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工藝解析:機器人噴涂漆膜厚度控制

2018-03-07  來自: 中國汽車涂料網 瀏覽次數:457

    隨著國內乘用車工業的發展,越來越多的機械噴涂取代了手工作業。在這種趨勢中,機器人噴涂所占的比例也越來越大。如原先在車身噴涂中普遍使用的6杯站或9杯站系統,也有被機器人噴涂替代的趨勢。汽車車身外覆件也大量使用機器人噴涂,如國內轎車保險杠噴涂中超過一半的產量使用了機器人。機器人噴涂既保持了手工噴對復雜形面的適應,又具***性和重復性。本文將討論機器人施工時影響最終涂膜厚度的各種因素,為生產中對膜的控制調整提供一些思路。

    膜厚控制的意義

    對于涂裝施工而言,涂膜厚度是涂裝工藝中***重要的控制因素,其意義在于:

    (1)防止因膜厚不適當導致的涂層缺陷。根據經驗,現場生產中涂層的外觀缺陷有超過一半以上是因為漆層膜厚控制不當造成的。一些常見的涂裝缺陷如流掛、漆層薄、露底色等直接與膜厚控制失控有關,還有一些缺陷也間接同這有關。譬如,保險杠噴涂的***層助黏底漆膜厚不夠,會導致整個涂層附著力下降,同時底漆的膜厚達不到要求時其導電效果也會下降,這會引起***道色漆使用靜電噴涂時涂料的轉移率下降,最后導致色漆不足。

    (2)幫助外觀指標的調整。常見的漆膜外觀指標如光澤、色差、桔皮、DOI等都需要以膜厚控制作為基礎。上述指標都明顯受到膜厚,特別是面漆膜厚的影響,因此,在整個涂裝質量控制中,把膜厚作為***重要的控制因素是***的。

    (3)成本的控制。除了膜厚控制對涂裝質量影響體現的質量成本外,涂裝的主要成本中約有一半被涂料所占據。***的膜厚控制不僅有助于涂裝質量的穩定,還有利于涂料的節約。統計顯示,采用同樣設備噴涂時,是否精確控制膜厚其所消耗的涂料相差25%以上。目前在國內使用的機器人噴涂主要有日本巖田或三菱機器人,這些設備引進較早,控制精度較差;新的涂裝線普遍采用ABB、FANUC、MOTOMAN、DURR等多軸機器人,在本文中主要是以ABB機器人為基礎進行討論

    影響漆膜厚度的因素在機器人噴涂施工中,涂層膜厚可以按如下公式計算:

    干膜厚度=(流量×涂料體積固體含量×涂料轉移率)/(走槍速度×噴幅寬度)(1)流量,即噴涂時單位時間從噴槍口流出的涂料體積。在機器人噴涂中,這個數據直接在BRUSH(刷子)參數表中確定。一些老式的機器人噴涂中,流量控制沒有和機器人系統建立聯系,無法在一個噴涂程序中間隨時更改流量。而大部分新機器人的流量控制系統直接由機器人的IPS系統控制,使流量控制更加***和便捷。如在ABB機器人噴涂的流量控制中,根據流量控制是否閉環分兩類。

    一是對流量精度高的設備采用閉環控制,在閉環控制中,常用的設備配置有兩種:

    一是使用計量齒輪泵,即泵每轉一圈所獲得的體積數是恒定的,機器人1PS系統控制計量泵的轉速來達到定量供漆,在這類系統中,涂料的動力來自齒輪泵產生的壓力。

    二是通過流量計和節流閥組成的閉路系統來控制,在這類系統中,涂料的壓力來源于供漆系統,流量計獲得的流量信號傳到機器人IPS系統與已標定的值作比較,當流量有偏差時,信號返饋給節流閥,通過改變節流閥開閉度來調節。使用第二種方案控制時對供漆壓力的穩定性要求高。機器人噴涂系統提供了多級修正流量偏差的方法。如在ABBTR5002噴涂機器人上,對于系統的偏差有兩種途徑可以調整。

    一是可以通過機器人設鼉中的ROBOTPARAMETRE中的涂料特性設置,這種情況下允許對于每種涂料系統進行不同的設置,如可以修正流量受到涂料的黏度和相對密度的影響。

    二是可以通過TEACHPADENT中的BRUSH設置。如當BRUSH中設置是200而實際測量得到的流量是220時,可以設置BRUSH比例為200/220=91%,這樣實際的噴涂流量成為200。需要注意的是這種設置重新開機后參數自動恢復到100%。噴涂中流量范圍的選用主要受到兩個環節的影響:計量泵和霧化器。這兩個設備的瓶頸決定了最后可以獲取的流量范圍。如當使用6cc計量泵時,因為泵的受控轉速范圍是0~150r/min,因此它的額定流量在0~900mL/min。同時,霧化器也存在不同的流量上限。如ABB機器人旋杯ROBOBEL625的上限為400mL/min,所以在這種設備配置中,流量只能是400mL/min。同樣,過低的流量在使用計量泵時泵的轉速過慢,無法達到應有的精度。另一個需要關注的因素是,在空氣噴涂時,流量的大小影響到涂料霧化效果。根據機器人噴涂保險杠的經驗,空氣噴槍選用許可流量的20%~70%較為合適,旋杯選用20%~100%流量。

    (2)涂料轉移率,指最終附著在產品表面的涂料占涂料從噴槍中噴出的總流量的比例,也稱作上漆率。事實上整個涂裝設備的發展歷史也可以看作是一部提高涂料轉移率的歷史,因為它與涂裝制造成本和環境保護這兩個主題密切相關。影響轉移率的主要參數包括:霧化器種類、靜電高低、噴涂參數、導電性等。使用怎樣的噴涂設備是決定轉移率的***因素,因為不同的設備轉移率有著明顯的差別。一些主要霧化器轉移率從小到大為:普通空氣噴槍,靜電空氣噴槍,旋杯。它們在噴涂金屬或者塑料零件時的涂料轉移率見圖1、圖2。靜電是影響涂料轉移率的第二大因素,有無靜電和靜電高低的差別在施工中表現得非常明顯。由于靜電噴涂時,涂料粒子帶電導致涂料向工件吸附,因此需要先到達工件表面的帶電顆??焖俎D移電荷,維持工件表面和噴槍之間的電壓差,確保兩者之間的空間電場強度對于涂料轉移率非常關鍵。這就又增加了一個因素,即工件的接地狀態直接影響了涂料的轉移率。這一因素在噴涂導電性不好的工件時尤其明顯,如塑料保險杠。試驗表明,在使用ROBOBEL噴涂色漆時,一般接地和良好接地的產品轉移率相差10%~20%。如ROBOBEL625在噴涂使用金屬夾接地的SVW2000門檻條的實測轉移率為70%左右,而接地不良的情況下只有50%左右。對于空氣噴槍來說,霧化空氣壓力對轉移率影響也是較大的,霧化壓力過大會造成空氣噴到被噴涂面后***氣流增加,阻止后續小漆粒到達被噴涂面,導致轉移率下降。

    (3)固體含量。固體含量參數通常有體積百分比和質量百分比兩種,計算膜厚時使用的是體積百分比。在涂裝施工中,常常會忽視這一因素變化帶來的不穩定,由于機器人噴涂中其他因素的精確控制,這一因素的影響比起在手工噴涂中顯得更為突出。下面的幾個因素可能引起施工時涂料固體含量的不穩定:

    ①不同批次涂料固體含量的變化。

    作為原漆控制指標的固體含量造成的偏差一般在±2%,這種偏差的影響有時是很大的。例如一種遮蓋力為11μm的色漆,原漆的固體含量在27%±2%之間,這樣高低極限的偏差在(29~25)/25=16%。如果原來使用29%噴涂的膜厚在12μm,現在25%的只能噴到12/29×25=10.3μm,顯然膜厚不夠了。


關鍵詞: 噴涂           

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