新型一次成膜軌跡設(shè)計方法在2K清漆噴涂上的研究及應(yīng)用

謝清宏 段盛文 孫俊 羅建波 任強 孫立業(yè)

（重慶長安汽車股份有限公司，重慶，401135）

1 前言

2K清漆（雙組份清漆）涂膜豐滿、裝飾性好、耐候性較好、耐擦傷性能優(yōu)異，從而受到汽車行業(yè)青睞，已成為中高端乘用車漆膜的基本配置。長安汽車從2015年開始進行各基地生產(chǎn)線的2K清漆應(yīng)用改造，至今2K清漆應(yīng)用基本覆蓋所有在產(chǎn)乘用車車型。

近幾年，汽車制造企業(yè)在2k清漆涂料開發(fā)、施工匹配方向上應(yīng)用成熟，2K清漆專用噴涂設(shè)備的使用和維護亦趨于穩(wěn)定，生產(chǎn)效率顯著提高。享受2K清漆高性能和高外觀的同時增加了涂料成本，一公斤2K清漆成本高于1K約30%。因此，長安汽車從2018年開始在減少2K單車耗量、提升涂著率方向上進行新的思考與探索，在實踐中總結(jié)了一套新的軌跡設(shè)計方法應(yīng)用于2K清漆噴涂，本研究將深入解析該套方法設(shè)計理論及實現(xiàn)。

2 2K清漆噴涂工況介紹

某3C1B涂裝工藝60JPH生產(chǎn)線（雙線），2K清漆采用傳統(tǒng)二次成膜的噴涂方式進行噴涂作業(yè)。

L1/R1/L2/R2噴涂清漆第一遍，L3/R3/L4/R4噴涂清漆第二遍，第一遍與第二遍噴涂軌跡和噴涂參數(shù)一致，左右對應(yīng)位置機器人對稱，機器人布局見圖1。

圖1 機器人布局

某車型機器人噴涂分工見表1。

表1 機器人配置和噴涂分工

2K清漆二次成膜噴涂存在幾個問題。

a.四門主要面與邊緣部位不易單獨調(diào)試噴涂參數(shù)，當(dāng)優(yōu)化邊緣部位缺陷時會影響主要面外觀質(zhì)量；

b.單臺機器人在有限作業(yè)范圍內(nèi)需完成大區(qū)域噴涂作業(yè)，噴涂速度一般不低于650 mm/s,無法以更低速度進行噴涂。

3 提升涂著率方法的研究

3.1 高壓與涂著效率關(guān)系

靜電噴涂中，被涂物為正極，旋杯為負(fù)極，在兩極之間施加高電壓后產(chǎn)生強電吸引力，使霧化后的漆霧顆粒傳輸?shù)奖煌课锉砻妗８唠妷旱拇笮∮绊戩o電噴涂的靜電效應(yīng)、涂著效率、漆膜的均勻性。

某品牌霧化器在實驗室理想環(huán)境下研究高壓大小與涂著效率關(guān)系，如圖2所示，40～60 kV時，隨高壓增加，涂著效率快速增加；60～100 kV，隨高壓增加，涂著效率增加平緩。

圖2 涂著效率與高壓關(guān)系

在實際生產(chǎn)狀態(tài)下，涂料噴涂狀態(tài)受設(shè)備、風(fēng)速、溫濕度、涂料性能等因數(shù)影響。為了準(zhǔn)確分析高壓與涂著效率的關(guān)系，結(jié)合實際噴涂參數(shù)進行實驗驗證。實測關(guān)系如圖3，涂著效率隨高壓增加而增加，若將現(xiàn)場60 kV提升至80 kV噴涂時，涂著效率可提升約7%。

圖3 涂著效率與高壓現(xiàn)場實測關(guān)系

理論上，可嘗試將現(xiàn)場60 kV高壓提升至80 kV進行噴涂作業(yè)，但是，高壓增加靜電效應(yīng)亦明顯增加，邊緣、尖角積漆效應(yīng)明顯。

3.2 噴涂速度與涂著效率關(guān)系

理論上較低噴涂速度相比較高的噴涂速度，從被噴涂物上溢出的油漆少，落在被涂物上的油漆多，涂著效率高。結(jié)合實際生產(chǎn)狀態(tài)設(shè)計驗證試驗，實測關(guān)系見圖4，涂著率跟隨噴涂速度增加而減小，若將現(xiàn)場650 mm/s降至400 mm/s進行噴涂作業(yè)，涂著率增加約4.5%。

圖4 噴涂速度與涂著效率關(guān)系

降低噴涂速度是提高涂著漆率的一個有效方法，然而，由于機器人工作范圍限制，現(xiàn)有機器人分配及成膜方式下已無法降低噴涂速度，需探索一種新的軌跡設(shè)計策略。

4 新型一次成膜軌跡設(shè)計

4.1 設(shè)計思路

一次成膜分為傳統(tǒng)一次成膜和新型一次成膜。在原有8臺機器人實現(xiàn)兩遍噴涂基礎(chǔ)上，舍去第二遍噴涂，即軌跡不變，加大噴涂流量來實現(xiàn)原有膜厚，為傳統(tǒng)一次成膜軌跡設(shè)計方法。此種成膜法不能實施提升電壓，降低噴涂速度等措施，因此無法提升涂著效率，減少噴涂耗量。

新型一次成膜軌跡設(shè)計法為一次成膜、主要面與邊沿噴涂軌跡噴涂參數(shù)分別設(shè)計。

新型一次成膜軌跡設(shè)計方法如下。

a.將車身大面與邊緣軌跡分開設(shè)計，邊緣軌跡設(shè)置單獨可調(diào)的刷子；

b.車身大面采取“大噴幅、大流量、高電壓”噴涂，邊緣采取“小噴幅、低流量、低電壓”噴涂；

c.車身一噴涂區(qū)域由兩臺機器人完成二次成膜方式的噴涂方式，改變?yōu)閮膳_機器人共同完成一次成膜（將該區(qū)域劃分成兩部分，分別由兩臺機器人獨立完成）。因此在機器人噴涂時間不變情況下，可以實現(xiàn)降低噴涂速度，提高涂著效率。

4.2 軌跡設(shè)計

由于機器人工作范圍限制，在相同軌跡數(shù)量不變情況下，降低噴涂速度，需將一部分軌跡分擔(dān)給另外一臺機器人。因此采用兩臺機器人交錯噴方式，例如L1/L3都是噴涂立面，噴涂區(qū)域分配如表2。

表2 立面2臺一次成膜噴涂分工

某車型8臺一次成膜軌跡設(shè)計見圖5。

圖5 某車型8臺一次成膜軌跡

某車型原有兩次成膜、傳統(tǒng)一次成膜和新型一次成膜設(shè)計參數(shù)對比見表3。

表3 三種成膜方法設(shè)計參數(shù)

新型一次成膜方法的本質(zhì)是規(guī)劃新型軌跡，為提升噴涂電壓，降低噴涂速度提供基礎(chǔ)條件，從而實現(xiàn)涂著效率提升，噴涂耗量降低。

4.3 新型一次成膜軌跡設(shè)計主要優(yōu)點

a.主要面采用大流量、高電壓、低噴涂速度的噴涂參數(shù)，實現(xiàn)涂著效率提升，噴涂耗量降低。

b.邊緣部位(四門兩罩扣合邊)肥邊、針孔、痱子等外觀缺陷，其根本原因是該部位積漆超量導(dǎo)致。這是靜電噴涂自身所帶來的弊端，只能通過降低噴涂流量、降低靜電效應(yīng)來進行優(yōu)化。新型一次成膜軌跡設(shè)計能很好地實現(xiàn)邊緣部位“小噴幅，低流量，低電壓”的單獨調(diào)節(jié)，且不影響主要面外觀質(zhì)量，對邊肥邊、針孔、痱子等外觀缺陷得到很好控制。

4.4 驗證效果

某量產(chǎn)車型，采用新型一次成膜軌跡經(jīng)過多輪2K清漆單層調(diào)試和整車復(fù)合層調(diào)試，達(dá)到兩次成膜同等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，進行單車耗量統(tǒng)計分析見表4，2種外觀CF值見表5。

表4 2種成膜方式的單車耗量

表5 2種外觀CF值（立面）

相同外觀和漆膜厚度下，2K清漆采用新一次成膜噴涂相比傳統(tǒng)二次成膜單車耗量降低約11.5%，效果顯著。

5 結(jié)束語

a.新型一次成膜軌跡設(shè)計法一次成膜、主要面與邊沿噴涂軌跡與噴涂參數(shù)分別設(shè)計。

b.新型一次成膜軌跡設(shè)計法主要面采用“大流量、低速度、高電壓”進行新參數(shù)噴涂，實現(xiàn)涂著效率提升，噴涂耗量降低，同時能很好實現(xiàn)邊沿部位“小噴幅、低流量、低電壓”的單獨調(diào)節(jié)，不影響大面外觀質(zhì)量。對邊肥邊、針孔、痱子等外觀缺陷得到很好控制。

c.應(yīng)用新的軌跡設(shè)計方法，相同外觀和漆膜厚度下，2K清漆采用新型一次成膜噴涂相比傳統(tǒng)二次成膜單車耗量降低約11%，效果顯著，并在多生產(chǎn)線上推廣應(yīng)用。