運用FMEA分析雙組份清漆應用實踐

鄭國榮，魏春波，胡駿，李鵬，李康，錢楊兵，陳星星

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運用FMEA分析雙組份清漆應用實踐

鄭國榮，魏春波，胡駿，李鵬，李康，錢楊兵，陳星星

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

隨著汽車市場的不斷發展，汽車主機廠對清漆材料從環保、質量、性能各方面要求越來越高，開始越來越多應用雙組份清漆。其優勢在于外觀優良，具有高反應濃度，低收縮率，高填充性，高底材遮蓋力。耐酸有更穩定的化學結構，具有更好的耐酸性能，保色、保光性優良。耐擦傷性能增強的彈性網絡結構，最大化的交聯密度，抗刮擦性優良。文章是針對涂裝線由傳統單組份升級為雙組份（2K）清漆，運用FMEA分析總結。

2K輸調漆系統；噴涂機器人；工藝文件標準化及參數；控制要點

前言

汽車復合涂層中清漆的作用有提高外觀光澤、流平性、鮮映性，提供硬度、杯凸、附著力、防石擊、抗劃傷等力學性能，持續的耐老化、耐水、酸、堿、汽油、耐化學品、耐酸雨及耐鳥糞等保護功能。

1 雙組份(2K）清漆介紹

1.1 單組份和雙組份（2K）清漆對比

表1

1.2 模擬目視“桔皮”狀態

圖1

1.3 縮合化學反應狀態

圖2

1.4 “桔皮”目視差異的原因

圖3

2 涂裝線由單組份切換為雙組份（2K）清漆

2018年3 .0產品的油漆外觀及性能亟待提升，以應用雙組份（2K）清漆作為專業課題，從材料、設備、工藝、人員四個方面，結合涂裝線現場實際情況運用FMEA系統分析。將因素進行歸納匯總，得出10項末端因素：

（1）材料1項：2K清漆配套使用材料。

（2）設備3項：噴涂機器人改造（由1K往復靜電噴涂機改造為2K靜電機器人）；輸調漆設備改造（由1K清漆輸調漆改造為2K輸調漆系統）；設備維護保養。

（3）工藝3項：工藝文件標準化及參數；控制要點；漆膜色差/外觀。

（4）人員2項：設備、操作培訓，操作技能。

3 分析末端因素的FMEA確認

3.1 材料的末端因素：2K清漆配套使用材料

表2

3.2 施工1：處理2K清漆漆霧的化學藥品（凝聚劑/絮凝劑）配套性OK

表3

因2K清漆使用固化劑在實際生產中存在結硬塊，在實驗室開展仿真實驗無問題。廢漆處理化學藥品滿足使用要求。

3.3 施工2：噴涂霧化空氣含水量OK

壓縮空氣含水量對漆膜光澤和鮮映性DOI有關聯影響。使用專業儀器檢測：涂裝線壓縮空氣的含水量90mg/m3滿足要求。行業主機廠一般要求壓縮空氣內的含水量要小于100mg/m3個單位。

3.4 施工3：2K清漆表面張力OK

圖4 測試儀器

圖5 表面張力數值

取檢油漆檢測液態表面張力，2K清漆＞中涂，實車驗證2K清漆返工噴涂中涂表面漆膜無印痕、抽縮缺陷。

3.5 設備的末端因素1：輸調漆設備

表4

3.5.1雙組份（2K）清漆輸調漆設備的設計

固化劑循環、混合專有設備，專有加料系統，氮氣保護裝置。

技術要求：

①通用要求：罐體設液位計，當超過或低于設定液位時有聲光報警，并可手動消除報警。液位計采用E+H液位計。系統壓力表按使用數量位置安裝（所有出口供管均設置），接口保證和原有壓力表接口通用。固化劑系統各配置2個新過濾器（并聯使用）。

圖6

圖7

圖8

②油漆管路：按設計圖紙安裝管路，完成后充氮氣保壓，保壓合格后整體清洗；清洗完成后投入油漆調試（油漆投入前應開展縮孔試驗）。有保壓檢測記錄和跨接電阻測試記錄，符合國標要求。

③工藝要求：1.固化劑供給系統2套，要求主管循環，設有氮氣保護系統（配置氮氣管路、閥組和不銹鋼雙氮氣瓶專用支架），固化劑到配比器支管設調壓器。2.加料采用舉升翻轉方式加料，加料過程中不允許固化劑與空氣接觸，杜絕固化劑中產生氣泡，加料完成后的虹吸管可以方便取下清洗。3.新增加系統的閥門、電氣開關、操作手柄等位置要滿足人機工程，做到方便操作和維護，標牌和防錯措施要到位（例如閥門帶限位保護）。

④電動泵要求：1.循環電動泵采用智能循環系統，設備選型充分考慮系統內槍站出口位置、管路管徑及長度、材料黏度、噴涂壓力、流量等因素，同時要求設備符合安全防爆、低維護費用的設計要求。2.電動泵的流量、壓力、報警信號和工作模式，休眠模式能通過PLC設置、并上傳至控制系統。3.電動泵配合程序設置需保證油漆循環系統實現生產、非生產、在線休眠模式，且保證非生產與生產模式切換時間不超過60秒。4.模組出口均配備涂料壓力傳感器，可自動監測系統壓力并將信號上傳給控制系統。5.電動泵具有壓力保護聯鎖，在系統超過預設壓力時，機械式泄壓閥會自動打開泄壓，或電機自動停機來保護系統的使用安全。6.電動泵的主泵需相關聯鎖，可手動或自動停止循環泵工作，保證系統安全。7.電動泵智能控制，電動泵下缸體需采用全封閉密封結構。

控制關鍵點：現場管路打壓測漏按≥1.5MPa，符合國標 GB50235—2010《工業金屬管道工程施工規范》，承受內壓的地上鋼管道及有色金屬管道試驗壓力應為設計壓力1.5倍。

3.5.2清漆混合專有配比器2KS

用于將清漆和固化劑混合的設備，可根據需設定配比。系統配置4臺配比器2KS，每臺具備2把槍的供漆能力；安裝在噴漆室外側方便操作的位置，按防爆標準做相應處理，具備2K與1K清漆并存正常使用的能力，配比器到槍站的管路采用軟管連接，軟管穿不銹鋼套管保護。進料端的管路需安裝調壓器。配比器采用2KS系列，具備兩套清漆、兩套固化劑和兩套清洗溶劑的隨機切換功能，具備后期新增油漆的擴展能力。配比器設置遠程控制盒，滿足在噴漆室內部獨立完成洗槍及顏色切換的操作需求(符合防爆要求)，控制盒在噴漆室內部設置防漆霧污染的固定罩殼。

主要部件：便攜式操作盒放置在工位區域，可選擇混漆/清洗/待機/油漆管路選擇等，建議操作盒用保鮮膜保護定期更換。顯示配比操作器在流體機旁邊，方便人員目視觀察閥門切換（采用電磁閥由氣動轉化為電控）。計量器采用齒輪嚙合計量（8-10齒），混漆配方程序0-63種。配比管規格有10/25/50cc，采用最大靜態存儲量50cc。混合管分為動態管在三通前（內部有螺旋槳葉輪），靜態管在三通后。

工作要求：環境溫度＜50℃；涂料壓力≤0.7MPa；控制清漆和固化劑供料壓力基本相當，固化劑壓力稍大，壓差大失效模式，壓力失衡使閥門前端結晶堵塞管路。

常見失效案例：全部噴涂為固化劑（沒有配比清漆），為固化劑結晶卡住計量器，系統默認無固化劑流出，傳感器控制閥門失效，始終開啟固化劑管路。要求每日開線前進行配比檢測，切換至檢測模式，使用量杯目視刻度或稱重，以確認比例OK。配比偏差小，可以通過數字設定補償（一般允許誤差5%）。通過校準因子，輸入實際吐出量，配比器自計算補償差值。出現配比器卡死40s后將自動報警停機，噴涂后車身需將清漆或固化劑層全部打磨徹底。

4 設備的末端因素2：噴涂機器人

表5

4.1 計量泵（6CC）

齒輪設計結構保證噴涂流量與齒輪泵轉速為一定比例，將內部泄露降到最低。齒輪泵接觸涂料的部件全部進行了ADLC電鍍處理。

技術參數：空氣壓力（閥體驅動）最小值6 bar，最大值8 bar。流體入口壓最小值0.5 bar (7.25 psi)，最大值1.5 bar (22 psi)，可接受的出口及入口壓力差（ΔΡ) 最大值：3bar。轉速范圍10rpm 至150rpm 與所用材料相關，最佳值為50rpm至120rpm。清洗時最大轉速40rpm旁通閥需開啟。運行最高溫度120℃。計量精確度：新齒輪泵計量精確度范圍為±2%，轉速40至100 rpm，材料粘度：25s DIN 4，出入口壓力差ΔΡ=±2 bar。

4.2 混漆

圖9

在霧化器主槍針里面增加一個混合器，使固化劑與油漆混合攪拌。

4.3 內部管路

雙組份清漆固化劑的異氰酸酯基團與水有較高反應活性，固化劑釋放的—NCO 基團與水中的羥基反應形成穩定的化學鍵并逐漸擴鏈增長，使黏度快速升高直至凝膠硬化，并釋放CO2氣體，且產生的CO2氣體還會使容器膨脹。

油漆管路要選用特氟龍管。特氟龍管是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料，具有摩擦系數極低、耐酸、耐堿，幾乎不溶于所有的溶劑，并有極強的化學穩定性。尼龍 (PA 12-PHL)管，雖具有良好的機械強度，耐油、耐弱酸、耐堿和一般溶劑，耐候性好，染色性差，但缺點吸水性大，在高溫高濕的空氣環境中易吸收空氣中水氣。

試裝過程中噴涂機器人典型問題：

表6

5 設備的末端因素3：設備維護保養

表7

1）正常生產期間每隔2-4h對旋杯、空氣環、霧化器外部擦洗（間隔低于1K清漆）；

2）機器人出現故障超過15min未恢復霧化器內部沖洗，需打到手動沖洗，必要時拆下霧化器清洗；

3）定期標定主劑和固化劑流量，檢查固化劑混合器管路；

4）手工段噴槍每天點檢，噴涂前需排放。

6 工藝的末端因素1：工藝文件標準化及參數

表8

1）工藝文件、操作規程更新：針對材料、設備變化對工藝文件變更相關工藝參數。

2）調漆參數（比例、粘度、溫度、過濾要求等）

組分A：4（清漆+稀釋劑），組分B：1（固化劑）。過濾等級要求和1K清漆相同，根據油漆溫粘曲線控制。

表9

調漆操作要求：

（1）固化劑加料準備及其它事項

①當漆罐固化劑的液位低于20%，準備固化劑加料。取溶劑桶放在吸料管旁邊，將吸料管上快接打開，用溶劑清洗密封圈以下的吸料管，并用干凈布擦干。

②控制點：生產期間加料完成后，為保證空氣不進入加料管路，空桶不取下；非生產期間，需將加料管清洗干凈；油漆桶承壓能力不滿足時，加料需采用重力模式加料模式。

③固化劑系統無管中管溫控系統，清漆和固化劑相差5℃以上，影響混漆溫度約1℃，對涂料粘度有間接影響。

（2）固化劑加料采用重力模式加料模式

將升降車移動到加料系統前并接地。b、工具準備：開桶器、氮氣保護管、液壓升降機、連接管、靜電夾，檢查靜電夾導線是否完好。加料人員佩戴干凈的勞防用品，避免污染接觸加料管路及氮氣管路。c、檢查包裝桶外觀完好，將包裝桶連接接地。打開包裝桶加料口桶蓋，立即將加料管連接至加料口。打開排氣孔，迅速連接氮氣管路，全程保持加料閥和氮氣閥關閉。管路連接好后，對各管路接口確認檢查，避免加壓后松脫，檢查加料管、氮氣軟管和包裝桶連接牢固不漏氣。d、用液壓升降機抓緊固化劑桶，緩慢提升桶的高度并旋轉桶的方向從豎直向水平，依次打開氮氣閥、加料閥和排空閥。隨著加料進行，緩慢提升桶的高度高于加料罐高度，并旋轉桶的方向至水平。e、整個加料過程利用重力加料，并保持氮氣0.01~0.05MPa的輸入壓力直至加料完成。加料過程中缸體內固化劑保護氮氣保持常開。f、目測無固化劑流入缸內，關閉加料閥和氮氣閥。等待10-15s，關閉排空閥，將加料過程中帶入罐中的氣泡排出，觀察固化劑系統壓力是否穩定。g、非生產期間，將加料管清洗干凈，放回原處。整理周圍物品，升降車移動到指定位置，將空桶桶蓋封好，放到空桶回收區。

3）施工條件：溫濕度、烘干溫度條件

圖10

溫濕度：夏季（6-9月）25-30℃冬季（10-次年5月）20-26℃烘干溫度條件窗口。

4）漆膜厚度：漆膜梯度厚度外觀驗證，確認現場膜厚的控制范圍35-50μm。

7 工藝的末端因素2：控制要點

表10

1）修飾工藝（修磨、拋光材料）

圖11

試驗結果：在145℃*20分鐘烘烤后，即拋光處理，使用羊毛很好的消除P2000砂紙痕；相同打磨處理、拋光工藝下，羊毛球拋光效率高于海綿球。

2）氮氣在生產和不生產時的控制項：固化劑系統必須保持氮氣保護，確保異氰酸酯不與空氣中的水蒸氣接觸；氮氣采用瓶裝高純氮（滿足GB/T8979-2008）。

8 工藝的末端因素3：漆膜色差/外觀

表11

小批量試裝外觀“桔皮”、色差合格。

9 人員的末端因素1：培訓

表12

組織設備、生產操作人員，在現場設備開展培訓并將設備及安全資料交接存檔。

10 人員的末端因素2：技能

表13

1）固化劑系統清洗方案：

①清洗系統準備溶劑型溶劑、氮氣、干凈的溶劑桶。

②溶劑型溶劑第一遍清洗，清洗12個小時。

步驟：取5um過濾袋安裝在排料管上，取清洗溶劑放在系統旁夾上靜電夾，用防爆器開啟桶蓋，將加料虹引管插入溶劑桶內，轉換三通閥，開啟加料泵，向缸內加入溶劑，后續溶劑均按第一桶操作向缸內加料，當缸內處于高液位時，打開氣動泵，將溶劑導入系統中，此時要時刻關注固化劑清洗區中排溶劑桶的液位變化，當桶內處于高液位時，將排料管插入其它空桶中，將溶劑桶推到調漆間重新加入到系統中，反復重復此操作，保持清洗12h，在清洗過程中，操作人員不準離開現場。（重點:打開觀察窗，對觀察窗、密封墊及內部徹底清洗）

③溶劑型溶劑第二遍清洗，清洗12個小時。

步驟1：導出缸內溶劑，將排料管插入到空桶內，用氣動泵將缸內溶劑導出，完全導出后關閉氣動泵；

步驟2：導出系統內溶劑，用新的溶劑將系統內溶劑導出，按第一遍清洗步驟向缸內加入新溶劑，并觀察排料管流出溶劑的顏色，當溶劑顏色明顯變透明時，停止加料，關閉氣動泵，更換排料管上的5um過濾袋，插入空溶劑桶中；

步驟3：打開加料泵與電動泵，繼續重復步驟2 Step2操作，保持溶劑在系統內循環12個小時。

④溶劑型溶劑第三次清洗，清洗12個小時。具體操作步驟完全與步驟3一致。

⑤溶劑型溶劑第四次清洗，清洗12個小時。具體操作步驟完全與步驟3一致，在第四次清洗完成時，觀察排料管上過濾袋的潔凈度，如仍有異物存在，重復步驟5，如沒有，則取缸內溶劑與清漆原漆比例為5：100均勻混合后，做縮孔測試，如有縮孔，繼續用溶劑清洗。

⑥排出溶劑，用氮氣將系統吹干。具體操作步驟參照步驟3 Step1；Step2用氮氣將系統內溶劑排出；Step3當排料管中不再有溶劑流出時，連續用2瓶氮氣吹掃系統。

⑦對系統加料。將現場支管接回原位置，按固化劑加料流程，注意清洗后的系統加料后，需從支路放固化劑，并觀察是否有氣泡冒出，如有需繼續排放至沒有，缸內用氮氣保護。

2）內表面噴涂技能：因雙組份清漆固體份差異，噴涂三要素槍距20-30cm、槍速30-60cm/s，扇面搭接1/4-1/3在適當范圍內調整，控制內表面膜厚35-50μm。方法：樣板噴涂檢測膜厚，以實物狀態給員工指導。

11 綜述

涂裝新材料和新工藝的應用，專業技術人員從人、機、料、法、環、測6方面分析討論，運用FMEA工具對項目、產品的潛在失效模式分析整理成末端原因，按PDCA開展系統工作閉環管理，達到規避降低風險。從雙組份清漆應用實踐，作為涂裝線改造應用新材料的典型案例，在專業知識和運用質量工具方面有很大提升。

Use FMEA to analyze the application of two-component varnish

Zheng Guorong, Wei Chunbo, Hu Jun, Li Peng, Li Kang, Qian Yangbing, Chen Xingxing

( Chery Automobile Co., LTD., Anhui Wuhu 241009 )

Along with the continuous development of auto market, car makers from all the aspects of the environmental quality performance of varnish material demand is higher and higher, to more and more application of two-component varnish Its advantage is good appearance, high reaction concentration, low shrinkage, high filling, high substrate covering power Acid has a more stable chemical structure, has the better performance of acid, protect color protect good light resistance Scratch resistance as well as increase the elasticity of the network structure, the maximization of the crosslinking density, excellent scratch resistance This article is in view of the painting line from traditional one-component upgraded to a two-component (2 k) varnish, using FMEA analysis summary.

2K paint transfer and adjustment system; Spraying robot; Process document standardization and param -eters; Control points

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鄭國榮，就職于奇瑞汽車股份有限公司。

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