)240種，負(fù)重從0.5公斤到1.35噸，廣泛應(yīng)用在裝配、搬運(yùn)、焊接、鑄造、噴涂、碼垛等不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)，滿足客戶的不同需求。ABB機(jī)器人在中國(guó)應(yīng)用以來表現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)，第一，產(chǎn)量翻倍。與物料搬運(yùn)、上下料和過程應(yīng)用領(lǐng)域的其他同類機(jī)器人相比，作業(yè)周期縮短了一半。第二，無需擔(dān)憂邊角切割問題。高速運(yùn)行時(shí)，大多數(shù)機(jī)器人都存在邊角切割的問題。該機(jī)器人采用了獨(dú)特的“大腦”與“肌肉”組合，作業(yè)路徑始終如一。第三，出色的可靠性。ABB機(jī)器人具有出色的可靠性，即便在最惡劣的作業(yè)環(huán)境下，該款機(jī)器人都能應(yīng)對(duì)自如。而durr機(jī)器人品牌的機(jī)器人也有多種優(yōu)點(diǎn)，動(dòng)力性強(qiáng)、給料準(zhǔn)確性高、材料消耗低，通過高性能的動(dòng)力刷變換提高接口密封質(zhì)量，減少了日后的維護(hù)工作量。

從噴涂機(jī)器人來看，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)發(fā)展迅速，大量全新車型涌現(xiàn)，車身設(shè)計(jì)調(diào)整的更加頻繁，在這一背景下，噴涂機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，能夠與汽車生產(chǎn)要求的復(fù)雜多變相適應(yīng)。為了對(duì)高速噴涂適用，在金屬漆二次噴涂與內(nèi)表面噴涂的過程中可選取高速旋轉(zhuǎn)式噴槍。整體來看，技術(shù)先進(jìn)是噴涂機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，后期維護(hù)昂貴、造價(jià)高是其缺陷與不足[4]。

從bell設(shè)備來看，bell設(shè)備是一種新型的汽車涂裝設(shè)備。在原來的噴涂工藝中，借助旋杯自動(dòng)靜電進(jìn)行金屬漆的首次噴涂，占據(jù)百分之七十金屬漆涂膜厚度，隨后借助空氣噴槍進(jìn)行金屬漆的二次噴涂，占據(jù)百分之三十金屬漆涂膜厚度。運(yùn)用bell設(shè)備以后，汽車涂裝時(shí)具有較高的轉(zhuǎn)速，增加了其成形空氣，邊緣為鋸齒形的結(jié)構(gòu)，讓旋杯霧化以后的金屬漆具有更干和更小的直徑，噴涂的最終效果業(yè)余空氣噴槍十分接近?，F(xiàn)階段，我國(guó)出現(xiàn)了bell-bell設(shè)備，該設(shè)備不但能夠讓噴涂的最終效果得到保障，還使油漆利用率進(jìn)一步調(diào)高，由之前的百分之三十至百分之五十提升到百分之七十至百分之八十。

（二）高品質(zhì)汽車涂裝的噴涂機(jī)控制系統(tǒng)

噴涂機(jī)控制系統(tǒng)是高品質(zhì)汽車涂裝的裝備關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建噴涂機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，可將噴涂軌跡與機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)作基礎(chǔ)，然后設(shè)計(jì)并制造出完整的自動(dòng)噴涂系統(tǒng)，最終投入到汽車生產(chǎn)中。按照自動(dòng)噴涂機(jī)流程，需要將分布控制方案運(yùn)用到控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要有建立通訊關(guān)系、配置硬件等內(nèi)容。在噴涂機(jī)工作的過程中，不但要對(duì)不同運(yùn)行系統(tǒng)動(dòng)作進(jìn)行控制，而且要對(duì)旋杯工藝參數(shù)加以控制，包括油漆顏色、高壓靜電、油漆數(shù)量及旋杯轉(zhuǎn)速等。因此，可以通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來控制自由度的運(yùn)動(dòng)，通過氣動(dòng)系統(tǒng)來控制旋杯的工藝參數(shù)。

1.控制過程

某項(xiàng)目的自動(dòng)噴涂系統(tǒng)由四個(gè)側(cè)噴機(jī)與一個(gè)頂噴機(jī)組成，三個(gè)旋杯設(shè)置于頂噴機(jī)上，且各側(cè)噴機(jī)都配備一個(gè)旋杯，因此該系統(tǒng)一共七個(gè)旋杯，因此該項(xiàng)目又稱七杯站項(xiàng)目。使用自動(dòng)噴涂機(jī)進(jìn)行汽車涂裝作業(yè)以前，工作人員先根據(jù)操作程序打開噴涂機(jī)，使其進(jìn)入到待命狀態(tài)。隨后噴漆室中有車身進(jìn)入，對(duì)其顏色與車型等基本信息進(jìn)行人工獲取或是自動(dòng)獲取，然后把這些信息和位置接近開關(guān)得到的信息向噴涂機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送，這時(shí)，噴涂機(jī)的程度會(huì)對(duì)進(jìn)行車型信息的計(jì)算與分析，在車身處于起噴位置時(shí)，開始進(jìn)行自動(dòng)的噴涂，讓旋杯噴涂、仿形運(yùn)動(dòng)一同開展。噴涂完成以后，噴涂機(jī)將會(huì)恢復(fù)至初始位置，繼續(xù)準(zhǔn)備下一個(gè)車身的噴涂。

2.分布式控制系統(tǒng)

在融合計(jì)算機(jī)監(jiān)控、數(shù)字控制、多級(jí)控制等系統(tǒng)后，可以構(gòu)建出分布式的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能如下：管理、監(jiān)控、數(shù)字控制、獲得數(shù)據(jù)。分散控制與集中管理是其主要特點(diǎn)。微處理機(jī)應(yīng)安裝到測(cè)量裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的周圍。一旦管理層級(jí)有問題出現(xiàn)，則控制層級(jí)不會(huì)受到影響，依然可以開展獨(dú)立控制，并且，當(dāng)控制回路故障時(shí)，系統(tǒng)整體也不會(huì)彈回，充分增強(qiáng)了控制方法可靠程度。整體開看，比起多級(jí)控制系統(tǒng)，分布式的控制系統(tǒng)造價(jià)更低、布局更合理、結(jié)構(gòu)更靈活。

3.控制系統(tǒng)中的通信

在分布式的控制系統(tǒng)中，主要有現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層、中間協(xié)調(diào)層與組織管理層等，在各子系統(tǒng)間建立有效通信可以讓交換數(shù)據(jù)的目的得以實(shí)現(xiàn)。其中，維護(hù)人員、操作人員是組織管理層，借助人機(jī)交互的界面可以管理、控制汽車涂裝設(shè)備。plc為中間協(xié)調(diào)層，主要進(jìn)行控制系統(tǒng)整體的串聯(lián)與控制，然后和系統(tǒng)中其它設(shè)備plc通信。而現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層則由plc擴(kuò)展模塊、伺服驅(qū)動(dòng)控制器構(gòu)成。

4.控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)：出于自動(dòng)噴涂機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等需要，應(yīng)合理選取伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊，并基于scout環(huán)境設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。氣路控制系統(tǒng)：汽車涂裝采用mma303高速旋杯總成，這種類型的霧化器配備了氣浮高速蝸輪，能夠?qū)ｉT使用到噴涂金屬漆方面，并且可借助高壓靜電的改變使噴涂水性涂料、溶劑涂料的需求得到滿足。

5.噴涂系統(tǒng)調(diào)試

當(dāng)設(shè)計(jì)完控制系統(tǒng)以后，需要通過wincc軟件對(duì)上位機(jī)監(jiān)控展開編輯與設(shè)計(jì)，隨后再調(diào)試自動(dòng)噴涂系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)監(jiān)控畫面時(shí)，應(yīng)包括自動(dòng)噴涂狀態(tài)、噴涂機(jī)狀態(tài)、進(jìn)車隊(duì)列、噴涂機(jī)動(dòng)作、驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)、旋杯工藝參數(shù)等。調(diào)試自動(dòng)噴涂系統(tǒng)主要是進(jìn)行時(shí)間參數(shù)、噴杯開關(guān)強(qiáng)、噴杯參數(shù)、仿形效果、自由度等內(nèi)容，從而讓噴涂機(jī)最終噴涂效果更佳，提高油漆的質(zhì)量與外觀，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量汽車涂裝。

結(jié)語：總而言之，研究高品質(zhì)汽車涂裝的工藝與裝備關(guān)鍵技術(shù)具有重要的意義。相關(guān)人員應(yīng)對(duì)當(dāng)前高品質(zhì)汽車涂裝的概況有一個(gè)全面了解，明確高品質(zhì)汽車涂裝含義，把握高品質(zhì)汽車涂裝工藝中的涂裝環(huán)節(jié)、涂裝軌跡與涂裝裝備，充分把握其噴涂機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程、分布式控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)通信、控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、噴涂系統(tǒng)調(diào)試等內(nèi)容，從而推動(dòng)體內(nèi)汽車涂裝朝著高品質(zhì)的方向不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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