關于減少汽車底部密封噴涂產(chǎn)生膠霧優(yōu)化方法的研究

趙濟宇，韓文陽，李帥，劉浩

（上汽大眾汽車有限公司南京分公司，江蘇 南京 211100）

數(shù)字化智能制造時代，國內(nèi)汽車涂裝生產(chǎn)線基本上使用機器人自動生產(chǎn)系統(tǒng)，包括機器人焊縫檢查，密封膠噴涂，車身表面擦拭，面漆噴涂，隔音板粘貼等工序。以某汽車制造廠涂裝車間PVC自動噴涂線機器人站為例，設備長時間使用后產(chǎn)生的老化和磨損，超出了機器人運行所需的冗余量，膠霧問題逐漸增多[1]。在提升自動化作業(yè)效率，逐步減少人工噴涂的大形勢下，添加噴涂軌跡造成了機器人工作量增加、部分區(qū)域質(zhì)量問題的增多。故根據(jù)生產(chǎn)實踐中遇到的機器人噴涂膠霧附著問題，采取相應措施優(yōu)化解決[2]。

1 車身密封膠霧化噴涂的現(xiàn)狀

電泳車身在PVC自動化噴涂的過程中（如圖1所示），經(jīng)常會有膠霧附著在車身上，經(jīng)過PVC烘房后，膠粒被烘干，在電泳打磨形成灰粒，需要人工打磨解決，耗時耗力；同時，打磨會形成新的打磨灰，造成車身的二次污染，在面漆后形成新的質(zhì)量問題。噴涂的軌跡是造成膠霧的主要原因之一，另外，噴涂的壓力、溫度、站內(nèi)供排風、噴嘴等也是造成車身膠霧的原因。機器人本體及供料系統(tǒng)故障，也會造成車身膠霧的增多。比如齒輪軸連接皮帶的磨損，快速關斷閥及流量控制器的磨損，穩(wěn)壓器的老化，軸承連接部分的緩慢銹蝕等問題，也會造成噴涂表面膠霧的增多[3]。

圖1 機器人站內(nèi)噴涂情況Fig.1 Spraying situation inside robot station

2 產(chǎn)生車身膠霧問題的因素分析

2.1 噴涂軌跡優(yōu)化

某汽車生產(chǎn)線采用懸掛鏈運輸車身，機器人自下而上的噴涂方式。機器人噴涂時，膠霧會從霧化噴嘴揚至車身表面，嚴重的甚至會污染車頂和車身內(nèi)腔，同時造成機器人站內(nèi)壁的大面積污染。車身邊緣部分尤其嚴重[4]，如圖2所示。

圖2 機器人噴涂邊緣部分Fig.2 Robot sprayed edge parts

機器人的噴涂軌跡優(yōu)化，對邊緣部分的軌跡向內(nèi)收縮，減少邊緣飛出車身的部分。噴涂軌跡的調(diào)整以調(diào)整噴嘴的噴涂方向為主，盡量減少邊緣區(qū)域的漏白部分，個別難以調(diào)整的地方，邊緣部分保持10 mm的空間，可重新規(guī)劃噴涂軌跡。

例如，靠近翼子板的邊緣部分，PVC膠霧極易從此處飛揚出去，需要對軌跡和噴涂扇面均作出控制，如圖3所示。

圖3 靠近輪罩的邊緣Fig.3 The edge rim of wheel cover

2.2 噴涂壓力

噴涂過程中的壓力波動會造成出膠扇面的不穩(wěn)定，其流量也會隨之出現(xiàn)波動，進而影響車身表面的飛揚狀態(tài)。

機器人需求的PVC膠通過柱塞泵抽取至管路后，經(jīng)過一級泵和二級泵的穩(wěn)壓過程，送至霧化器。一級泵和二級泵分別對應了外部穩(wěn)壓閥和內(nèi)部穩(wěn)壓閥[5]。

穩(wěn)壓閥的長期使用，會造成其內(nèi)部頂針、閥座等易損件不斷消耗，間隙不斷增大，壓力無法準確控制。機器人給出的壓力信號，穩(wěn)壓閥組無法完全按要求執(zhí)行。

針對某車型的常規(guī)噴涂，霧化噴涂站的壓力一般保持在220 Bar左右，其壓力波動規(guī)律如表所示。

表1 常見的霧化噴涂壓力流量對應值Table 1 Common atomization spray pressure flow corresponding value

當閥組壓力始終保持在240 Bar及以上時，可以確定閥組已經(jīng)損壞，其內(nèi)部已經(jīng)被擊穿，無法再正常使用，需要更換。所以，應當盡量減少壓力波動對噴涂的影響，降低飛揚的數(shù)量。

2.3 噴涂溫度

機器人噴涂溫度包括兩個部位的溫度，一是機器人霧化器出膠處的溫度，二是儲膠房室內(nèi)的溫度[6]。

霧化器處的溫度可以通過溫度傳感器在Intouch界面上觀察到，此溫度隨著機器人的噴涂，以設定溫度（26 ℃）上下不斷變化。其溫度主要由處于室體外的恒溫箱來控制調(diào)節(jié)[7]。

儲膠房室溫也是膠溫控制的重要一環(huán)。按照工藝要求，PVC膠在到達膠房后，需靜置24 h以上方可投入使用。靜置后投入使用的膠，膠溫度直接與環(huán)境溫度相關。膠溫保存的工藝要求是5～30 ℃，但根據(jù)經(jīng)驗，一般以穩(wěn)定在22 ℃左右為宜。

膠房采用KT風機供排風系統(tǒng)，其正常工作時間應保持室體內(nèi)部獨立循環(huán)，以確保環(huán)境溫度的恒定[8]。

2.4 站內(nèi)風壓

風壓直接影響到車身表面飛揚的面積，供風和排風的協(xié)調(diào)有助于將產(chǎn)生的膠霧灰粒及時沉降，避免其附著在車身表面。由于機器人站是開放室體，易受到外界氣流波動，站內(nèi)沉降風過小，噴涂產(chǎn)生的膠霧無法及時沉降，用風速儀檢測的數(shù)據(jù)如表2所示[9]。

表2 改善前沉降風數(shù)據(jù)Table 2 Settling wind before improving

利用風速儀，測出了其站內(nèi)沉降風平均值僅0.24 m/s，且選取測量的8個點中，站后部的數(shù)據(jù)低于站內(nèi)部的數(shù)據(jù)，這也與車身后部膠霧飛揚較嚴重相對應。

由于霧化噴涂站的特殊性，此站加裝了排風設備（其它PVC噴涂站僅提供供風系統(tǒng)），用于加大站內(nèi)的膠霧沉降。通過對供風口、排風口的改善，減少供風管路上的彎頭，降低送風、排風的風阻[10]。

同時，為解決機器人站前后兩部分飛揚狀態(tài)不一致的問題，將供風的主管路做了移位，即調(diào)整進風口至站的正中間，使得進風到達各部分的風量基本相同，確保自上而下的連續(xù)通風；底部的排風口位置向上調(diào)整，使其與機器人作業(yè)面保持水平，即機器人霧化器噴涂出來的膠霧可被立即吸走，不再出現(xiàn)站內(nèi)氣流漩渦的現(xiàn)象，加速了沉降活動[11]。改善后的沉降數(shù)據(jù)見表3。

表3 改善后沉降風數(shù)據(jù)Table 3 Settling wind after improving

2.5 霧化噴嘴

長時間的高壓噴涂，噴嘴在使用過程中不停磨損，其開口不斷增大，造成出膠量增多，其引起的霧化膠霧也相應增多，這也是車身膠霧產(chǎn)生的重要途徑。根據(jù)日常的噴涂數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)有如下的規(guī)律[12-13]。霧化噴涂站批量產(chǎn)品車常規(guī)出膠量約2000 ml，當出膠量增長到3000 ml時（此數(shù)據(jù)根據(jù)具體噴涂量確定），一般建議在標準噴涂流量上升約50%時更換噴嘴，換算成產(chǎn)量數(shù)為1萬臺左右，即需要更換噴嘴。圖4即是已經(jīng)磨損的噴嘴扇面情況。

噴嘴的選用以硬質(zhì)合金為主，選用耐磨材料，特別是其霧化成型口的加工需要精細，噴幅和扇面的對比可以作為驗證手段。通過機器人噴涂過程參數(shù)的設定，相同的參數(shù)噴涂過寬的扇面必然導致膜厚的下降和飛揚的增多。

圖4 已磨損的噴嘴與正常使用的噴嘴Fig.4 Worn nozzles and normally used nozzles

圖5 霧化機器人的噴幅檢測Fig.5 Spray amplitude detection of atomization robot

霧化噴涂的PVC膠條建議標準：噴幅寬度17～19 cm，邊界清晰，膠條厚度 450～550 μm。扇面噴涂均勻，無明顯厚薄不均的現(xiàn)象，如圖5所示。

3 PVC材料及過程的控制

3.1 材料黏度

材料的黏度直接影響車身表面質(zhì)量的穩(wěn)定。每批次材料到達現(xiàn)場時，均需配套對應的材料數(shù)據(jù)表，其中黏度是重要的控制參數(shù)。黏度依據(jù)環(huán)境溫度的不同而需要定期做調(diào)整，這與季節(jié)的變化密不可分[14]。

表4 噴涂材料的主要檢驗參數(shù)Table 4 Main inspection parameters of spray materials

3.2 材料運輸及儲存

儲膠房室溫控制也是膠溫控制中的重要一環(huán)。PVC噴涂用材料使用800 kg大桶運輸，其灌裝后運輸?shù)絿娡楷F(xiàn)場后不可直接投入使用，需在恒溫環(huán)境靜置儲存24 h再投入噴涂，一般選用溫度在18～25 ℃左右的室體儲存。膠房采用KT風機供排風系統(tǒng)，其正常工作時間應保持膠房室體內(nèi)部獨立循環(huán)，以確保環(huán)境溫度的恒定[15]。

3.3 周期性噴幅檢測

在機器人站內(nèi)采用定期的噴涂檢測，保留檢測結果，留存記錄。一般噴幅檢測只測試機器人3D槍中的1#噴嘴（其使用最為頻繁），若無異常則不再測試其它噴嘴。

3.4 流量計的定期檢查和保養(yǎng)

當前設備使用電子流量計，使用計數(shù)器記錄其內(nèi)部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)來讀取流量值，利用大數(shù)據(jù)記錄流量計的瞬時值，通過長期的跟蹤觀察判斷出流量計性能。

單車流量可通過EcoSreen上產(chǎn)量數(shù)據(jù)中提取出來，根據(jù)不同的流量，可以監(jiān)控車身噴涂的質(zhì)量情況。

綜合以上措施，PVC霧化噴涂的膠霧數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢，見圖6。

圖6 膠霧呈下降趨勢Fig.6 Glue fog presently decreased

4 結論

車身本體的膠霧是機器人各方面綜合導致的結果，需要根據(jù)具體問題做分析。由于硬件設施的能力限制， 目前更新版的設備已經(jīng)有了部分新的功能，期待在物聯(lián)網(wǎng)到來的時代，能夠?qū)⑦@些客觀的因素加入云計算，得到更好的減少膠霧的效果。