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摘要：根據(jù)統(tǒng)計(jì)過程控制理論設(shè)計(jì)了漆膜膜厚檢測分析系統(tǒng)，介紹了膜厚檢測分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，以及系統(tǒng)中對漆膜危險(xiǎn)趨勢評判的標(biāo)準(zhǔn)，利用大數(shù)據(jù)分析漆膜厚度變化的原因，并且在此基礎(chǔ)上優(yōu)化噴涂工藝參數(shù)。闡述了噴涂工藝參數(shù)中的噴涂流量、整形空氣流量、靜電電壓以及旋杯轉(zhuǎn)速對涂裝質(zhì)量的影響，重點(diǎn)分析了生產(chǎn)中容易產(chǎn)生的批量漆膜缺陷實(shí)例，并且對生產(chǎn)中反復(fù)出現(xiàn)的漆膜缺陷進(jìn)行分析，闡述缺陷的形成機(jī)理，根據(jù)缺陷形成機(jī)理設(shè)計(jì)解決方案以解決批量工藝缺陷問題。

關(guān)鍵詞：靜電噴涂；缺陷分析；橘皮狀態(tài)；噴涂工藝

1引言

汽車行業(yè)發(fā)展迅速，人們對汽車的需求不僅僅是結(jié)實(shí)耐用，涂裝質(zhì)量也成為非常重要的影響因素，高質(zhì)量的漆膜狀態(tài)也可以顯示出車企對質(zhì)量的控制。手工噴涂的時(shí)代已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)化的進(jìn)程，工業(yè)涂裝技術(shù)發(fā)展迅速，絕大多數(shù)涂裝車間利用噴涂機(jī)器人提高工作效率，同時(shí)機(jī)器噴涂也易于涂裝質(zhì)量的管控，提高了油漆的使用率，減少缺陷降低油漆對涂裝工作人員的危害。涂裝質(zhì)量決定了汽車的防腐性能、防水性能、以及良好的目視性。涂裝車間不僅僅是對油漆進(jìn)行噴涂，還需要將噴涂后有缺陷的車身進(jìn)行檢查打磨修復(fù)，從而達(dá)到優(yōu)良的狀態(tài)。對于車身漆膜質(zhì)量起決定性作用的噴涂環(huán)節(jié)對涂裝質(zhì)量有最直接的影響。靜電噴涂所噴涂出的漆膜具有附著性良好，漆膜厚度均勻，目視效果良好的特性。靜電噴涂對于環(huán)保、節(jié)約能源方面也有積極的作用，靜電噴涂涂料的利用率高，霧化的車漆附著上強(qiáng)靜電，在電場力的作用下帶有強(qiáng)靜電的車漆粒子吸附在車身表面并且放電沉積，涂料的利用率可以高達(dá)85%以上，而一般的空氣噴涂涂料的利用率僅為（30~60）%[1]。提高涂料的上漆率對于環(huán)境保護(hù)，節(jié)約成本有至關(guān)重要的意義。就噴涂機(jī)器人的旋杯霧化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做詳細(xì)闡述，根據(jù)統(tǒng)計(jì)過程控制理論建立漆膜厚度分析系統(tǒng)，宏觀分析漆膜厚度的變化趨勢并且在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了噴涂工藝參數(shù)，解決生產(chǎn)中批量的漆膜缺陷問題。

2漆膜膜厚檢測分析系統(tǒng)

汽車對于噴涂質(zhì)量評價(jià)的主要指標(biāo)之一就是漆膜厚度，厚度評估包括每層漆膜的厚度和各個(gè)漆膜厚度的總和兩部分。漆膜厚度對于汽車的耐腐蝕性和耐候性有著重要意義。標(biāo)準(zhǔn)的漆膜厚度是保證漆膜性能的前提，且大多數(shù)缺陷是由于漆膜厚度引起的，所以良好的漆膜厚度是汽車涂裝性能的基礎(chǔ)。

2.1防止膜厚不當(dāng)造成涂裝缺陷

涂裝車間生產(chǎn)過程中由于漆膜厚度不穩(wěn)定而造成的缺陷占總?cè)毕莺艽蟮囊徊糠帧１热缟釃娡窟^薄會(huì)造成色差并且影響耐候性，清漆噴涂過薄表面目視效果不佳，橘皮不符合標(biāo)準(zhǔn)，清漆噴涂過厚會(huì)造成流漆等缺陷。

2.2實(shí)現(xiàn)成本控制

由于涂裝車身上有缺陷就需要手工打磨或者進(jìn)行點(diǎn)修補(bǔ)，如果精準(zhǔn)控制噴涂膜厚避免由于膜涂后厚產(chǎn)生的缺陷將會(huì)節(jié)約很大一部分生產(chǎn)成本。本車間將噴涂的車輛按照噴涂計(jì)劃進(jìn)行噴涂并且在進(jìn)行噴涂的車輛中按照噴涂車型以及噴涂顏色抽樣進(jìn)行膜厚檢測，抽取樣品數(shù)達(dá)到產(chǎn)量的百分之十五，通過檢測抽取樣品的質(zhì)量反應(yīng)某段時(shí)間內(nèi)所有產(chǎn)品的質(zhì)量。清漆膜厚監(jiān)控系統(tǒng)的建立可以系統(tǒng)的分析清漆膜厚變化趨勢的原因從而解決批量漆膜過厚造成流漆，浪費(fèi)材料或者漆膜過薄造成的色差問題，耐腐蝕性差的問題。系統(tǒng)根據(jù)統(tǒng)計(jì)過程控制理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。統(tǒng)計(jì)過程控制是利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方式對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的工具，通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)兆信息進(jìn)而采取行動(dòng)讓整個(gè)過程只受到隨機(jī)性因素的影響。這樣才能使質(zhì)量處于平穩(wěn)的狀態(tài)。統(tǒng)計(jì)過程控制認(rèn)為當(dāng)生產(chǎn)過程只在隨機(jī)因素的影響下生產(chǎn)過程是受控狀態(tài)稱為統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)；當(dāng)生產(chǎn)過程中有系統(tǒng)因素干擾時(shí)則處于失控狀態(tài)。過程波動(dòng)具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，過程受控時(shí)過程曲線是穩(wěn)定的隨機(jī)分布的；不受控時(shí)曲線將發(fā)生變化。過程管理控制正是利用生產(chǎn)過程的波動(dòng)對其進(jìn)行監(jiān)控，它強(qiáng)調(diào)從整體，全過程進(jìn)行解決問題[2]。將漆膜數(shù)據(jù)整理后利用正態(tài)分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出控制圖的中心線CL—centralline上控制界限UCL—uppercontrollimit下控制界限LCL—lowercontrollimit。再根據(jù)車間標(biāo)準(zhǔn)整合上下控制界限從而完成控制圖的設(shè)計(jì)。根據(jù)3σ原理如果樣品沒有受到系統(tǒng)誤差影響時(shí)出現(xiàn)在區(qū)間[μ]-3σ,μ+3σ內(nèi)的概率為99.73%，如果樣品不在區(qū)間范圍內(nèi)則認(rèn)為生產(chǎn)處于統(tǒng)計(jì)失控狀態(tài)，過程中存在系統(tǒng)因素的影響。系統(tǒng)界面?？梢愿鶕?jù)曲線的變化宏觀分析清漆膜厚變化的原因。并且根據(jù)統(tǒng)計(jì)過程控制理論我們可以將特殊的線型作為預(yù)警信息提前采取行動(dòng)減少損失。某車型三月份到六月份的膜厚的變化趨勢。漆膜厚度總體呈現(xiàn)變高的趨勢那么此時(shí)出現(xiàn)流漆或者桔皮不規(guī)整缺陷的概率大大增加，出現(xiàn)的這種現(xiàn)象是由環(huán)境溫度的升高造成車漆粘度下降噴涂流量增大導(dǎo)致的，如果不經(jīng)過大數(shù)據(jù)膜厚系統(tǒng)的分析單純的減小噴涂流量只能在某段時(shí)間內(nèi)控制膜厚問題，環(huán)境溫度一旦變化漆膜厚度引起的問題就會(huì)反復(fù)出現(xiàn)，影響生產(chǎn)節(jié)拍或者造成生產(chǎn)成本的增加。所以在大數(shù)據(jù)的前提下分析才能有效的解決問題。同時(shí)利用膜厚分析系統(tǒng)可以對比膜厚數(shù)據(jù)與桔皮狀態(tài)數(shù)據(jù)分析出最佳漆膜狀態(tài)的膜厚數(shù)值。

3旋杯霧化系統(tǒng)介紹與工藝參數(shù)的設(shè)定

旋杯式霧化系統(tǒng)主要由：高速旋杯式霧化器、流量控制單元、高壓單元、成形空氣單元、換色單元等幾個(gè)部分組成[3]。自動(dòng)化噴涂機(jī)器人廣泛應(yīng)用于各大汽車廠，為了減少浪費(fèi)提高效率，靜電噴涂機(jī)器人成為涂裝車間的主要設(shè)備，旋杯霧化系統(tǒng)是靜電噴涂設(shè)備的主要組成部分。穩(wěn)定的工藝參數(shù)是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提，在漆膜膜厚檢測分析系統(tǒng)建立之前因?yàn)椴荒芸傮w的分析膜厚變化的原因，因此工藝參數(shù)時(shí)常需要變更，造成了缺陷反復(fù)出現(xiàn)質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。以下是環(huán)境因素穩(wěn)定的條件下涂裝機(jī)器人的主要噴涂工藝參數(shù)。

3.1噴涂流量

流量控制單元直接控制噴涂在汽車表面的膜厚，齒輪定量泵旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)決定了涂料流量。齒輪流量泵每旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的涂料量和單位旋轉(zhuǎn)圈數(shù)是固定的，所以通過齒輪定量泵的圈數(shù)即可控制涂料流量。流量泵將涂料通向旋杯進(jìn)行霧化，旋杯單位時(shí)間內(nèi)噴涂的涂料量為噴涂機(jī)器人的噴涂流量，噴涂流量是影響漆膜厚度的最主要因素，噴涂平面和立面時(shí)的參數(shù)也不盡相同，汽車噴涂機(jī)器人對于每個(gè)部件的噴涂參數(shù)都各不相同。汽車前后門，引擎蓋，后備箱蓋，車頂?shù)却蟛考娡苛髁枯^大，而車身立柱，轉(zhuǎn)角處的流量較小，在環(huán)境因素穩(wěn)定在28℃前提下，立面噴涂流量為（260~290）ml/min。

3.2整型空氣

整型空氣主要影響了噴涂時(shí)的噴涂幅度，減少細(xì)小顆粒的飛濺，也可以防止油漆回流污染槍嘴，提高了材料的利用率。成形空氣的壓力與噴涂幅度成反比的關(guān)系，成型空氣壓力越大形成的噴涂幅度越小。整形空氣將霧化的涂料顆粒運(yùn)送車身表面，并且可以調(diào)整噴涂的幅度。噴幅影響色漆的顏色效果，整形空氣流量不足還會(huì)影響上漆率，在環(huán)境因素穩(wěn)定在28℃前提下，立面整形空氣流量（260~300）L/min。

3.3旋杯轉(zhuǎn)速

旋杯通過高速旋轉(zhuǎn)形成巨大的離心力，促使涂料霧化形成小液滴。靜電噴涂時(shí)在高壓電場的作用下，經(jīng)過旋杯霧化后的涂料顆粒分成更細(xì)小的顆粒，這就是靜電霧化的過程。漆膜的平滑度，光澤度，以及橘皮的目視效果都與旋杯的霧化的效果有關(guān)。轉(zhuǎn)速的設(shè)定與油漆的種類也有關(guān)系，噴涂色漆時(shí)轉(zhuǎn)速較小一些，噴涂清漆時(shí)轉(zhuǎn)速較高。旋杯轉(zhuǎn)速與油漆的流量也要緊密匹配，流量大轉(zhuǎn)速相對也要高，但是旋杯轉(zhuǎn)速也有上限值，過高會(huì)導(dǎo)致油漆干燥橘皮效果不佳也容易損壞旋杯，在環(huán)境因素穩(wěn)定在28℃前提下，立面旋杯轉(zhuǎn)速為50000r/min。

3.4高壓

靜電電壓是影響上漆率的主要因素，相比于普通的噴涂方式靜電噴涂的上漆率可以提高20%。高壓單元是靜電旋杯式霧化系統(tǒng)的重要組成部分。主要由高壓控制器和高壓線圈組成，分為間接加壓和直接加壓兩種。通過高壓靜電發(fā)成器（俗稱“手指”）產(chǎn)生了高壓電，將正極連接到車身并且接地，負(fù)極連接到噴槍的槍頭處[4]。在噴涂過程中電壓的提高可以提升電場力對涂料顆粒的靜電作用，也可以增加涂料顆粒的荷質(zhì)比。提高涂料顆粒在工件上的沉積，減少涂料飄散到工件以外的概率。保持噴涂流量和噴涂間距固定時(shí)，涂料的上漆率和靜電電壓的關(guān)系。

4生產(chǎn)案例分析

涂裝缺陷中“桔皮”就是漆膜產(chǎn)生桔子皮似的塊狀效果。清漆膜橘皮，如圖4所示。桔皮狀態(tài)不佳會(huì)導(dǎo)致目視效果差。在噴涂作業(yè)后漆膜內(nèi)的液態(tài)材料在表面張力、重力和粘滯力的作用下引起流動(dòng)，多數(shù)漆膜缺陷也是由此所致。漆膜干燥過程會(huì)有規(guī)律性的流動(dòng)，溶劑揮發(fā)導(dǎo)致漆膜表面張力變大，溫度降低漆膜粘度變大，造成了漆膜內(nèi)層與表層之間存在溫度、表面張力和黏度梯度。內(nèi)層表面張力小，外層表面張力大，致使涂料從內(nèi)層向外層移動(dòng)。表面溶劑含量低，較多溶劑的內(nèi)層向外流動(dòng)。涂料密度較大向下沉積，這種向上散開和向下沉積的運(yùn)動(dòng)反復(fù)進(jìn)行，直到涂料粘度達(dá)到可以阻止這種運(yùn)動(dòng)為止[6]。在濕涂膜上形成許多漩渦狀小格，待干燥后留下不均勻的網(wǎng)紋或條紋就形成了桔皮[7]。桔皮狀態(tài)是涂裝質(zhì)量較為重要的參考指標(biāo)之一，桔皮較差的漆面會(huì)較容易觀察到較大的顆粒狀類似桔子皮表面狀態(tài)的漆面，會(huì)嚴(yán)重影響漆面的鮮映性。鮮映性是圖像清晰度的指標(biāo)[8]。橘皮狀態(tài)好漆面清晰光亮，橘皮狀態(tài)差容易觀察到較大的顆粒狀斑點(diǎn)。所以控制桔皮的狀態(tài)對提高涂裝質(zhì)量具有重要的意義。為了模擬人眼的分辨率，本車間將測量的數(shù)值分成兩部分N1，N3。N1代表人距離車一米所呈現(xiàn)的漆膜狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)1為N1的上限，N1數(shù)值越小表示漆膜狀態(tài)越好；N3代表人距離車三米所呈現(xiàn)的漆膜狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)3為N3的上限，N3數(shù)值越小表示漆膜狀態(tài)越好。

5結(jié)論

對旋杯霧化系統(tǒng)中的高速旋杯式霧化器、流量控制單元、高壓單元、成形空氣單元，換色單元的工作原理以及對涂裝質(zhì)量的影響做出總結(jié)，當(dāng)噴涂立面時(shí)噴涂流量為（260~290）ml/min、整形空氣流量為（260~300）L/min、旋杯轉(zhuǎn)速為50000r/min、噴涂電壓為70kV可以獲得質(zhì)量優(yōu)良的漆膜。分析漆膜膜厚曲線發(fā)生變化的根本原因，膜厚會(huì)受到溫度的影響，溫度升高漆膜粘度降低噴涂流量增大造成膜厚升高。利用數(shù)學(xué)方法對漆膜厚度的狀態(tài)進(jìn)行分析，對比漆膜厚度與桔皮狀態(tài)得出當(dāng)漆膜厚度小于45μm時(shí)漆膜狀態(tài)較差。

參考文獻(xiàn)

［1］劉鐵成.噴涂機(jī)器人軌跡規(guī)劃研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2015.

［2］李薈萃，呂志軍，項(xiàng)前.面向產(chǎn)品生命周期的質(zhì)量控制模型及應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012（1）：231-233.

［3］胡偉.汽車涂裝車間噴涂設(shè)備改造研究與實(shí)踐［D］.重慶理工大學(xué)，2014.

［4］張福順.旋杯式高速靜電噴涂霧化機(jī)理的研究［D］.天津：天津大學(xué)，2004.

作者：趙天宇  單位：沈陽大學(xué)