噴涂機器人在汽車車身涂裝的應用與質量控制研究

陳信亮

摘 要：本文從車身涂裝SE分析角度出發，探討了車身結構與機器人噴漆、車身外觀效果之間的關系，分別從車身結構、工裝精度、噴漆調試等方面進行了詳細的分析以達到其要求和應用。

關鍵詞：SE分析；機器人噴涂；結構優化；工裝精度；應用

引言

現在各大汽車整車廠的涂裝車間普遍采用機器人進行車身外部噴涂，相對于人工噴涂和往復機式噴涂，機器人噴涂具有噴涂范圍大、靈活性好、質量好、速度快、效率高、節省材料等特點。本文從中面涂噴涂性SE分析角度出發，結合機器人內板噴涂調試經驗，介紹車身結構對內板噴涂機器人噴漆質量的影響，探討常見的車身結構導致的漆膜缺陷，并從車身結構、工裝精度等幾方面提出改進建議。

1 工藝及設備信息

某工廠中面涂線體采用3C2B工藝，中涂、色漆、清漆內板均采用走停式噴涂，外板采用連續性噴涂，其中中涂、色漆內板噴涂應用水性涂料，從安全性考慮，采用Ecobell3 HX雙成型空氣霧化器，空氣噴涂，過程中不加高壓電。清漆內板涂料為溶劑型涂料，采用內加高壓電噴涂。

2 車身結構對漆面質量的影響

2.1 B柱凸起對中涂流漆、虛噴，色漆淤漆的影響

B柱位置是打開車門后人眼容易看到的位置，屬于內板要求最嚴格的部位，某車型B柱兩側的凸起結構Y向高度達到22 mm。導致中涂流漆、虛噴，色漆鋁粉上浮、產生色差的問題，主要是金屬漆，尤其是閃爍效果明顯的顏色 （如棕色、灰色等）達不到外觀要求。從噴涂軌跡分析，此部位的噴涂軌跡為B柱3道軌跡，前門洞2道軌跡，各軌跡反復重疊。B柱凸起結構上漆量明顯高于其他平面，調試過程中只能工藝彌補，主要對策為調整各槍噴涂間距及開關槍位置，多次調整噴涂參數。類似問題同樣存在于A柱、機蓋內板凸起等位置，浪費了涂料用量，延長了調試周期。因此，應在SE階段分析此類結構的噴涂性，建議采用平面結構或凸起結構Y向高度≤15 mm，凸起R角≥150°。

2.2 機蓋內板型面角度導致的露底問題

發動機罩內板一般只噴涂色漆來達到遮蓋底色的噴涂效果，普通色漆的工程遮蓋力一般為10～20μm，隨著涂料的快速發展，帶有特殊閃爍效果及彩度的涂料被廣泛應用，采用雙涂層或多涂層實現顏色效果，單色底漆的厚度一般為6～10μm，閃光漆一般為10～14μm，施工工藝、顏色控制更加困難，技術要求也越來越高，對內板不要求閃光效果，只要求目視顏色一致，因此只噴涂單色底漆，對型面復雜的內板更需要技巧和反復的調試優化。

在產品設計時，產品設計師一般會加大內板與外板的間隙來提升發動機罩的整體厚重感，這就導致內板前沿位置出現較大的型面變化，噴涂面產生夾角約120°。此位置包邊在涂裝涂膠時密封，涂膠后，膠厚與發動機罩內板存在高低差，且焊縫距離夾角只有5.7 mm，去除膠寬膠邊緣距離鈑金型面夾角不足1 mm的距離。

機器人旋杯垂直于機蓋內板噴涂，鈑金夾角、膠邊與噴幅形成角度。僅靠霧漆不能滿足噴涂要求，反復調整噴涂角度及參數后未徹底解決。通過對比分析多款車型數據及噴涂效果，建議在造型設計、車身設計時參考工藝需求，膠邊到R角的距離在6～8 mm之間，增大膠邊與內板的角度和距離，內板前沿型面角度≥150°，降低內板前沿相對凸出高度。

2.3 A柱凸起結構、車門內板結構及車門開度對內板漆面的影響

在噴漆調試及量產后出現A柱、車門內板露底問題，尤其是深色漆，開車門后目視明顯露底，外漏底漆顏色，且經過多次仿形、參數調試均未解決問題，只能通過人工進行補漆。多個車型量產后，均出現此問題，隨即對車身結構進行分析。

機器人內板噴漆時車門需保持開啟狀態，噴涂工藝設計過程中需結合車門開度及內板結構來設計仿形路徑及角度。某車型最大開啟角度為65°，A柱凸起結構Y向高度為18 mm，此處凸起結構背部延長線可視為漆霧的運動方向，而延長線嵌進車門內板，可判定車門內板遮擋機器人噴涂，即使機器人避讓車門內板后，噴幅也會被車門內板遮擋，導致凸起結構后部不能噴涂，漆霧無法達到鉸鏈位置，造成虛噴問題。

2.4 側圍臺階面R角對流漆、色差的影響

內板機器人主要噴涂側圍門洞、車門內板、機蓋后背門內板等位置，其中側圍門洞及車門內板為主要外露面，從外觀分區角度被定義為一級面，對外觀的要求也最為嚴格，要求不僅沒有虛噴、流漆的問題，而且在顏色上也不能出現目視色差明顯的問題。為配合車門的裝配密封性，此位置型面急劇變化，每個型面寬度只有50 mm左右，且R角只有5 mm，受噴幅重疊不均及成型空氣壓力等原因影響造成嚴重的流漆 （臺階面凹陷位置）、虛噴 （臺階面凸起位置）共存的問題，經過反復調整軌跡及噴幅大小，能達到無流漆、無虛噴效果，但色差方面不能滿足要求，尤其是遮蓋力低的橙色、金色等。結合工藝驗證階段總結的噴幅標定結果和調試過程數據，對產品提出結構建議，要求在滿足車門與側圍裝配的前提下，調整此類結構的R角≥25 mm，經調整結構后，微調噴涂角度和參數，問題消失。

3 工裝治具對漆面質量的影響

3.1 噴涂治具導致的塑料件加油口蓋在線噴涂質量問題

筆者所在工廠塑料加油口蓋隨車身在線噴涂，噴涂治具安裝在后背門內外板搭接止口位置，與后背門外板一同噴涂，調試過程中出現加油口蓋邊沿虛噴、痱子、肥邊問題，發生率約70%，問題部位主要集中在口蓋邊沿且無規律，反復調試仿形及參數后，問題未得到有效解決。經測量油箱口蓋安裝后的相對車身位置數據，發現油箱口蓋上沿在X向存在30 mm左右的偏差，下沿在X向存在-30 mm左右的偏差，導致噴涂時旋杯與加油口蓋的噴涂距離發生變動，出現漆面問題。經批量檢測，發現治具尺寸偏差大，此問題需在SE分析及治具設計階段結合車身數模，對治具設計原則和尺寸精度進行分析并提出要求，保證油箱門與安裝平面平行，噴涂過程中油箱門相對車身位置固定不變。

3.2 機蓋噴漆輔具導致的機蓋、翼子板邊沿“清漆棱”問題

調試初期只關注噴涂治具的功能實現，即機器人通過治具前部的圓環抬起機蓋進行噴漆，未考慮對其他部位的影響。在安裝機蓋噴漆治具后，機蓋與翼子板不在同一平面，且高低差達到30 mm，以機蓋低于翼子板為例，當機蓋低于翼子板時，因外板為帶電噴涂，受邊緣效應影響，漆霧大部分被吸附在翼子板邊沿，小部分漆霧被吸附到機蓋邊沿，導致機蓋邊沿虛噴，出現目視明顯的“清漆棱”問題，反之則翼子板邊沿虛噴。經多次調試仿形和參數后問題得到解決，但浪費了大量人力、涂料、能耗等成本。經記錄、分析調試過程中的數據，當此距離控制在5～15 mm時，可規避此問題出現。因此，在數模分析、工裝設計階段分析以上工裝尺寸對噴漆的影響，建議在安裝治具后，高低差控制為5～15 mm。

4 結束語

綜上所述，車身漆膜雖然只在涂裝工序形成，但其噴涂質量受車身結構、工藝形式、設備特征等相關方面的影響，對于正向開發的汽車，產品設計者、工藝設計者過多關注了整車性能、白車身精度等方面，而忽略了漆膜的質量設計。這就需要涂裝SE分析師在正向車身設計過程中，能夠從漆膜外觀和性能出發，緊密結合現場生產線實際情況，提出科學的建議，避免后期結構更改和調試過程的涂料成本、人工工時和調試周期的浪費。

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（作者單位：東風悅達起亞汽車有限公司）