【技术帖】载货汽车车身外饰件涂装线工艺设计
关键词：车身外饰件 水性漆 零件装挂 自动喷涂 生产管理系统
近年来国家、地方出台越来越严格的法规，控制废气排放。因此，降低挥发性有机化合物（VOC）的排放是汽车涂装的发展趋势。由于水性涂料溶剂的主要成份为水，与溶剂型涂料相比最大的优点是VOC 排放大副降低。随着汽车轻量化的发展，越来越多的复合材料应用到载货汽车上，车身外饰件尤为普遍。根据工件的位置及作用，分别使用了UP-GF（玻璃钢）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物塑料）、PP（聚丙烯塑料）、ST14（冷轧钢板）4 种材料。为了实现色差最小化，在规划车身外饰件涂装线时，实现4 种素材的共线生产，从而提高了低温水性漆工艺设计难度。
2.1 适用产品及生产纲领
车身外饰件涂装线主要完成2 个系列车型4种素材27 类产品的清洗、底漆、色漆、罩光漆喷涂。年设计纲领为30 万挂∕年。图1 所示为典型车身外饰件分布示意，表1～表4 为典型零件涂装特性参数。
图1 车身外饰件分布示意
表1 UP-GF材质典型零件特性清单
表2 ABS材质典型零件特性清单
表3 PP材质典型零件特性清单
表4 St14材质典型零件特性清单
2.2 质量目标
UP-GF 产品涂层一次交检合格率≥87%；ABS、PP、ST14 产品涂层一次交检合格率≥95%。返线率＜5%。
3.1 工艺设计思路
a.零件组挂方式，采用零件相同、材质分类、双侧或单侧装挂的原则，满足工艺与材质的匹配及机器人自动喷涂操作的需要。双面喷涂工件单侧装挂（图2），单侧喷涂的工件双侧装挂（图3），零件组挂后最大外形尺寸（长×宽×高）为2 650 mm×1 600 mm×2 100 mm，组挂吊点零件最大质量150 kg。滑橇主体治具与二次治具采用组合形式进行装挂，并放置在机械化输送系统上进行传输。
图2 单侧零件装挂示意
图3 双侧零件装挂示意
b.生产方式，上∕下件采用间歇步进式，生产线采用连续式。1 条前处理线，2 条喷涂线。
c.满足绿色工厂建设，底漆、色漆采用水性涂料，降低 VOC 排放。
d.采用人工+喷漆机器人喷涂，提高自动化率，提高涂料利用率。
e.在上件工位、二次治具更换工位，实现在线可视化作业指导。
3.2 工艺流程的开发
3.2.1 多种脱脂剂清洗效果测试
为了充分验证脱脂剂对PP 素材的清洗能力及与单组分水性底漆的配套性，选取了知名前处理药剂供应商提供的5 种不同酸碱度的药剂进行测试，见表5。
根据以上5 种脱脂剂的剥离强度进行比较，最终得出结论酸性脱脂剂D 效果最佳。
表5 脱脂剂与水性底漆剥离强度结果对比 ppm
3.2.2 PP、ABS、UP-GF 表面性能测试
选取现生产UP-GF、ABS、PP 3 种复合材料素材对其进行表面性能测试（表6），判定是否需要表面活化处理。
表6 三种素材表面性能状态测试
根据以上3 种材质的表面性能状态数据进行比较，最终得出结论现场PP 素材配套水性低温底漆需要表面活化处理。
3.2.3 工艺流程
除了对脱脂剂、表面活性测试外，在实验室对拟定的工艺流程进行模拟确认，制作样板进行脱水率及涂层性能测试，最终确定如下表7所示工艺流程。
表7 外饰件涂装线工艺流程
3.3 先进装备的应用
3.3.1 机器人喷涂系统
喷涂线共采用IRB5500喷涂机器人12台（图4），覆盖水性底漆、水性色漆、2K 溶剂型清漆工位。IRB5500喷涂机器采用中空手腕结构，防爆，落地式安装。机器人垂直臂上安装控制扇形空气和雾化空气的ACU 单元。最大加速度可达24 m∕s。配置IRC5P机器人控制柜。
在底漆段采用AGMD 空气喷枪（图5）喷涂水性导电底漆，AGMD 可以在不需要其它工具的情况下几秒钟内实现快速卸载和准确定位安装。Devilbiss 100%空气帽保证了雾化的重复性和最佳的雾化效果，独立的扇面和雾化控制。300 级不锈钢喷嘴和枪针，喷嘴口径1.4 mm。
在色漆段采用外加电RB1000-EXT雾化器（图6）、清漆段采用内加电RB1000-SSD 雾化器（图7）。旋杯直径为50 mm，最高流量可达1 000 cc∕min，无需空气加热器，减少过喷引起的涂料浪费。
图4 IRB5500机器人
图5 AGMD喷枪
图6 RB1000-EXT雾化器
图7 RB1000-SSD雾化器
3.3.2 两线输调漆系统
涂料供给系统配备电动泵。两线循环方式（图8）在每个出口设带有阻尼的涂料压力表，观察涂料压力和HOSCO 调压器用来调整涂料压力。枪站球阀采用RECCO 不锈钢全包球阀保证没有涂料的残留。枪站涂料软管采用GRACO 涂料软管。所有油漆接触的部件都要采用经钝化处理的不锈钢304L。输调漆系统的回压阀和搅拌桨采用低剪切力类型。
手工喷涂,流量 200～1 000 mL∕min，工位压力0.5～0.8 MPa。油漆流动速度,溶剂型漆主管≥0.3 m∕s，水性漆主管≥0.15 m∕s，满足水性漆的工艺参数。机器人喷涂,流量200～1 000 mL∕min，工位压力0.5～0.8 MPa。
图8 两线循环系统原理
3.3.3 生产管理系统
采用J2EE 技术，使用ADF 框架进行开发。生产管理系统实现按照生产计划上下线和出入库扫描，在现场、中控室分别实现LED 大屏、液晶电视显示，对生产异常和实绩进行展示。共分为基础数据管理、生产管理、库存管理、生产指示、接口5个功能。生产管理系统总体结构架构见图9。
图9 生产管理系统总体结构
基础数据管理包括零件信息管理、零件类别信息管理、二次治具图片管理、工作班组定义、颜色信息管理。
生产管理包括生产计划管理、生产计划完工查询、返修台账管理、报废台账管理、生产计划预排、治具更换、通用治具上线管理、喷漆口换色管理、通用治具合格品检查管理、合格贴打印。
库存管理包括白件库管理、成品库管理、白件库出入库盘点信息查询、成品库出入库盘点信息查询。
生产指示包括：入厂大屏数据展示、成品库屏幕数据展示、白件库大屏数据展示。
可视化指导包括上件作业在线可视化指导（图10）和治具更换作业在线可视化指导（图11）。
接口包括与中控系统面漆烘干入口位置数据接口、与中控系统换色数据接口、与中控系统合格品检查数据接口、与中控系统治具更换数据接口、与中控系统物料上线位置数据接口。
图10 上件作业在线可视化指导
图11 治具更换作业在线可视化指导
载货卡车车身外饰件涂装线于2019 年12 月正式投产，已生产2 大系列中重型卡车车身外饰件5 万多辆份10 万余件。产品质量达到目标要求。实现了4 种素材水性漆自动喷涂，为载货汽车车身外饰件涂装提供了成功的范例。
来源：期刊-《汽车工艺与材料》；作者：李春平 兰宇 张慧敏 马吉伟