汽車涂裝車間旋轉膠槍PVC殘膠優化

摘要：為解決后圍殘膠進入總裝車間干涉安裝的問題，對聚氯乙烯（PVC）材料、槍嘴溫度和機器人噴涂程序進行優化：在不影響涂膠密封性和外觀的前提下，提高PVC材料相對粘度和屈服值；降低槍嘴出膠溫度，減少殘膠的產生；取消后圍位置的一對開關槍點，將2道不同的膠合并成同一道膠。結果表明，以上措施消除了后圍處PVC殘膠，避免了對總裝安裝平面的干涉影響。

關鍵詞：PVC殘膠 材料 溫度 機器人程序 人工成本

中圖分類號：U466" 文獻標志碼：B" "DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20240048

Swirl Gun PVC Residue Optimization in Automobile Paint Shop

Tian Mengzhe

（Beijing Benz Automotive Company， Beijing 100176）

Abstract： To solve the quality issues that rear quarter PVC residue interference with assembly shop installation， PVC material， nozzle temperature and robot application program are optimized as following. For PVC material，" Relevant viscosity and yield value with the precondition of no influence to the tightness and appearance are increased; The nozzle temperature is reduced and the PVC residue amount is decreased; The gun on-and-off points of rear quarter" are cancelled and" two adjacent seams are combined to one big seam. The result indicates that the solutions above remove the PVC residue on rear quarter and avoid the PVC interference to assembly installation surface.

Key words：" PVC residue， Material， Temperature， Robot program， Labor cost

1 前言

PVC殘膠是指車身通過密封膠生產線時，涂膠及刷膠過程中產生的附著在車身上的多余密封膠。在生產過程中，殘膠以濕膠形式存在，經過密封膠烤箱后，殘膠固化變硬形成干膠貼附于車身，對車身質量造成嚴重影響[1]。膠殘根據來源可分為機器人殘膠和手工殘膠。殘膠大幅提高了車身手工區擦車工位和面漆準備線的勞動強度，特別是當存在殘膠的車輛到達精修線時，會降低車間一次交驗率，對車間產量和質量造成影響。因此，減少生產過程中密封膠殘膠的產生是一項重要而緊迫的任務。

聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）機器人涂膠程序中的開槍點和關槍點位置是殘膠飛濺的高發區[2]。在實際生產中，在左、右后圍位置經常發現機器人關槍點甩出的膠絲，會干涉總裝車間側圍零部件的安裝，導致零件無法安裝到位。

選擇與產生殘膠的關槍點位置接近的另一道膠，將其開槍點刪除，通過軌跡點將這2道膠連接成為一道膠，調整該軌跡點姿態，避免機器人與車身發生碰撞。然后在機器人姿態發生變化的位置設置較小的刷子號，避免堆膠影響總裝，在機器人姿態平穩的位置設置較大的刷子號，避免涂膠過薄或過窄導致PVC漏水。最后對示教完成的程序進行在線自動噴涂，對偏移焊縫的涂膠軌跡進行局部微調。

2 PVC殘膠干涉安裝問題

車身完成涂裝車間全部工藝過程后，經過立體庫到達總裝車間安裝內飾及底盤相關部件，發現后圍PVC殘膠干涉安裝。PVC殘膠會導致膠堵安裝后與后圍板材產生縫隙，嚴重影響車身密封性，易造成備胎槽進水。因此，對影響膠堵裝配的后圍PVC殘膠進行每日百車缺陷數統計，如表1所示。為保證產品質量，對發生PVC干涉膠堵安裝的車身進行停線修復，由此產生的質量停線時間如圖1所示。

由表1、圖1可知，后圍2處安裝位置均有PVC殘膠產生并與安裝位置干涉。2處干涉位置合計約產生殘膠缺陷5個/車，處理帶來的停線時間約為90 min/天。為解決PVC殘膠對裝配造成干涉問題，臨時在PVC車身手工線尾擦車工位增加后圍位置PVC殘膠的擦拭工序。

在涂裝車間增加人工擦拭PVC殘膠工序后，流入總裝車間的缺陷數量顯著下降，同時，由于清除PVC殘膠產生的質量停線時間大幅降低，滿足了總裝車間的產量要求。2處干涉位置合計產生殘膠缺陷約0.2個/車，如表2所示，處理缺陷的停線時間約為5 min/天，如圖2所示。

盡管臨時措施大幅降低了缺陷數量和質量停線時間，但增加了擦車工位人工操作時長，提高了工位利用率，同時增加了車身擦拭布及工業乙醇的使用量，提高了人員工作負荷和低值易耗品成本，因此，需要一個從根本上解決PVC殘膠產生的方案。

3 PVC殘膠干涉總裝安裝問題原因分析

造成PVC殘膠飛濺干涉總裝安裝問題的原因是多方面的，主要包括PVC材料、噴涂設備溫度和噴涂程序[3]。在材料方面，影響PVC施工性能的重要參數是相對粘度和屈服值，且二者具有一定的相關性。噴涂設備對PVC殘膠的影響主要為機器人槍嘴的出膠溫度，機器人噴涂程序包括涂膠軌跡和參數設置。應通過調整材料、設備溫度及噴涂程序最大限度避免殘膠缺陷。

3.1 PVC材料參數對殘膠的影響

材料的相對粘度和屈服值是影響PVC殘膠的2個重要參數，二者往往呈現正相關。當相對粘度和屈服值升高時，PVC材料的保形性提升，從機器人槍嘴噴出時不易產生殘膠飛濺，但相對粘度和屈服值過高會使機器人涂膠寬度變小，對焊縫的密封性能變差，易造成焊縫密封不良。當材料相對粘度及屈服值降低時，材料保形性變差，流動性及噴涂飛濺風險升高。由于機器人噴涂起始階段需要一定的預壓力進行機械推動，因此，噴涂飛濺易造成殘膠缺陷。選取不同相對粘度和屈服值的材料進行車身噴涂測試，觀察分析相對粘度和屈服值對PVC殘膠及密封性的影響，結果如表3所示。

表3中3號參數組合為當前現場實際使用的材料性能參數。相對粘度和屈服值的降低有利于增大膠寬，從而提升材料的密封性能，但殘膠數量也隨之成倍增加，不利于PVC殘膠問題的解決。而提升材料相對粘度和屈服值可以顯著減少殘膠缺陷數量，但涂膠寬度隨著材料粘度和屈服值的升高而顯著下降，導致密封不良百車缺陷有所升高。當材料相對粘度增大至8.653 Pa·s時，車身密封不良百車缺陷數升高至3.7個，接近現階段質量目標（4個）。當材料相對粘度增大至9.295 Pa·s時，車身百車密封不良缺陷數已高達5.6個，超出質量目標要求。因此，提升材料相對粘度和屈服值雖然可以有效改善機器人槍嘴產生殘膠飛濺的百車缺陷數，但對PVC密封性的不良影響較為明顯，膠寬隨相對粘度和屈服值的升高而降低導致材料密封性能變差，存在一定的密封不良及腐蝕風險。

3.2 PVC槍嘴溫度對殘膠的影響

PVC噴涂設備主要指機器人及供膠系統，對殘膠影響較大的是機器人槍嘴出膠溫度。PVC材料對溫度較為敏感，其相對粘度和屈服值隨材料溫度的降低而升高，較高的相對粘度和屈服值可以減少機器人噴涂過程中的殘膠飛濺，減少殘膠缺陷。因此，選取不同槍嘴溫度下的材料進行車身噴涂測試，研究分析涂膠寬度、殘膠百車缺陷數量和密封不良百車缺陷數量與溫度的關系，結果如表4所示。

由表4可知，3號參數組合為正常生產過程中槍嘴溫度對殘膠及密封性的影響，雖然殘膠百車缺陷數量較高，但不會出現密封不良，車身的密封性和防腐蝕性能得到保證。為解決PVC殘膠飛濺問題，將測試溫度逐漸降低，發現涂膠寬度變窄的同時，殘膠百車缺陷數量開始下降，但并未降低至接近無殘膠的水平。由于膠寬隨溫度的降低而減小，密封不良百車缺陷數量明顯增加，車身漏水及腐蝕風險升高。升高槍嘴噴涂溫度雖然可以降低密封不良百車缺陷數，但隨著溫度上升及膠寬的提高，殘膠百車缺陷數量顯著增加，不利于解決殘膠缺陷問題，因此，需要通過其他方法實現對PVC殘膠的控制。

3.3 PVC噴涂程序對殘膠的影響

由于機器人在涂膠過程中存在開槍點和關槍點，開、關槍點附近密封膠運動狀態的顯著變化無法避免，因此，無法從根本上消除殘膠。為最大程度降低殘膠對車身質量的影響，可以對機器人開關槍點附近的程序參數進行優化，控制殘膠膠量和殘膠位置。機器人程序主要參數如表5所示。

當機器人涂膠流量增大時，涂膠過程中甩出的殘膠增多。降低機器人位于開關槍點前的刷子點的流量，減少開關槍點瞬時槍嘴中積存的殘膠，有利于減少從槍嘴中甩出的殘膠膠量。當機器人加速度較大時，機器人運動過程中速度的改變所需時間較短，機器人運動的整體穩定性下降，易產生殘膠。降低機器人位于開關槍點前的軌跡點的加速度，有利于減少殘膠的甩出，使殘膠保持在開、關槍點附近的小范圍內。當機器人涂膠速度過快時，機器人運動過程中甩出的殘膠較多。因此，可在滿足機器人涂膠節拍的前提下降低機器人的運動速度。當機器人涂膠位置距離后圍過近時，涂膠過程中產生的殘膠易落于后圍附近總裝安裝處。因此，為了減少后圍附近殘膠，在保證涂膠密封性的前提下，增加了問題位置的涂膠高度，使涂膠位置遠離后圍。在旋轉膠槍對車身焊縫進行噴涂過程中，當膠槍轉速過快時，甩出的殘膠較多。因此，在保證涂膠密封性和防腐蝕性能的前提下，降低了旋轉膠槍轉速。對于旋轉膠槍，可以適當減小機器人槍嘴與開、關槍點前車身作用面的距離，從而減小槍嘴噴涂扇面，降低殘膠飛濺風險。

以上機器人參數優化調整，均未造成問題位置密封不良問題，但也未使殘膠百車缺陷數量大幅降低。考慮到密封性及防腐性能的要求，涂膠流量及轉速不能過低，Z向涂膠位置要保證焊縫居中，因此，Z向位置不能過高，轉速不能過低，轉速低會導致膠形不夠致密而形成膠條中央沙眼，降低噴涂密封性。加速度和速度的減小雖有助于降低殘膠百車缺陷數量，但會降低機器人運行節拍，影響產量。減小噴涂槍距可縮小殘膠飛濺范圍，但不能杜絕殘膠的產生，同時會提高涂膠厚度，提高總裝安裝干涉的風險。

旋轉膠槍機器人運動過程中，開、關槍點位置是最容易產生殘膠的區域。為控制殘膠數量，可考慮調整程序軌跡姿態，減少機器人開關槍點數量，將2條PVC膠通過添加過渡軌跡點的方法合并為1條PVC膠，如圖3所示。對機器人姿態變化較大的位置應用較小刷子號以降低堆膠風險，如圖4所示。程序軌跡優化可減少1組開關槍點，大幅降低殘膠的發生率，如圖5所示。

優化后的程序經過噴涂測試后表明，PVC殘膠百車缺陷數量由約500個降低至0.11個，密封不良百車缺陷數量降低為0個，在保證PVC密封性和防腐蝕性能的前提下最大限度減少了PVC殘膠的產生。

4 成果與收益

由于PVC殘膠百車缺陷數量的降低，總裝因為PVC殘膠干涉安裝造成的清除殘膠的質量停線時間顯著下降，如圖6、圖7所示。

由于通過機器人程序軌跡及姿態優化取消了1組開關槍點，使機器人噴涂過程中幾乎不再產生PVC殘膠，因此，取消了殘膠擦拭操作，節約了擦車溶劑工業乙醇及車身擦拭布，降低了工人工時。

工業乙醇原額定消耗量為44 mL/車，現額定消耗量為40 mL/車，以工業乙醇單價8元/kg、日產量600臺計算，全年可節約工業乙醇506.88 kg，如圖8所示，全年可節約工業乙醇采購成本4 055.04元。

車身擦拭布原額定消耗量為2.2片/車，通過取消工人對PVC干涉位置的擦拭操作，現額定消耗量為2片/車，以車身擦拭布單價0.7元/片，日產量600臺計算，全年可節約車身擦拭布31 680片，如圖9所示。全年可節約車身擦拭布采購成本22 176元。

PVC殘膠優化完成前擦車工位的工作時長為93 s，優化后擦車工位的工作時長可以降低至90 s。以日產量600臺計算，全年可降低擦車工位工作時長132 h，如圖10所示。

5 結束語

本文從總裝車間反饋PVC殘膠干涉安裝問題為出發點，對殘膠產生的根本原因進行分析。通過對PVC材料參數、機器人槍嘴溫度和噴涂程序參數的深入分析，確立了殘膠問題解決措施，即對噴涂程序進行優化，減少開關槍點數量，將2條膠合并為1條，最大限度減少了殘膠的產生，同時避免了擦車工位對通風口區域的擦拭操作，節約了擦車溶劑工業乙醇和車身擦拭布，降低了擦車工位工作時長。

在實際應用中，旋轉膠槍具有360°高自由度噴涂的優勢，能夠靈活改變噴涂姿態，適合進行復雜焊縫區域的曲線噴涂。但旋轉膠槍也具有明顯的劣勢，主要表現為噴涂速度慢、涂膠寬度窄、開關槍點附近殘膠較多等。因此，為提高產能并穩定產品質量輸出，計劃對機器人站進行改造升級，用精細縫密封（FAD）膠槍替代噴涂外觀區域的旋轉膠槍，減少旋轉膠槍噴涂過程中形成的涂膠表面紋路及開關槍點附近殘膠，改善了PVC外觀并降低殘膠飛濺造成總裝安裝干涉的風險。將噴涂非外觀區域的旋轉膠槍用三維（3D）膠槍替代，可以顯著提高涂膠速度和涂膠寬度，有助于產能及焊縫密封性的提升。

參考文獻：

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