高品質汽車涂裝工藝及裝備關鍵技術探究

張凡

摘 要：本文將從當前高品質汽車涂裝的概況出發，闡述高品質汽車涂裝含義，對高品質汽車涂裝的工藝與裝備關鍵技術進行分析與探究，希望為相關人員提供一些幫助和建議，更好地進行高品質汽車涂裝。

關鍵詞：關鍵技術；涂裝裝備；涂裝工藝

引言：在制造汽車時，涂裝是十分重要的環節與關鍵工藝。現階段，我國使用的關鍵涂裝工藝、裝備依舊對國外引進有較大依賴性，因此，研究高品質汽車涂裝的工藝與裝備關鍵技術具有一定現實意義。

一、當前高品質汽車涂裝的概況

近些年，汽車行業有了更高的汽車涂裝要求，不僅要裝飾性強、亮度高、閃光高，而且會用到更多的高級油漆，常規轎車就有超過百分之八十的部分使用了金屬閃光漆，同時，乘用車的涂裝工藝也不斷改進，這能夠讓汽車的內涵更為豐富，其美觀性也可以得到不同程度的提升。

二、高品質汽車涂裝含義

高品質汽車的涂裝既可以運用到整車方面，又能夠有效運用到其它各類汽車零部件，其基本要素為：高性能涂料的運用、自動噴涂設備的選取、控制與設計工藝參數等，從而讓最終的汽車涂膜裝飾性強、防腐性高、顏色美觀。通常來講，合理運用色彩在汽車涂裝中至關重要，色彩能夠帶來視覺上的震撼與精神上的感染。對任何乘用車來講，同時具備色彩鮮明、外形流暢等特征是再好不過的，這樣能夠讓技術和藝術達到高度的協調統一[1]。

三、高品質汽車涂裝的工藝與裝備關鍵技術

（一）高品質汽車涂裝的工藝

1.涂裝環節

在原有噴涂工藝的流程中，涂裝環節主要為汽車預處理、電泳、中涂、面漆等。其中，對于面漆與中涂這兩個工序，工廠通常運用濕碰濕工藝來噴涂。當涂裝完車身電泳以后，借助濕碰濕這一工藝能夠依次開展中涂、噴涂金屬底色漆與噴涂罩光清漆等工作，然后讓漆膜烘干一次性實現，這樣的工藝叫作三涂一烘工藝，即3C1B。運用該工藝后，能夠使中涂烘干的環節有效減少，從而讓汽車涂裝投入的中涂烘干爐、工位室清潔工作、中涂打磨都有所減少，以此來實現輔料與能源等消耗的充分降低，讓生產效率得到不同程度的提升。要想進一步與3C1B的汽車涂裝相適應，需要積極改進涂裝材料。通過把涂裝材料換成各類金屬漆，能夠讓汽車涂裝達到較高的品質，換句話說，金屬漆噴涂的工藝屬于重要的高品質汽車涂裝內容。然而，金屬漆內部成分相對特殊，這使得噴涂工藝要求也更高[2]。

在噴涂金屬感光漆時，確保鋁粉排列平行是該噴涂技術的關鍵所在，這是因為平行排列的鋁粉會增加正面涂層具有的反射光，把金屬光澤更好地展示出來。漆膜在剛涂裝完的一段時間里，鋁粉處于隨機排列，伴隨時間的改變，溶劑揮發且涂層逐漸收縮自身體積，以此來讓鋁粉實現排列平行。其涂裝的環節為：先使用旋杯靜電噴涂對金屬底色漆進行首次噴涂，且涂膜約為10μm厚度，以此來通過百分之七十的模厚遮蓋住底材。然后，使用空氣靜電噴槍或是空氣噴槍對金屬底色漆進行二次噴涂，且涂膜約為3μm至5μm厚度，以此來對底色漆當前外觀進行調整。另，目前通過油漆材料的優化，為提高上漆率，第二道許多基地亦調整為旋杯機器人噴涂。整體來看，乘用車逐漸增加了金屬漆內腔的使用需求，這使得很多企業對于金屬漆的旋杯噴涂需求也越來越大，從而讓乘用車成功地從普通附上顏色轉變成高品質涂裝。

2.涂裝軌跡

噴涂機器人軌跡指的是機器人噴槍在噴涂過程中的空間軌跡，也可以理解成噴槍產生的所有點的集合，其軌跡由噴槍速率及空間路徑兩部分組成。對噴涂機器人展開軌跡規劃時，應按照任務作業具體需求，對預期運動軌跡加以計算，一般把噴涂機器人手臂作出的動作當成基于工作坐標系的工具坐標系運動。整體來看，噴涂機器人能夠按照車身具體形狀找出噴涂最佳路徑，確保噴槍與旋杯可以始終通過均勻噴幅與最優距離對車身展開噴涂，以此來提升噴涂質量并實現高質量涂裝。

3.涂裝生產線評估

在高質量涂裝中，需要對生產線進行評估，主要包括以下內容。第一，車間任務，包括所承擔任務內容、范圍，涂裝車型的種類等。第二，產品資料，如外形尺寸、材質、白車身質量、涂裝面積（電泳和噴涂面積）、對涂裝質量的要求等。第三，生產綱領（即年產量）設計產量和近兩年實際產量，可通過生產線的實際結構來反推車間的最大產量。第四，工作制度和年時基數。原則兩班為主，每班工作時間按國家規定，一二班8h，三班為7h，年時基數以年工作254天計。工作制度和年時基數在概念上國外和我國有些差別，一般根據工廠實行的工作制度確定，沒有國家規定。

4.涂裝機器人品牌

目前，市面上主流的涂裝機器人品牌有FANUC、ABB、durr等。其中，FANUC首臺機器人問世以來，致力于機器人領先與創新，FANUC機器人產品系列多達240種，負重從0.5公斤到1.35噸，廣泛應用在裝配、搬運、焊接、鑄造、噴涂、碼垛等不同生產環節，滿足客戶的不同需求。ABB機器人在中國應用以來表現出諸多優勢，第一，產量翻倍。與物料搬運、上下料和過程應用領域的其他同類機器人相比，作業周期縮短了一半。第二，無需擔憂邊角切割問題。高速運行時，大多數機器人都存在邊角切割的問題。該機器人采用了獨特的“大腦”與“肌肉”組合，作業路徑始終如一。第三，出色的可靠性。ABB機器人具有出色的可靠性，即便在最惡劣的作業環境下，該款機器人都能應對自如。而durr機器人品牌的機器人也有多種優點，動力性強、給料準確性高、材料消耗低，通過高性能的動力刷變換提高接口密封質量，減少了日后的維護工作量。

從噴涂機器人來看，國內汽車工業發展迅速，大量全新車型涌現，車身設計調整的更加頻繁，在這一背景下，噴涂機器人應運而生，能夠與汽車生產要求的復雜多變相適應。為了對高速噴涂適用，在金屬漆二次噴涂與內表面噴涂的過程中可選取高速旋轉式噴槍。整體來看，技術先進是噴涂機器人的優點，后期維護昂貴、造價高是其缺陷與不足[4]。

從bell設備來看，bell設備是一種新型的汽車涂裝設備。在原來的噴涂工藝中，借助旋杯自動靜電進行金屬漆的首次噴涂，占據百分之七十金屬漆涂膜厚度，隨后借助空氣噴槍進行金屬漆的二次噴涂，占據百分之三十金屬漆涂膜厚度。運用bell設備以后，汽車涂裝時具有較高的轉速，增加了其成形空氣，邊緣為鋸齒形的結構，讓旋杯霧化以后的金屬漆具有更干和更小的直徑，噴涂的最終效果業余空氣噴槍十分接近?，F階段，我國出現了bell-bell設備，該設備不但能夠讓噴涂的最終效果得到保障，還使油漆利用率進一步調高，由之前的百分之三十至百分之五十提升到百分之七十至百分之八十。

（二）高品質汽車涂裝的噴涂機控制系統

噴涂機控制系統是高品質汽車涂裝的裝備關鍵技術，構建噴涂機自動控制系統時，可將噴涂軌跡與機械設計當作基礎，然后設計并制造出完整的自動噴涂系統，最終投入到汽車生產中。按照自動噴涂機流程，需要將分布控制方案運用到控制系統的設計，主要有建立通訊關系、配置硬件等內容。在噴涂機工作的過程中，不但要對不同運行系統動作進行控制，而且要對旋杯工藝參數加以控制，包括油漆顏色、高壓靜電、油漆數量及旋杯轉速等。因此，可以通過驅動系統來控制自由度的運動，通過氣動系統來控制旋杯的工藝參數。

1.控制過程

某項目的自動噴涂系統由四個側噴機與一個頂噴機組成，三個旋杯設置于頂噴機上，且各側噴機都配備一個旋杯，因此該系統一共七個旋杯，因此該項目又稱七杯站項目。使用自動噴涂機進行汽車涂裝作業以前，工作人員先根據操作程序打開噴涂機，使其進入到待命狀態。隨后噴漆室中有車身進入，對其顏色與車型等基本信息進行人工獲取或是自動獲取，然后把這些信息和位置接近開關得到的信息向噴涂機控制系統發送，這時，噴涂機的程度會對進行車型信息的計算與分析，在車身處于起噴位置時，開始進行自動的噴涂，讓旋杯噴涂、仿形運動一同開展。噴涂完成以后，噴涂機將會恢復至初始位置，繼續準備下一個車身的噴涂。

2.分布式控制系統

在融合計算機監控、數字控制、多級控制等系統后，可以構建出分布式的控制系統，該系統的功能如下：管理、監控、數字控制、獲得數據。分散控制與集中管理是其主要特點。微處理機應安裝到測量裝置、執行機構的周圍。一旦管理層級有問題出現，則控制層級不會受到影響，依然可以開展獨立控制，并且，當控制回路故障時，系統整體也不會彈回，充分增強了控制方法可靠程度。整體開看，比起多級控制系統，分布式的控制系統造價更低、布局更合理、結構更靈活。

3.控制系統中的通信

在分布式的控制系統中，主要有現場執行層、中間協調層與組織管理層等，在各子系統間建立有效通信可以讓交換數據的目的得以實現。其中，維護人員、操作人員是組織管理層，借助人機交互的界面可以管理、控制汽車涂裝設備。plc為中間協調層，主要進行控制系統整體的串聯與控制，然后和系統中其它設備plc通信。而現場執行層則由plc擴展模塊、伺服驅動控制器構成。

4.控制系統的實現

驅動控制系統：出于自動噴涂機運動參數、結構特點等需要，應合理選取伺服電機、驅動模塊，并基于scout環境設計控制系統。氣路控制系統：汽車涂裝采用mma303高速旋杯總成，這種類型的霧化器配備了氣浮高速蝸輪，能夠專門使用到噴涂金屬漆方面，并且可借助高壓靜電的改變使噴涂水性涂料、溶劑涂料的需求得到滿足。

5.噴涂系統調試

當設計完控制系統以后，需要通過wincc軟件對上位機監控展開編輯與設計，隨后再調試自動噴涂系統。在設計監控畫面時，應包括自動噴涂狀態、噴涂機狀態、進車隊列、噴涂機動作、驅動電機參數、旋杯工藝參數等。調試自動噴涂系統主要是進行時間參數、噴杯開關強、噴杯參數、仿形效果、自由度等內容，從而讓噴涂機最終噴涂效果更佳，提高油漆的質量與外觀，實現高質量汽車涂裝。

結語：總而言之，研究高品質汽車涂裝的工藝與裝備關鍵技術具有重要的意義。相關人員應對當前高品質汽車涂裝的概況有一個全面了解，明確高品質汽車涂裝含義，把握高品質汽車涂裝工藝中的涂裝環節、涂裝軌跡與涂裝裝備，充分把握其噴涂機控制系統的控制過程、分布式控制系統、控制系統通信、控制系統實現、噴涂系統調試等內容，從而推動體內汽車涂裝朝著高品質的方向不斷發展。

參考文獻：

[1]夏忠，鄧橋輝.前處理：汽車涂裝工藝的“門戶”——淺談涂裝前處理懸掛式輸送設備結構及脫鏈現象與解決方案[J].中國設備工程，2017，（24）：16-17.

[2]桂江一.第二屆“鸚鵡杯”汽車涂裝教師技能大賽圓滿落幕——專訪巴斯夫大中華區汽車修補漆業務管理總監葛峻熙[J].汽車維修與保養，2017，（10）：100-101.

[3]彭斐，許雯君.環境保護與汽車涂裝并駕齊驅 專訪艾森曼機械設備（上海）有限公司執行總裁劉健[J].汽車與配件，2019，（37）：26-29.

[4]王錫春，李文剛.再談“綠色涂裝”——汽車“綠色涂裝與涂料”的發展趨勢（三）[J].中國涂料，2019，29（10）：17-21+54.