高品质汽车涂装工艺及装备关键技术探究

张凡

摘 要：本文将从当前高品质汽车涂装的概况出发，阐述高品质汽车涂装含义，对高品质汽车涂装的工艺与装备关键技术进行分析与探究，希望为相关人员提供一些帮助和建议，更好地进行高品质汽车涂装。

关键词：关键技术；涂装装备；涂装工艺

引言：在制造汽车时，涂装是十分重要的环节与关键工艺。现阶段，我国使用的关键涂装工艺、装备依旧对国外引进有较大依赖性，因此，研究高品质汽车涂装的工艺与装备关键技术具有一定现实意义。

一、当前高品质汽车涂装的概况

近些年，汽车行业有了更高的汽车涂装要求，不仅要装饰性强、亮度高、闪光高，而且会用到更多的高级油漆，常规轿车就有超过百分之八十的部分使用了金属闪光漆，同时，乘用车的涂装工艺也不断改进，这能够让汽车的内涵更为丰富，其美观性也可以得到不同程度的提升。

二、高品质汽车涂装含义

高品质汽车的涂装既可以运用到整车方面，又能够有效运用到其它各类汽车零部件，其基本要素为：高性能涂料的运用、自动喷涂设备的选取、控制与设计工艺参数等，从而让最终的汽车涂膜装饰性强、防腐性高、颜色美观。通常来讲，合理运用色彩在汽车涂装中至关重要，色彩能够带来视觉上的震撼与精神上的感染。对任何乘用车来讲，同时具备色彩鲜明、外形流畅等特征是再好不过的，这样能够让技术和艺术达到高度的协调统一[1]。

三、高品质汽车涂装的工艺与装备关键技术

（一）高品质汽车涂装的工艺

1.涂装环节

在原有喷涂工艺的流程中，涂装环节主要为汽车预处理、电泳、中涂、面漆等。其中，对于面漆与中涂这两个工序，工厂通常运用湿碰湿工艺来喷涂。当涂装完车身电泳以后，借助湿碰湿这一工艺能够依次开展中涂、喷涂金属底色漆与喷涂罩光清漆等工作，然后让漆膜烘干一次性实现，这样的工艺叫作三涂一烘工艺，即3C1B。运用该工艺后，能够使中涂烘干的环节有效减少，从而让汽车涂装投入的中涂烘干爐、工位室清洁工作、中涂打磨都有所减少，以此来实现辅料与能源等消耗的充分降低，让生产效率得到不同程度的提升。要想进一步与3C1B的汽车涂装相适应，需要积极改进涂装材料。通过把涂装材料换成各类金属漆，能够让汽车涂装达到较高的品质，换句话说，金属漆喷涂的工艺属于重要的高品质汽车涂装内容。然而，金属漆内部成分相对特殊，这使得喷涂工艺要求也更高[2]。

在喷涂金属感光漆时，确保铝粉排列平行是该喷涂技术的关键所在，这是因为平行排列的铝粉会增加正面涂层具有的反射光，把金属光泽更好地展示出来。漆膜在刚涂装完的一段时间里，铝粉处于随机排列，伴随时间的改变，溶剂挥发且涂层逐渐收缩自身体积，以此来让铝粉实现排列平行。其涂装的环节为：先使用旋杯静电喷涂对金属底色漆进行首次喷涂，且涂膜约为10μm厚度，以此来通过百分之七十的模厚遮盖住底材。然后，使用空气静电喷枪或是空气喷枪对金属底色漆进行二次喷涂，且涂膜约为3μm至5μm厚度，以此来对底色漆当前外观进行调整。另，目前通过油漆材料的优化，为提高上漆率，第二道许多基地亦调整为旋杯机器人喷涂。整体来看，乘用车逐渐增加了金属漆内腔的使用需求，这使得很多企业对于金属漆的旋杯喷涂需求也越来越大，从而让乘用车成功地从普通附上颜色转变成高品质涂装。

2.涂装轨迹

喷涂机器人轨迹指的是机器人喷枪在喷涂过程中的空间轨迹，也可以理解成喷枪产生的所有点的集合，其轨迹由喷枪速率及空间路径两部分组成。对喷涂机器人展开轨迹规划时，应按照任务作业具体需求，对预期运动轨迹加以计算，一般把喷涂机器人手臂作出的动作当成基于工作坐标系的工具坐标系运动。整体来看，喷涂机器人能够按照车身具体形状找出喷涂最佳路径，确保喷枪与旋杯可以始终通过均匀喷幅与最优距离对车身展开喷涂，以此来提升喷涂质量并实现高质量涂装。

3.涂装生产线评估

在高质量涂装中，需要对生产线进行评估，主要包括以下内容。第一，车间任务，包括所承担任务内容、范围，涂装车型的种类等。第二，产品资料，如外形尺寸、材质、白车身质量、涂装面积（电泳和喷涂面积）、对涂装质量的要求等。第三，生产纲领（即年产量）设计产量和近两年实际产量，可通过生产线的实际结构来反推车间的最大产量。第四，工作制度和年时基数。原则两班为主，每班工作时间按国家规定，一二班8h，三班为7h，年时基数以年工作254天计。工作制度和年时基数在概念上国外和我国有些差别，一般根据工厂实行的工作制度确定，没有国家规定。

4.涂装机器人品牌

目前，市面上主流的涂装机器人品牌有FANUC、ABB、durr等。其中，FANUC首台机器人问世以来，致力于机器人领先与创新，FANUC机器人产品系列多达240种，负重从0.5公斤到1.35吨，广泛应用在装配、搬运、焊接、铸造、喷涂、码垛等不同生产环节，满足客户的不同需求。ABB机器人在中国应用以来表现出诸多优势，第一，产量翻倍。与物料搬运、上下料和过程应用领域的其他同类机器人相比，作业周期缩短了一半。第二，无需担忧边角切割问题。高速运行时，大多数机器人都存在边角切割的问题。该机器人采用了独特的“大脑”与“肌肉”组合，作业路径始终如一。第三，出色的可靠性。ABB机器人具有出色的可靠性，即便在最恶劣的作业环境下，该款机器人都能应对自如。而durr机器人品牌的机器人也有多种优点，动力性强、给料准确性高、材料消耗低，通过高性能的动力刷变换提高接口密封质量，减少了日后的维护工作量。

从喷涂机器人来看，国内汽车工业发展迅速，大量全新车型涌现，车身设计调整的更加频繁，在这一背景下，喷涂机器人应运而生，能够与汽车生产要求的复杂多变相适应。为了对高速喷涂适用，在金属漆二次喷涂与内表面喷涂的过程中可选取高速旋转式喷枪。整体来看，技术先进是喷涂机器人的优点，后期维护昂贵、造价高是其缺陷与不足[4]。

从bell设备来看，bell设备是一种新型的汽车涂装设备。在原来的喷涂工艺中，借助旋杯自动静电进行金属漆的首次喷涂，占据百分之七十金属漆涂膜厚度，随后借助空气喷枪进行金属漆的二次喷涂，占据百分之三十金属漆涂膜厚度。运用bell设备以后，汽车涂装时具有较高的转速，增加了其成形空气，边缘为锯齿形的结构，让旋杯雾化以后的金属漆具有更干和更小的直径，喷涂的最终效果业余空气喷枪十分接近。现阶段，我国出现了bell-bell设备，该设备不但能够让喷涂的最终效果得到保障，还使油漆利用率进一步调高，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）高品质汽车涂装的喷涂机控制系统

喷涂机控制系统是高品质汽车涂装的装备关键技术，构建喷涂机自动控制系统时，可将喷涂轨迹与机械设计当作基础，然后设计并制造出完整的自动喷涂系统，最终投入到汽车生产中。按照自动喷涂机流程，需要将分布控制方案运用到控制系统的设计，主要有建立通讯关系、配置硬件等内容。在喷涂机工作的过程中，不但要对不同运行系统动作进行控制，而且要对旋杯工艺参数加以控制，包括油漆颜色、高压静电、油漆数量及旋杯转速等。因此，可以通过驱动系统来控制自由度的运动，通过气动系统来控制旋杯的工艺参数。

1.控制过程

某项目的自动喷涂系统由四个侧喷机与一个顶喷机组成，三个旋杯设置于顶喷机上，且各侧喷机都配备一个旋杯，因此该系统一共七个旋杯，因此该项目又称七杯站项目。使用自动喷涂机进行汽车涂装作业以前，工作人员先根据操作程序打开喷涂机，使其进入到待命状态。随后喷漆室中有车身进入，对其颜色与车型等基本信息进行人工获取或是自动获取，然后把这些信息和位置接近开关得到的信息向喷涂机控制系统发送，这时，喷涂机的程度会对进行车型信息的计算与分析，在车身处于起喷位置时，开始进行自动的喷涂，让旋杯喷涂、仿形运动一同开展。喷涂完成以后，喷涂机将会恢复至初始位置，继续准备下一个车身的喷涂。

2.分布式控制系统

在融合计算机监控、数字控制、多级控制等系统后，可以构建出分布式的控制系统，该系统的功能如下：管理、监控、数字控制、获得数据。分散控制与集中管理是其主要特点。微处理机应安装到测量装置、执行机构的周围。一旦管理层级有问题出现，则控制层级不会受到影响，依然可以开展独立控制，并且，当控制回路故障时，系统整体也不会弹回，充分增强了控制方法可靠程度。整体开看，比起多级控制系统，分布式的控制系统造价更低、布局更合理、结构更灵活。

3.控制系统中的通信

在分布式的控制系统中，主要有现场执行层、中间协调层与组织管理层等，在各子系统间建立有效通信可以让交换数据的目的得以实现。其中，维护人员、操作人员是组织管理层，借助人机交互的界面可以管理、控制汽车涂装设备。plc为中间协调层，主要进行控制系统整体的串联与控制，然后和系统中其它设备plc通信。而现场执行层则由plc扩展模块、伺服驱动控制器构成。

4.控制系统的实现

驱动控制系统：出于自动喷涂机运动参数、结构特点等需要，应合理选取伺服电机、驱动模块，并基于scout环境设计控制系统。气路控制系统：汽车涂装采用mma303高速旋杯总成，这种类型的雾化器配备了气浮高速蜗轮，能够专门使用到喷涂金属漆方面，并且可借助高压静电的改变使喷涂水性涂料、溶剂涂料的需求得到满足。

5.喷涂系统调试

当设计完控制系统以后，需要通过wincc软件对上位机监控展开编辑与设计，随后再调试自动喷涂系统。在设计监控画面时，应包括自动喷涂状态、喷涂机状态、进车队列、喷涂机动作、驱动电机参数、旋杯工艺参数等。调试自动喷涂系统主要是进行时间参数、喷杯开关强、噴杯参数、仿形效果、自由度等内容，从而让喷涂机最终喷涂效果更佳，提高油漆的质量与外观，实现高质量汽车涂装。

结语：总而言之，研究高品质汽车涂装的工艺与装备关键技术具有重要的意义。相关人员应对当前高品质汽车涂装的概况有一个全面了解，明确高品质汽车涂装含义，把握高品质汽车涂装工艺中的涂装环节、涂装轨迹与涂装装备，充分把握其喷涂机控制系统的控制过程、分布式控制系统、控制系统通信、控制系统实现、喷涂系统调试等内容，从而推动体内汽车涂装朝着高品质的方向不断发展。

参考文献：

[1]夏忠，邓桥辉.前处理：汽车涂装工艺的“门户”——浅谈涂装前处理悬挂式输送设备结构及脱链现象与解决方案[J].中国设备工程，2017，（24）：16-17.

[2]桂江一.第二届“鹦鹉杯”汽车涂装教师技能大赛圆满落幕——专访巴斯夫大中华区汽车修补漆业务管理总监葛峻熙[J].汽车维修与保养，2017，（10）：100-101.

[3]彭斐，许雯君.环境保护与汽车涂装并驾齐驱 专访艾森曼机械设备（上海）有限公司执行总裁刘健[J].汽车与配件，2019，（37）：26-29.

[4]王锡春，李文刚.再谈“绿色涂装”——汽车“绿色涂装与涂料”的发展趋势（三）[J].中国涂料，2019，29（10）：17-21+54.