汽車涂裝車間PVC材料消耗量降低方案

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、發泡膠、蠟等原材料提出耗量節約方案，以某涂裝車間聚氯乙烯（PVC）材料消耗量降低為例，通過分析材料浪費的來源，從設備、工藝、質量等方面提出增加單桶材料利用率、降低更換膠桶時手工排膠量及生產過程中機器人排膠量等減少材料浪費的方法，大幅降低了單車材料耗量，降低了材料成本。

關鍵詞：PVC壓盤排膠流量成本中圖分類號：U466 文獻標志碼：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，Flowrate，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密封性及外觀等質量要求，在機器人涂膠或手工涂膠的基礎上進行的必要人工操作，不會產生額外的材料消耗。PVC浪費主要表現在膠桶底部余膠、換膠過程手工排膠和機器人排膠，應減少PVC浪費以降低材料消耗量。

2PVC材料消耗量節約策略

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

PVC膠供膠系統采用雙級增壓方式運行，其中，一級增壓泵直接作用于膠桶內部PVC膠。由于PVC膠相對黏度較電泳漆、面漆、清漆、蠟等原材料高，當膠桶內部PVC膠即將用盡時，壓盤與PVC之間存在一定量的空氣，空氣隨材料進人供膠系統，導致一級及二級增壓泵空打，影響產品質量的同時降低了設備的使用壽命。因此，需要設置合理的余膠量，同時降低成本并保證設備運行狀態穩定[2]。

當膠桶中PVC膠即將用盡時，膠桶液位傳感器對膠桶最低液位進行識別，供膠系統觸發切泵動作，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造成增壓泵空打或氣泡隨材料經過機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或某組分聚集成較大顆粒堵塞機器人槍嘴，在較長時間停機后，PVC機器人在噴涂車身前需進行排膠，單次排膠量平均約為 40g 。單次排膠量由排膠程序設定的排膠流量和單次排膠時間決定。為避免排膠量過少堵塞槍嘴，可在單次排膠時間不變的情況下，降低排膠流量以降低成本。

3PVC材料節約實施方案

3.1 PVC生產線供膠系統

PVC生產線分別由3組供膠系統提供車身膠、頂溝膠和車底膠。3組供膠系統均向機器人和手工工位同時供膠，由于機器人系統存在材料循環過程，因此，3組供膠系統均設有機器人輸膠管路和回膠管路。而手工系統不存在材料循環過程，因此，3組供膠系統僅有手工輸膠管路。3組供膠系統均具有一級增壓泵，且每組系統一級增壓泵均為一用一備，可保證連續穩定生產。

車身膠供膠系統如圖1所示，材料通過一級增壓泵后分別進人車身機器人二級增壓泵和車身手工二級增壓泵。相比于車底區域，車身區域機器人數量較少，手工工位數量較多，因此，車身供膠系統中機器人二級增壓泵比車底供膠系統少，而手工二級增壓泵比車底供膠系統多。

頂溝膠供膠系統如圖2所示，其與車身膠及車底膠供膠系統的主要區別是沒有二級增壓泵，這是由于頂溝膠相對黏度較低，如果經過雙極增壓會加劇材料剪切變稀特性，導致相對黏度進一步下降，存在流掛或干涉等質量問題。應用頂溝膠的機器人和手工工位均比車身膠及車底膠少。

車底膠供膠系統結構與車身膠供膠系統相似，如圖3所示。

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

圖1PVC生產線車身膠供膠系統

圖2PVC生產線頂溝膠供膠系統

圖3PVC生產線車底膠供膠系統

3.2膠桶底部余膠節約方案

為減少生產過程中膠桶底部剩余膠量，在PVC車身和車底膠泵房進行膠桶壓盤最低位置優化測試。其中，車身膠、頂溝膠和車底膠各2個膠桶參與測試，測試的主要目的是在不造成設備及質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，每次調整壓盤最低位置后在原膠桶切換新膠桶前對供膠系統一級增壓壓力、二級增壓壓力、各機器人槍嘴出膠壓力進行測量，如表1所示。

表1PVC供膠系統壓盤最低位置與供膠壓力

由表1可知，隨著供膠系統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。以車身膠供膠系統為例，在正常生產過程中，壓盤最低位置為 50mm ，對應的一級增壓壓力為 5.0MPa ，二級增壓壓力為 14.7MPa ，槍嘴壓力為 8.4MPa 。當壓盤最低位置下降至 25mm 時，一級增壓壓力為 6.3MPa ，超過設備允許的最大值 6.0MPa ，二級增壓壓力為 18.6MPa ，超過設備允許的最大值18.0MPa 槍嘴壓力為 3.1MPa ，低于設備允許的最小值 4.0MPa 。因此，當壓盤高度降低至 25mm 時，系統供膠壓力已不在設備允許范圍內，長期運行會造成設備損壞。因此，車身膠供膠系統的壓盤最低位置應為 30mm 。頂溝膠供膠系統僅有一級增壓，設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，頂溝膠供膠系統的壓盤最低位置應為 25mm 。車底膠供膠系統與車身膠供膠系統結構相似，設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，車底膠供膠系統壓盤最低位置應為 30mm 。

除供膠系統外，還應對PVC噴涂質量進行測試，保證壓盤位置下降后輸出質量合格的產品，具體測試方法為每隔 5mm 降低壓盤最低位置，每次調整壓盤最低位置后在切換新膠桶前考核車身噴涂質量，每個壓盤位置選取連續20臺車進行涂膠完整性、密封性、外觀、殘膠、膠泡等質量考核，如表2所示。

表2PVC供膠系統壓盤最低位置與噴涂質量

由表2可知，隨著供膠系統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、膠泡百車缺陷數量（FaultPerHundredvehicle，FPH）升高。以車身膠供膠系統為例進行說明，隨著壓盤最低位置的逐漸降低，供膠系統內產生空氣層的可能性逐漸提高，這是由于泵桶內剩余的PVC膠量越少，與壓盤接觸的最上層PVC膠的表面形態越不穩定，主要表現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膠進入供膠管路，從而造成部分空氣隨PVC膠從供膠管路進入機器人內部，再由機器人槍嘴噴涂在車身上。混入空氣的PVC膠會降低膠條有效厚度，密封性能變差，易產生密封不良。在空氣的作用下，機器人涂膠開關槍位置會產生炸槍現象，即涂膠壓力突然變化引起膠條寬度、厚度和平順度異常，在機蓋和后蓋等可見區域，炸槍產生的膠條外觀不良格外突出。炸槍還會導致膠條開關槍位置殘膠飛濺增多，當殘膠落到外觀可見區域或總裝安裝區域時，會產生PVC外觀及干涉問題。當四門兩蓋的PVC內部存在空氣層時，濕膠狀態下目測無法識別質量缺陷，在經過PVC烤箱烘烤后，存在空氣層的PVC膠條產生的膠泡數量和尺寸均顯著增加。PVC膠泡產生的根本原因是裝焊折邊中存在空氣，經過PVC烤箱后空氣膨脹擠壓PVC膠條形成膠泡。PVC膠內部的空氣同樣會在PVC烤箱中受熱膨脹，與折邊中存在的空氣共同促進膠泡的產生。當壓盤高度降低至 20mm 時，密封不良百車缺陷數由0上升至5，超出了目標控制值4，外觀不良百車缺陷數由5上升至10，超出了目標控制值8，殘膠百車缺陷數由5上升至10，超出了目標控制值8，膠泡百車缺陷數為1432，超出目標控制值1200。因此，為保證產品質量，車身膠供膠系統壓盤最低位置為 25mm 。通過試驗可知，頂溝膠供膠系統壓盤最低位置為 25mm ，車底膠供膠系統壓盤最低位置為 25mm 。

結合設備試驗和質量試驗的結果，可得膠桶底部余膠節約的具體實施方案：通過降低供膠系統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保證設備正常運行和產品質量，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備和質量的不利影響，需分別進行排膠量降低的設備壓力測試和產品質量測試。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 ，設備壓力測試的具體方法為逐漸降低手工排膠量進行測試，每次降低 2kg ，每次開始應用新膠桶涂膠后對供膠系統一級增壓壓力、二級增壓壓力、各機器人槍嘴出膠壓力進行測量，如表4所示。

表4各種類PVC供膠系統手工排膠量與供膠壓力的關系

由表4可知，在滿足供膠系統一級增壓壓力、二級增壓壓力、各機器人槍嘴出膠壓力要求的前提下，車身膠供膠系統、頂溝膠供膠系統、車底膠供膠系統允許的單桶最小排膠量分別為24kg.8kg.24kg

除進行設備試驗外，還需進行質量試驗，對供膠系統允許的單桶最小排膠量進行測試。質量試驗需逐漸降低手工最小排膠量，每次降低 2kg ，在應用新膠桶開始涂膠后，對噴涂的前100臺車進行涂膠完整性、密封性、外觀、殘膠、膠泡等考核，如表5所示。

表5PVC供膠系統手工排膠量與噴涂質量

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

結合設備試驗和質量試驗結果，可獲得新膠桶啟用過程中手工排膠量節約的具體方案：通過減少手工排膠量，充分利用泵桶中PVC膠，同時保證設備正常運行和產品質量，最低手工排膠量如表6所示。

表6PVC供膠系統新膠桶最低手工排膠量 kg

3.4機器人排膠量節約方案

按照噴涂位置不同，PVC涂膠機器人可分為車身機器人、頂溝機器人和車底機器人。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象，需對各機器人槍嘴進行排膠，具體排膠時機及頻次如表7所示。

為提升降本增效的效果，改進了PVC膠生產過程，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機器人槍嘴堵塞。

為降低機器人排膠量，同時保證設備運行的穩定性和產品質量，需采用降低機器人單次排膠流量而單次排膠時間和排膠頻次不變的方式進行試驗，具體測試方法是機器人排膠流量每次降低 2mL/s ，對不同排膠流量下的機器人槍嘴壓力、百噸材料堵槍次數、涂膠完整性、密封性、外觀質量、殘膠數量進行統計，從而確定各機器人最小排膠流量，如表8所示。

以車身機器人為例對機器人最小排膠流量進行分析。隨著機器人排膠流量的降低，槍嘴壓力逐漸增大，這是由于供膠系統中材料內部的雜質沒有及時排出，部分雜質堵塞槍嘴。槍嘴壓力標準范圍為 4～25MPa ，因此，當排膠流量下降至 3mL/s 時，槍嘴壓力達到 26.4MPa ，超出了壓力上限。機器人槍嘴堵槍會產生嚴重的質量風險，堵槍導致機器人噴涂的膠條變窄或膠條中央分叉。膠條變窄會導致涂膠位置偏離焊縫，形成密封不良。膠條中央分叉會在可見區域產生外觀問題，在總裝安裝位置產生干涉。當排膠流量下降至 3mL/s 時，密封不良百車缺陷數量、外觀不良百車缺陷數量、殘膠百車缺陷數量均超過質量目標上限，因此，從設備運行和質量控制的角度出發，車身機器人排膠流量最小值為 5mL/s 。同理，可確定頂溝機器人排膠流量最小值為 8mL/s ，車底機器人排膠流量最小值為 9mL/s 。

表8各PVC機器人排膠流量與噴涂壓力和質量的關系

4PVC材料耗量節約成果

4.1PVC膠全年消耗桶數計算

根據各種類PVC膠單車消耗量、全年生產數量和材料單桶質量計算全年消耗桶數，如表9所示。

4.2 PVC泵桶底部余膠節約效果

根據各種類PVC密度、泵桶半徑、優化前后桶底余膠高度和全年消耗桶數，可計算出各種類PVC膠全年節約桶底余膠質量，如表10所示。桶底余膠高度優化前、后各種類PVC膠全年桶底余膠質量對比數據如圖4所示。

表10PVC膠泵桶底部余膠節約質量

4.3PVC膠新膠桶啟用后手工排膠量節約效果

根據優化前、后PVC膠新膠桶啟用后單桶手工排膠質量和全年消耗桶數，可獲得PVC膠全年手工排膠節約質量，如表11所示。單桶PVC手工排膠質量優化前、后PVC膠全年手工排膠質量對比數據如圖5所示。

表11PVC新膠桶啟用后手工排膠節約質量

圖5優化前、后PVC新膠桶手工排膠量

4.4PVC涂膠機器人排膠量節約效果

PVC涂膠機器人全年排膠量與全年生產時長密切相關，以雙班生產模式為例，全年生產52周，每周生產6天，計算獲得全年排膠次數，如表12所示。

根據優化前、后PVC涂膠機器人單次排膠流量、單次排膠時間、全年排膠次數、密度，可計算出全年排膠節約質量，如表13所示。單次排膠流量優化前、后年排膠質量對比如圖6所示。

表13PVC機器人排膠節約質量

圖6優化前、后PVC機器人排膠量

通過對PVC泵桶底部余膠質量、PVC新膠桶啟用過程手工排膠質量以及PVC機器人排膠質量優化，可獲得車身膠共節約27.288t/年，頂溝膠共節約0.497t/年，車底膠共節約63.175t/年。以PVC材料采購成本22000元/t計算，全年可節省PVC材料采購成本200.112萬元。

5 結束語

PVC材料消耗量降低顯著降低了涂裝車間生產成本，在充分利用設備潛能并保證合格產品質量的條件下提高了PVC材料利用率。未來，可考慮在滿足質量要求的前提下減少PVC膠的噴涂量。在機器人程序設計方面，可考慮降低機器人噴涂單條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膠進行噴涂，進一步降低PVC材料的使用量。

參考文獻：

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