LASD在汽車涂裝線中的應(yīng)用

王 哲 （江鈴汽車股份有限公司制造部，江西南昌 330052）

0 引言

公司新工廠投產(chǎn)時，根據(jù)產(chǎn)品平臺化開發(fā)策略，以及工廠自動化和智能化的需求，傳統(tǒng)的阻尼墊被LASD（Liquid Applied Sound Deadener，液態(tài)化施工隔音阻尼材料）所取代。通過對生產(chǎn)線設(shè)計及LASD在車型中的應(yīng)用進(jìn)行分析，找出設(shè)計和應(yīng)用中的問題點及難點，并根據(jù)各自的特點進(jìn)行逐一解決，從而實現(xiàn)工藝、產(chǎn)品、質(zhì)量的最優(yōu)化。

1 LASD材料的特點

目前公司在用的LASD是1種水性丙烯酸體系的阻尼材料，提供車身隔音降噪的功能，提升整車的NVH［Noise（噪聲），Vibration（振動）和Harshness（聲振粗糙度）］性能。LASD由水性乳液、固體填料、功能助劑3部分組成。在烘烤成膜過程中，隨著水分的蒸發(fā)，乳液粒子相互靠近熔融成膜。成膜過程為物理過程，無化學(xué)反應(yīng)，安全環(huán)保。與阻尼墊相比，LASD對環(huán)境更友好，同時也為汽車的輕量化做出貢獻(xiàn)。

1.1 LASD的阻尼機(jī)理

LASD的阻尼機(jī)理主要是當(dāng)溫度由低向高發(fā)展并通過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時，材料內(nèi)部高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生變化，與分子結(jié)構(gòu)形態(tài)相關(guān)的黏彈性也隨之發(fā)生變化。這一變化同時也反映在儲能模量、損耗模量和阻尼系數(shù)上，LASD中乳液的玻璃化溫度剛好與涂裝線面漆烘干需求匹配從而提供了優(yōu)異的阻尼性能；此外，高片徑比填料能增強(qiáng)LASD材料在震動時內(nèi)部的摩擦力，將更多的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，增強(qiáng)阻尼性能。

1.2 LASD的阻尼減震效果

圖1為傳統(tǒng)瀝青阻尼墊與LASD的阻尼頻響曲線。其中A、B、C為3家不同廠商提供的LASD阻尼樣品，噴涂厚度均為2.5 mm。

一般而言，曲線的峰值越低，阻尼減震效果越好。由圖1可以看出，瀝青的峰值最高。B和C明顯比瀝青阻尼墊的峰值低。顯然，從減震效果來看，LASD明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的瀝青阻尼墊，能更好地滿足NVH的要求。

圖1 阻尼墊和不同品牌水性LASD的阻尼頻響曲線Figure 1 Damping frequency response curves of damping pads and different brands of water-based LASDs

1.3 LASD的膜厚

在確定材料的特性后，還需要確定合適的膜厚，從而在成本、節(jié)拍、NVH效果中找到1個平衡點。單純從厚度來看，LASD噴涂得越厚，減震效果越好，但隨著膜厚的增加，車身質(zhì)量增加同時噴涂的節(jié)拍延長，材料用量上漲，成本增加。圖2為不同膜厚阻尼墊的頻響曲線。從2.5 mm、2.8 mm、3.0 mm 3個厚度的對比來看，差異不是特別明顯。因此最終選擇LASD的膜厚是2.5 mm。

圖2 不同膜厚LASD的頻響曲線Figure 2 Frequency response curves of LASD with different film thicknesses

1.4 LASD的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）含量和氣味

按照EPA（美國環(huán)保局）方法24對LASD進(jìn)行VOC測試，測得的VOC排放值為0。這說明LASD使用過程中無VOC排放，有助于改善車內(nèi)的使用環(huán)境，對人體也是無毒無害的，與傳統(tǒng)的瀝青阻尼墊相比，這是一項較大的創(chuàng)新。同時對氣味進(jìn)行了測定，取3種狀態(tài)的LASD制板，按照標(biāo)準(zhǔn)測量方法進(jìn)行測量，在5位專業(yè)人員的評判下，氣味等級評定從2.0到3.0，完全能夠滿足要求。

1.5 LASD的減重

現(xiàn)在對整車質(zhì)量的控制要求很嚴(yán)格，而LASD的應(yīng)用也在減重的道路上做出了貢獻(xiàn)。表1為相同膜厚條件下不同材料的減重比例。從表1中可以看出，3個樣品的減重比例都超過了30 %。

表1 相同膜厚條件下不同材料的減重比例Table 1 Weight loss ratio of different materials with the same film thickness

2 LASD在車身中的應(yīng)用區(qū)域

根據(jù)NVH的要求，LASD的應(yīng)用區(qū)域整體和阻尼墊的區(qū)域相同，但是LASD材料的特性決定了其與地板的孔塞、孔蓋、焊縫膠等不易直接重疊，對相應(yīng)的區(qū)域需進(jìn)行避讓，因此我們在切換過程中需針對LASD的特點進(jìn)行重新設(shè)計。對需適當(dāng)延長或加大的區(qū)域進(jìn)行加大延長，部分需要偏移或者取消的直接減少了噴涂區(qū)域。LASD的位置精確性較好，明顯優(yōu)于阻尼墊。目前其在乘用車車身上的應(yīng)用區(qū)域包含空氣室蓋板、前圍板、前地板、后地板、輪轂、頂蓋等。

3 LASD的工位設(shè)計

室體整體采用上送風(fēng)和下自然排風(fēng)設(shè)計，送風(fēng)自然溢流進(jìn)入車間，作為車間風(fēng)平衡中的一部分；風(fēng)量設(shè)計按照常規(guī)工位的風(fēng)量設(shè)計進(jìn)行，一般為1 000～1 500 m3·（h·m）-1；壁板設(shè)計采用全封閉式，頂部設(shè)置送風(fēng)口；地面采用混凝土地面；機(jī)器人底座導(dǎo)軌安裝在地面上。工位內(nèi)配置照明、壓縮空氣、純水管路。室體的尺寸根據(jù)機(jī)器人的布置來確定。

4 LASD機(jī)器人工位配置

LASD機(jī)器人工作的工位主要是一個工作站，配置2臺帶軌道的機(jī)器人。機(jī)器人詳細(xì)的配置如下：

2臺IRB 4400機(jī)器人；2個ABB Flextrack軌道；1套機(jī)器人七軸自動潤滑系統(tǒng)；2套3D膠槍；2套不銹鋼雙定量泵式供膠控制系統(tǒng)，集成電加熱功能；2套IRC5控制柜；2套示教器；1套ISRA汽車定位觀測系統(tǒng)，兼具對車身的二次識別校驗功能；1套電氣柜，包括1套AB 1756-L73S PLC和以太網(wǎng)用于站間I/O通訊，1套電源柜；1套PLC控制柜專用空調(diào)，含蒸發(fā)器；1套人機(jī)界面操作臺；1套安全裝置，包括2個門開關(guān)，5個緊急停止按鈕和輸送鏈的互鎖（編碼器，車型和顏色信息），風(fēng)機(jī)和消防聯(lián)動裝置；2套膠槍浸泡桶；1套供LASD系統(tǒng)，帶加熱和保溫功能，二線循環(huán)。

5 LASD的工藝和質(zhì)量

5.1 工藝要求

根據(jù)3D膠槍的特點，膠槍最合適的LASD寬度為70 mm，根據(jù)NVH的需求，將原阻尼墊覆蓋的區(qū)域重新進(jìn)行調(diào)整，因阻尼墊都是整塊的，分解后按照寬度70 mm進(jìn)行調(diào)整，厚度控制在2.5 mm。每1條之間間隙控制在5 mm以內(nèi)。

5.2 節(jié)拍要求

LASD的工位產(chǎn)能為30 JPH，節(jié)拍時間為2 min，因不同車型噴涂的LASD面積有大有小。目前在噴涂的3款SUV車型中，噴涂面積差異也較大。為了滿足節(jié)拍，考慮到輸送時間10 s，留給車身的噴涂時間最大為110 s，則最終留給LASD的噴涂時間為99 s。在實際的應(yīng)用中，為了滿足NVH和節(jié)拍的要求，通過增加開尾門機(jī)器人來實現(xiàn)噴涂區(qū)域全覆蓋。

5.3 噴涂要求

噴涂前，離線完成機(jī)器人噴涂程序，同步分析噴涂區(qū)域的可達(dá)性，對節(jié)拍進(jìn)行分析，提前驗證是否存在干涉點。通過對數(shù)模的分析，特別是機(jī)器人穿過窗框位置噴涂機(jī)會，判斷機(jī)器人手臂中的管路是否在進(jìn)出窗框時存在干涉。尾門的噴涂區(qū)域是整個過程中的難點，只能通過開啟尾門來滿足噴涂需求。完成離線噴涂程序后在線示教過程中，會針對避讓的點進(jìn)行逐一調(diào)整。最后還需要根據(jù)兩臺機(jī)器人噴涂時間的差異來再次進(jìn)行調(diào)整，確保兩臺機(jī)器人的工作負(fù)荷相同，節(jié)拍最優(yōu)。實車噴涂時除了要測量膜厚還需對外觀進(jìn)行評估。

5.4 質(zhì)量要求

LASD的實際噴涂狀態(tài)見圖3。圖3中黑色的條狀物即為實際狀態(tài)下的LASD，噴涂區(qū)域在車身的后地板。每1條LASD的寬度為70 mm，厚度為2.5 mm，每條之間的間距盡可能控制在10 mm以內(nèi)，距離越小越好。下線檢查時，還需要評估烘烤后的固化狀態(tài)。機(jī)器人噴涂后的整個平面狀態(tài)是很平整的。相比采用人工噴涂，膠槍更能實現(xiàn)LASD的致密性。在實際應(yīng)用時，對LASD的強(qiáng)度也提出了要求，因總裝裝配時，員工是直接站在LASD上進(jìn)行裝配的，若LASD本身的強(qiáng)度不夠或者噴涂面過于不平整，邊界不齊，也會容易踩碎，影響NVH性能，也會影響顧客滿意度。因此對LASD的固化狀態(tài)也需要進(jìn)行評估，地板的烘烤溫度也要根據(jù)LASD的需求來進(jìn)行調(diào)整。

圖3 LASD實際噴涂狀態(tài)Figure 3 Actual LASD spray state

剛投產(chǎn)時，總裝就提出過邊緣不平整的情況，每次進(jìn)出地板裝配時，若正好踩到邊緣部位，容易出現(xiàn)破碎的現(xiàn)象。通過調(diào)整機(jī)器人的開關(guān)槍程序，這一現(xiàn)象得到明顯改善；同時也提升了固化溫度，特別是地板的工件溫度也上升了3 ℃；綜合多方面的調(diào)整，LASD的強(qiáng)度及外觀均改善明顯。

調(diào)試合格的LASD車身還需經(jīng)過路試、耐久性等測試，部分車型因NVH的要求，可能需要增加LASD或者調(diào)整LASD的噴涂位置，只有測試結(jié)果合格后，才能凍結(jié)機(jī)器人的噴涂程序，LASD的應(yīng)用才算完成了全部流程。

6 LASD的返工及維護(hù)

LASD的噴涂過程中也會出現(xiàn)設(shè)備故障，如噴涂的寬度不滿足要求、噴涂過程中膠槍堵塞不出料等。這些情況的出現(xiàn)也會涉及到返工問題，針對具體的情況，一般若大面積的噴涂不到位，需鏟除重新噴涂，若只是個別問題，可以進(jìn)行人工修補(bǔ)。生產(chǎn)過程中需及時排放LASD，避免出現(xiàn)膠管管路堵死的情況。每天開線前需測量膜厚，觀察流量、壓力等運行的差異影響。

7 結(jié)語

LASD作為1種全新的材料應(yīng)用于涂裝線上，對LASD的過程和質(zhì)量控制需結(jié)合NVH的需求，包含LASD的寬度和厚度，以及固化過程的要求進(jìn)行跟蹤，每個車型的結(jié)構(gòu)存在差異，其LASD的位置也是不一致的。當(dāng)然除了對材料本身進(jìn)行認(rèn)證和許可外，在應(yīng)用過程中還面臨很多的挑戰(zhàn)，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行分析并加以解決。