涂裝噴涂機器人工藝參數及常見問題的解決

褚明，崔普偉，凌泉

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

引言

現代化的自動靜電噴涂線上采用了智能化的自動靜電噴涂機器人（Robot），實現了噴涂無人化。自動靜電噴涂機器人不僅適用于傳統的有機溶劑型涂料（中涂、面漆、罩光清漆）的噴涂，經改進后也適用于導電的水性涂料的噴涂。自動化程度很高，不僅能識別車型，自動換色，還能按照設定的工藝要求自動調節供漆供氣量，霧化旋杯的轉速及行程（速度、軌跡），自動清洗等。無論從節省涂料，節省工時和改善噴涂工的勞動條件的角度考慮，還是從提高涂層的品質和環保的角度來考慮，自動靜電噴涂工藝確立了自身的重要地位。

1 高壓靜電機器人噴涂現狀

在實際生產過程中，高壓靜電機器人噴涂的各種不適宜的仿形軌跡和工藝參數均對漆膜質量有影響。隨著車身棱線結構的越來越復雜和較高的油漆外觀質量要求，這樣對高壓靜電噴涂機器人的噴涂仿形軌跡的設計制作、旋杯霧化技術的運用及噴涂參數的設置就會提出更高的要求，因仿形的制作費用較高，一般涂裝車間均由設備工程師設計制作，不能將旋杯霧化技術和噴涂工藝技術有效合理的結合在一起，以達到較好的噴涂油漆車身外觀。

本文從機器人靜電噴涂仿形軌跡參數和工藝參數的設置方面進行闡述，以達到高質量的油漆外觀和穩定的噴涂質量。

2 靜電旋杯霧化

2.1 霧化粒徑的分布

采用靜電旋杯進行油漆噴涂時，小顆粒漆粒由于其本身質量較輕，容易沿著磁力線到達被涂物表面，而大顆粒漆粒容易在離心力作用下被甩出，成形空氣和磁力還不足以使大顆粒的漆粒克服離心力作用進而到達被涂物表面。

2.2 霧化漆粒的運行軌跡

采用靜電式旋杯噴涂設備進行油漆噴涂，涂層厚度呈輻射狀分布，這里所謂的輻射狀是指在靜止狀態下取得涂料的噴射形狀，其涂層厚度由四周向中心遞減，涂層厚度分布不均，主要是由于霧化噴涂裝置的結構所造成的，但是通過加大成形空氣的量，可以在一定的程度上緩和這一現象。

實踐證明，一般將涂料的流量增加1倍，漆粒的直徑、噴射漆流的寬度、漆粒流的密度三種比例為：漆粒的直徑從38.5增加至40mm，占10%左右；噴射漆流的寬度從240擴大到280mm，占40%左右；漆粒流的密度增大，占50%左右。

3 靜電旋杯噴涂參數

隨著靜電旋杯噴涂越來越被熟悉，設備參數的變化以及相應的效果變化已成為工藝研究的重點。下面對常用的工藝參數設置及變化趨勢做簡單介紹。

3.1 涂料吐出量

涂料吐出量越大，容易使旋杯過載，旋杯邊沿的涂膜過厚，導致旋杯溝槽紋路內涂料不能分流而產生氣泡或漆霧大小不均的不良現象。同時一次成膜過厚，易出現流掛、發花等漆膜異常現象。涂料吐出量過低，霧化過細，一次成膜過薄，會導致溶劑揮發增大，漆膜流平性變差，易出現桔皮、失光等漆膜缺陷。實際涂裝時根據被涂物的外形結構的變化，吐出量也會變化，如門框、門把手、窗框和人工內表面與機器人外表面噴涂搭接區域等吐出量要小些。

3.2 旋杯轉速

目前靜電機器人噴涂的高旋杯轉速可達到60000r/min；所產生的離心力使涂料霧化得很細，涂料液滴直徑可霧化到50-100μm（直徑越小，漆膜的平滑度，鮮艷性就越高），使噴涂后車身外觀質量，特別是平滑度，鮮艷性，光澤能提升1-2個檔次。轉速過低，導致霧化不良，涂膜粗糙，涂膜 S使漆膜所含溶劑量降低，引起“干噴”或過噴，導致桔皮、失光等漆膜問題；對氣流非常敏感，影響噴幅形狀，導致膜厚不均；一般空載最高轉速為 40krpm左右，負載時轉速范圍為40krpm-60krpm。一般情況下中涂、清漆和1C1B面漆控制在 40krpm-50krpm之間金屬閃光漆控制在 45krpm-55 krpm之間。

對于金屬閃光器，轉速越高，正視明度越高，側視明度越低，FI值越高，涂著固體份升高。

3.3 整形空氣

功能是調整漆霧流的幅度并將漆霧推向被涂物，防止漆霧飛散和反彈，污染旋杯和噴槍。

圖1 整形空氣的功能示意圖

整形空氣增大，噴幅減小，噴涂區域比整形空氣的功能示意圖窄，漆霧集中，涂膜變厚；同時整形空氣壓力過大，漆霧反彈加劇，易于污染旋杯。整形空氣壓力過低時，對噴幅影響較小，噴涂區域變大，膜厚變薄；同時也容易造成旋杯的污染。

一般中涂、清漆、1C1B面漆的整形空氣控制在200-350 NL/min，金屬閃光漆整形壓一般控制在500-600NL/min。

3.4 靜電壓

靜電壓越高，靜電霧化和靜電吸附的效果越好，涂著效率越高。電壓超過4300 v/cm就能產生火花放電，小于2000 v/cm放電就很少。考慮安全和工藝原因，在200 -300 mm的噴涂距下一般采用50 -100 kv的靜電壓，實際涂裝時考慮到各涂料施工電阻的差異，一般控制在50 - 70k的靜電壓。靜電壓高，加強靜電場的電場力，此時被涂物體表面部位的磁力線密度較高，尤其在折邊、邊緣部值較大，涂膜豐滿度降低。轉速過高，霧化 過細，導致漆霧損失，溶劑揮發過快，位的銳角處，會使得涂料的上漆率增加，導致流掛、氣泡、發花等缺陷。

圖2 涂料利用率與工作電壓的關系

3.5 噴涂距離

根據不同油漆廠家要求，槍距也存在一定差異，一般200-300mm。噴槍距離增大，噴幅增大，噴涂區域變寬，漆霧飛行時間延長，溶劑揮發增多，漆膜流平性差，易出現桔皮。噴槍距離過小時，噴涂區域變窄，漆膜增厚，易出現流掛、發花、反滲等漆膜缺陷。另外，對中涂和清漆要求流平性最佳，可將噴涂距離適當控制稍小些。

3.6 走槍速度

走槍線速度越高，一次成膜越薄，漆膜流動性變差，易出現桔皮、失光等缺陷；走槍線速度過低時，一次成膜越厚，易出現流掛、發花、回滲等異常現象；

一般中涂、清漆、1C1B面漆的走槍速度較低，控制在0.3-0.5m/s，金屬漆走槍速度較高，一般控制在0.4-0.6m/s之間。實際線速度應根據鏈速和吐出量進行調整，通常機器人線速度控制在0.35-0.5m/s最佳。

對于實際現場施工而言，涂膜厚度是涂裝工藝中最重要的控制因素。控制膜厚的均一性，不僅有助于涂裝質量的穩定和成本控制，更重要的是有助于外觀指標的調整。常見的漆膜外觀指標有光澤、色差、桔皮、DOI（鮮映性）等都需要一膜厚控制作為基礎，這些指標都明顯受到膜厚，特表示面漆膜厚的影響，因此，在機器人靜電噴涂參數調整過程中，把膜厚作為最重要的控制因素是非常有必要的。

表1 機器人噴涂參數的調整對膜厚的影響

4 機器人仿形參數

4.1 軌跡重疊率

軌跡重疊率一般水性漆閃光漆控制在 3/4；清漆、單色漆、中涂漆的控制在2/3；溶劑型漆的重疊率控制在1/2～2/3。在實際涂裝過程中會因車身外形結構和車身長度的因素影響，導致軌跡重疊率不能按照設定的軌跡間距進行噴涂，需要在邊角、棱線位置適當降低重疊率，不僅可以滿足大面積軌跡重疊率，也可以從軌跡重疊率方面有效控制邊角、棱線、曲面等位置的流掛、肥邊等缺陷。

4.2 刷子設置

刷子區域通常依據車身外形結構的差異，不同位置設置不同的刷子，特別是在車身邊角、輪弧、門把手等靜電積聚部位設置單獨的刷子，便于噴涂參數的調整。

圖3

4.3 噴涂角度

機器人噴涂車身窗框、立柱（A柱、C柱）、縱梁、棱線等部位時，為了得到最佳的噴涂效果，應選擇合適的噴涂角度。可以調整機器人手腕的角度，確保被涂物面與霧化器呈直角。通常軌跡點間距為100mm。在平滑過渡的曲面、棱線位置軌跡點間距縮短到50mm，便于角度的調整。

4.4 開關槍點

每個噴涂區域的開始和結束都需要設置開關槍點，開關槍點的設置需要考慮到噴涂單軌跡與連續噴涂軌跡噴涂搭接的差異。一般在開始需要提前開槍，提前開槍位置一般超出噴杯垂直噴涂面，距離以軌跡搭接距離的1/2。

在實際涂裝過程中，機器人噴涂軌跡一般不作調整，若在劃定的區域內漆膜整體均勻性較差，或在某處漆膜有問題，且用噴涂參數調整方式不能達到膜厚控制要求時，則適當調整噴涂軌跡（如立柱和門把手等邊角部位）。噴涂軌跡調整主要包括軌跡重疊率、刷子區域劃分、噴涂角度、開關槍點等，因機器人噴涂時間、各軸角度范圍的限制，調時容易出現。如果涂料吐出量小，流速慢，管道中的金屬鋁粉在靜電作用下定向排列，首尾相連，導致電流升高，設備自我保護而報警停噴。一般與涂料電阻沒有必然聯系。

圖4

對策

1）涂料中添加助劑包裹鋁粉，使鋁粉導電性下降。一般需充分熟化以保證包裹嚴密；

2）減小管徑，增大吐出量，提高涂料流速來破壞鋁粉連接；

3）降低噴涂參數靜電壓，減少電場強度；

4）適當調整涂料電阻；

5）增加涂料管長；

5 靜電旋杯噴涂常見問題及對策

5.1 高電壓報警

產生原因

靜電泄露。一般在高金屬鋁粉色漆噴涂

1）調整仿形軌跡，避免噴幅搭接不到位；

2）調整旋杯角度，避免噴幅成形不良；

3）調整降低旋杯轉速或增大整形空氣，避免涂料顆粒飛散。

5.2 失光

產生原因

主要為涂料在搞轉速離心力作用下，由于涂料中樹脂、顏料、溶劑、助劑比重差異而出現分離產生失光。另外，靜電噴涂仿形軌跡的噴幅搭接不合適造成噴幅間的漆霧干擾也會導致失光問題產生。

對策：

1）降低旋杯轉速；

2）提高涂料本身的分散度，降低離心力的影響；

3）適當調整仿形軌跡的噴幅搭接，提高涂料的反溶性，減少漆霧的干擾；軌跡的噴幅搭接不合適造成噴幅間的漆霧干擾也會導致失光問題產生。

5.3 桔皮

產生原因

1）靜電噴涂仿形設置不適當導致靜電旋杯噴涂噴幅不成形或成形不良，主要表現在軌跡搭接、槍速、噴槍距離、旋杯角度等；

2）靜電噴涂噴涂參數設置不適當導致漆膜不夠或霧化不良，主要表現在吐出量、整形空氣、轉速、電壓等。

對策：整幅度一般較小，容易出現正限位或負限位。

5.4 針孔

產生原因

1）旋杯缺損。旋杯缺損導致涂料霧化不良，涂料粒徑較大導致大量溶劑不能正常揮發或在與整形空氣接觸卷入空氣，高溫烘烤時出現爆沸產生針孔。

2）肥邊。靜電噴涂的邊緣效應導致邊角膜厚偏厚，閃干過程溶劑不能正常揮發而在高溫烘烤時出現爆沸產生針孔。

對策：

1）更換出現缺損的旋杯；

2）添加高沸點流平劑；

3）降低邊角部位吐出量。

5.5 黑斑

產生原因：

在靜電噴涂淺金屬鋁粉漆時，噴槍在停噴等待過程中靜電壓沒有斷開（一般為 40kv），起噴后瞬間在涂膜表面容易出現大量黑色斑點，實踐證明為靜電壓持續作用在漆膜表面，靜電壓不能有效釋放，導致新噴涂料在局部出現鋁粉聚集產生的。

對策：

1）仿形設計時盡量避免停噴等候現象，具體可以將各刷子區域的起停點設計在非噴涂面上；

2）添加高沸點醇醚類溶劑提高濕膜的導電性；

3）可以適當增加噴涂距離，降低靜電壓的作用力。

5.6 斑馬紋

產生原因：

噴涂軌跡沒有滿足工藝要求重疊率所致，機器人噴涂軌跡的往返折距過大。

對策：

1）更改噴涂軌跡，降低往返折距；

2）適當降低整形空氣，提高噴涂重疊率。

6 加強機器人旋杯噴涂參數的管控

對于機器人噴涂而言，需要優先保證生產工藝的穩定，必須保證機器人噴涂參數的穩定。機器人噴涂過程是移動的，而且噴涂車身受到各噴涂參數級噴涂環境諸多因素的影響，所以需要對機器人的噴涂參數進行管控。為了保證機器人噴涂的穩定性，必須定期對機器人噴涂流量系統進行校正；為保證機器人噴涂仿形的準確性，必須定期對機器人各軸的“0”位進行校正；為防止漆膜缺陷產生，須定期對機器人噴涂距離、機器人接地、噴幅大小等參數進行測試。另外，現場對噴涂參數調整需要記錄備案，定期進行參數備份，便于出現異常能及時調查出原因，及時恢復生產，穩定噴涂質量。

7 結束語

機器人噴涂漆膜性能的提高主要取決于機器人的噴涂軌跡，因此，機器人噴涂仿形和噴涂漆膜調試是涂裝調試工作中尤為重要，其結果直接影響到整車的外觀質量。在實際噴涂中充分發揮機器人的噴涂優勢，需要與噴涂仿形、參數設置和漆膜調試過程進行充分的調研和分析，并在生產實踐中不斷優化。

參考文獻

[1] 王錫春.涂裝車間設計手冊[M].北京化學工業出版社,2013.

[2] 王錫春.最新汽車涂裝工藝技術的汽車涂裝工藝[M].北京機械工業出版社.1998.