论文部分内容阅读
摘 要：本文从车身涂装SE分析角度出发，探讨了车身结构与机器人喷漆、车身外观效果之间的关系，分别从车身结构、工装精度、喷漆调试等方面进行了详细的分析以达到其要求和应用。
关键词：SE分析；机器人喷涂；结构优化；工装精度；应用
引言
现在各大汽车整车厂的涂装车间普遍采用机器人进行车身外部喷涂，相对于人工喷涂和往复机式喷涂，机器人喷涂具有喷涂范围大、灵活性好、质量好、速度快、效率高、节省材料等特点。本文从中面涂喷涂性SE分析角度出发，结合机器人内板喷涂调试经验，介绍车身结构对内板喷涂机器人喷漆质量的影响，探讨常见的车身结构导致的漆膜缺陷，并从车身结构、工装精度等几方面提出改进建议。
1 工艺及设备信息
某工厂中面涂线体采用3C2B工艺，中涂、色漆、清漆内板均采用走停式喷涂，外板采用连续性喷涂，其中中涂、色漆内板喷涂应用水性涂料，从安全性考虑，采用Ecobell3 HX双成型空气雾化器，空气喷涂，过程中不加高压电。清漆内板涂料为溶剂型涂料，采用内加高压电喷涂。
2 车身结构对漆面质量的影响
2.1 B柱凸起对中涂流漆、虚喷，色漆淤漆的影响
B柱位置是打开车门后人眼容易看到的位置，属于内板要求最严格的部位，某车型B柱两侧的凸起结构Y向高度达到22 mm。导致中涂流漆、虚喷，色漆铝粉上浮、产生色差的问题，主要是金属漆，尤其是闪烁效果明显的颜色 （如棕色、灰色等）达不到外观要求。从喷涂轨迹分析，此部位的喷涂轨迹为B柱3道轨迹，前门洞2道轨迹，各轨迹反复重叠。B柱凸起结构上漆量明显高于其他平面，调试过程中只能工艺弥补，主要对策为调整各枪喷涂间距及开关枪位置，多次调整喷涂参数。类似问题同样存在于A柱、机盖内板凸起等位置，浪费了涂料用量，延长了调试周期。因此，应在SE阶段分析此类结构的喷涂性，建议采用平面结构或凸起结构Y向高度≤15 mm，凸起R角≥150°。
2.2 机盖内板型面角度导致的露底问题
发动机罩内板一般只喷涂色漆来达到遮盖底色的喷涂效果，普通色漆的工程遮盖力一般为10～20μm，随着涂料的快速发展，带有特殊闪烁效果及彩度的涂料被广泛应用，采用双涂层或多涂层实现颜色效果，单色底漆的厚度一般为6～10μm，闪光漆一般为10～14μm，施工工艺、颜色控制更加困难，技术要求也越来越高，对内板不要求闪光效果，只要求目视颜色一致，因此只喷涂单色底漆，对型面复杂的内板更需要技巧和反复的调试优化。
在产品设计时，产品设计师一般会加大内板与外板的间隙来提升发动机罩的整体厚重感，这就导致内板前沿位置出现较大的型面变化，喷涂面产生夹角约120°。此位置包边在涂装涂胶时密封，涂胶后，胶厚与发动机罩内板存在高低差，且焊缝距离夹角只有5.7 mm，去除胶宽胶边缘距离钣金型面夹角不足1 mm的距离。
机器人旋杯垂直于机盖内板喷涂，钣金夹角、胶边与喷幅形成角度。仅靠雾漆不能满足喷涂要求，反复调整喷涂角度及参数后未彻底解决。通过对比分析多款车型数据及喷涂效果，建议在造型设计、车身设计时参考工艺需求，胶边到R角的距离在6～8 mm之间，增大胶边与内板的角度和距离，内板前沿型面角度≥150°，降低内板前沿相对凸出高度。
2.3 A柱凸起结构、车门内板结构及车门开度对内板漆面的影响
在喷漆调试及量产后出现A柱、车门内板露底问题，尤其是深色漆，开车门后目视明显露底，外漏底漆颜色，且经过多次仿形、参数调试均未解决问题，只能通过人工进行补漆。多个车型量产后，均出现此问题，随即对车身结构进行分析。
机器人内板喷漆时车门需保持开启状态，喷涂工艺设计过程中需结合车门开度及内板结构来设计仿形路径及角度。某车型最大开启角度为65°，A柱凸起结构Y向高度为18 mm，此处凸起结构背部延长线可视为漆雾的运动方向，而延长线嵌进车门内板，可判定车门内板遮挡机器人喷涂，即使机器人避让车门内板后，喷幅也会被车门内板遮挡，导致凸起结构后部不能喷涂，漆雾无法达到铰链位置，造成虚喷问题。
2.4 侧围台阶面R角对流漆、色差的影响
内板机器人主要喷涂侧围门洞、车门内板、机盖后背门内板等位置，其中侧围门洞及车门内板为主要外露面，从外观分区角度被定义为一级面，对外观的要求也最为严格，要求不仅没有虚喷、流漆的问题，而且在颜色上也不能出现目视色差明显的问题。为配合车门的装配密封性，此位置型面急剧变化，每个型面宽度只有50 mm左右，且R角只有5 mm，受喷幅重叠不均及成型空气压力等原因影响造成严重的流漆 （台阶面凹陷位置）、虚喷 （台阶面凸起位置）共存的问题，经过反复调整轨迹及喷幅大小，能达到无流漆、无虚喷效果，但色差方面不能满足要求，尤其是遮盖力低的橙色、金色等。结合工艺验证阶段总结的喷幅标定结果和调试过程数据，对产品提出结构建议，要求在满足车门与侧围装配的前提下，调整此类结构的R角≥25 mm，经调整结构后，微调喷涂角度和参数，问题消失。
3 工装治具对漆面质量的影响
3.1 喷涂治具导致的塑料件加油口盖在线喷涂质量问题
笔者所在工厂塑料加油口盖随车身在线喷涂，喷涂治具安装在后背门内外板搭接止口位置，与后背门外板一同喷涂，调试过程中出现加油口盖边沿虚喷、痱子、肥边问题，发生率约70%，问题部位主要集中在口盖边沿且无规律，反复调试仿形及参数后，问题未得到有效解决。经测量油箱口盖安装后的相对车身位置数据，发现油箱口盖上沿在X向存在30 mm左右的偏差，下沿在X向存在-30 mm左右的偏差，导致喷涂时旋杯与加油口盖的喷涂距离发生变动，出现漆面问题。经批量检测，发现治具尺寸偏差大，此问题需在SE分析及治具设计阶段结合车身数模，对治具设计原则和尺寸精度进行分析并提出要求，保证油箱门与安装平面平行，喷涂过程中油箱门相对车身位置固定不变。
3.2 机盖喷漆辅具导致的机盖、翼子板边沿“清漆棱”问题
调试初期只关注喷涂治具的功能实现，即机器人通过治具前部的圆环抬起机盖进行喷漆，未考虑对其他部位的影响。在安装机盖喷漆治具后，机盖与翼子板不在同一平面，且高低差达到30 mm，以机盖低于翼子板为例，当机盖低于翼子板时，因外板为带电喷涂，受边缘效应影响，漆雾大部分被吸附在翼子板边沿，小部分漆雾被吸附到机盖边沿，导致机盖边沿虚喷，出现目视明显的“清漆棱”问题，反之则翼子板边沿虚喷。經多次调试仿形和参数后问题得到解决，但浪费了大量人力、涂料、能耗等成本。经记录、分析调试过程中的数据，当此距离控制在5～15 mm时，可规避此问题出现。因此，在数模分析、工装设计阶段分析以上工装尺寸对喷漆的影响，建议在安装治具后，高低差控制为5～15 mm。
4 结束语
综上所述，车身漆膜虽然只在涂装工序形成，但其喷涂质量受车身结构、工艺形式、设备特征等相关方面的影响，对于正向开发的汽车，产品设计者、工艺设计者过多关注了整车性能、白车身精度等方面，而忽略了漆膜的质量设计。这就需要涂装SE分析师在正向车身设计过程中，能够从漆膜外观和性能出发，紧密结合现场生产线实际情况，提出科学的建议，避免后期结构更改和调试过程的涂料成本、人工工时和调试周期的浪费。
参考文献
[1]李忠政.喷涂机器人轨迹优化关键技术研究[D].镇江：江苏大学，2018.
[2]林晓东.基于MMAS的机器人路径规划方法[J].武汉工程大学学报，2018，31 （5）：76-79.
[3]何建伟.移动喷涂机器人的高效站位优化方法[J].机器人，2018，39 （2）：249-256.
[4]刘建平.喷涂机器人运动学与轨迹规划算法研究[J].组合机床与自动化加工技术，2018 （12）：25-28.
[5]高建峰.自由曲面均匀喷涂的机器人轨迹规划方法[J].清华大学学报 （自然科学版），2018 （10）：1418-1423.
（作者单位：东风悦达起亚汽车有限公司）
关键词：SE分析；机器人喷涂；结构优化；工装精度；应用
引言
现在各大汽车整车厂的涂装车间普遍采用机器人进行车身外部喷涂，相对于人工喷涂和往复机式喷涂，机器人喷涂具有喷涂范围大、灵活性好、质量好、速度快、效率高、节省材料等特点。本文从中面涂喷涂性SE分析角度出发，结合机器人内板喷涂调试经验，介绍车身结构对内板喷涂机器人喷漆质量的影响，探讨常见的车身结构导致的漆膜缺陷，并从车身结构、工装精度等几方面提出改进建议。
1 工艺及设备信息
某工厂中面涂线体采用3C2B工艺，中涂、色漆、清漆内板均采用走停式喷涂，外板采用连续性喷涂，其中中涂、色漆内板喷涂应用水性涂料，从安全性考虑，采用Ecobell3 HX双成型空气雾化器，空气喷涂，过程中不加高压电。清漆内板涂料为溶剂型涂料，采用内加高压电喷涂。
2 车身结构对漆面质量的影响
2.1 B柱凸起对中涂流漆、虚喷，色漆淤漆的影响
B柱位置是打开车门后人眼容易看到的位置，属于内板要求最严格的部位，某车型B柱两侧的凸起结构Y向高度达到22 mm。导致中涂流漆、虚喷，色漆铝粉上浮、产生色差的问题，主要是金属漆，尤其是闪烁效果明显的颜色 （如棕色、灰色等）达不到外观要求。从喷涂轨迹分析，此部位的喷涂轨迹为B柱3道轨迹，前门洞2道轨迹，各轨迹反复重叠。B柱凸起结构上漆量明显高于其他平面，调试过程中只能工艺弥补，主要对策为调整各枪喷涂间距及开关枪位置，多次调整喷涂参数。类似问题同样存在于A柱、机盖内板凸起等位置，浪费了涂料用量，延长了调试周期。因此，应在SE阶段分析此类结构的喷涂性，建议采用平面结构或凸起结构Y向高度≤15 mm，凸起R角≥150°。
2.2 机盖内板型面角度导致的露底问题
发动机罩内板一般只喷涂色漆来达到遮盖底色的喷涂效果，普通色漆的工程遮盖力一般为10～20μm，随着涂料的快速发展，带有特殊闪烁效果及彩度的涂料被广泛应用，采用双涂层或多涂层实现颜色效果，单色底漆的厚度一般为6～10μm，闪光漆一般为10～14μm，施工工艺、颜色控制更加困难，技术要求也越来越高，对内板不要求闪光效果，只要求目视颜色一致，因此只喷涂单色底漆，对型面复杂的内板更需要技巧和反复的调试优化。
在产品设计时，产品设计师一般会加大内板与外板的间隙来提升发动机罩的整体厚重感，这就导致内板前沿位置出现较大的型面变化，喷涂面产生夹角约120°。此位置包边在涂装涂胶时密封，涂胶后，胶厚与发动机罩内板存在高低差，且焊缝距离夹角只有5.7 mm，去除胶宽胶边缘距离钣金型面夹角不足1 mm的距离。
机器人旋杯垂直于机盖内板喷涂，钣金夹角、胶边与喷幅形成角度。仅靠雾漆不能满足喷涂要求，反复调整喷涂角度及参数后未彻底解决。通过对比分析多款车型数据及喷涂效果，建议在造型设计、车身设计时参考工艺需求，胶边到R角的距离在6～8 mm之间，增大胶边与内板的角度和距离，内板前沿型面角度≥150°，降低内板前沿相对凸出高度。
2.3 A柱凸起结构、车门内板结构及车门开度对内板漆面的影响
在喷漆调试及量产后出现A柱、车门内板露底问题，尤其是深色漆，开车门后目视明显露底，外漏底漆颜色，且经过多次仿形、参数调试均未解决问题，只能通过人工进行补漆。多个车型量产后，均出现此问题，随即对车身结构进行分析。
机器人内板喷漆时车门需保持开启状态，喷涂工艺设计过程中需结合车门开度及内板结构来设计仿形路径及角度。某车型最大开启角度为65°，A柱凸起结构Y向高度为18 mm，此处凸起结构背部延长线可视为漆雾的运动方向，而延长线嵌进车门内板，可判定车门内板遮挡机器人喷涂，即使机器人避让车门内板后，喷幅也会被车门内板遮挡，导致凸起结构后部不能喷涂，漆雾无法达到铰链位置，造成虚喷问题。
2.4 侧围台阶面R角对流漆、色差的影响
内板机器人主要喷涂侧围门洞、车门内板、机盖后背门内板等位置，其中侧围门洞及车门内板为主要外露面，从外观分区角度被定义为一级面，对外观的要求也最为严格，要求不仅没有虚喷、流漆的问题，而且在颜色上也不能出现目视色差明显的问题。为配合车门的装配密封性，此位置型面急剧变化，每个型面宽度只有50 mm左右，且R角只有5 mm，受喷幅重叠不均及成型空气压力等原因影响造成严重的流漆 （台阶面凹陷位置）、虚喷 （台阶面凸起位置）共存的问题，经过反复调整轨迹及喷幅大小，能达到无流漆、无虚喷效果，但色差方面不能满足要求，尤其是遮盖力低的橙色、金色等。结合工艺验证阶段总结的喷幅标定结果和调试过程数据，对产品提出结构建议，要求在满足车门与侧围装配的前提下，调整此类结构的R角≥25 mm，经调整结构后，微调喷涂角度和参数，问题消失。
3 工装治具对漆面质量的影响
3.1 喷涂治具导致的塑料件加油口盖在线喷涂质量问题
笔者所在工厂塑料加油口盖随车身在线喷涂，喷涂治具安装在后背门内外板搭接止口位置，与后背门外板一同喷涂，调试过程中出现加油口盖边沿虚喷、痱子、肥边问题，发生率约70%，问题部位主要集中在口盖边沿且无规律，反复调试仿形及参数后，问题未得到有效解决。经测量油箱口盖安装后的相对车身位置数据，发现油箱口盖上沿在X向存在30 mm左右的偏差，下沿在X向存在-30 mm左右的偏差，导致喷涂时旋杯与加油口盖的喷涂距离发生变动，出现漆面问题。经批量检测，发现治具尺寸偏差大，此问题需在SE分析及治具设计阶段结合车身数模，对治具设计原则和尺寸精度进行分析并提出要求，保证油箱门与安装平面平行，喷涂过程中油箱门相对车身位置固定不变。
3.2 机盖喷漆辅具导致的机盖、翼子板边沿“清漆棱”问题
调试初期只关注喷涂治具的功能实现，即机器人通过治具前部的圆环抬起机盖进行喷漆，未考虑对其他部位的影响。在安装机盖喷漆治具后，机盖与翼子板不在同一平面，且高低差达到30 mm，以机盖低于翼子板为例，当机盖低于翼子板时，因外板为带电喷涂，受边缘效应影响，漆雾大部分被吸附在翼子板边沿，小部分漆雾被吸附到机盖边沿，导致机盖边沿虚喷，出现目视明显的“清漆棱”问题，反之则翼子板边沿虚喷。經多次调试仿形和参数后问题得到解决，但浪费了大量人力、涂料、能耗等成本。经记录、分析调试过程中的数据，当此距离控制在5～15 mm时，可规避此问题出现。因此，在数模分析、工装设计阶段分析以上工装尺寸对喷漆的影响，建议在安装治具后，高低差控制为5～15 mm。
4 结束语
综上所述，车身漆膜虽然只在涂装工序形成，但其喷涂质量受车身结构、工艺形式、设备特征等相关方面的影响，对于正向开发的汽车，产品设计者、工艺设计者过多关注了整车性能、白车身精度等方面，而忽略了漆膜的质量设计。这就需要涂装SE分析师在正向车身设计过程中，能够从漆膜外观和性能出发，紧密结合现场生产线实际情况，提出科学的建议，避免后期结构更改和调试过程的涂料成本、人工工时和调试周期的浪费。
参考文献
[1]李忠政.喷涂机器人轨迹优化关键技术研究[D].镇江：江苏大学，2018.
[2]林晓东.基于MMAS的机器人路径规划方法[J].武汉工程大学学报，2018，31 （5）：76-79.
[3]何建伟.移动喷涂机器人的高效站位优化方法[J].机器人，2018，39 （2）：249-256.
[4]刘建平.喷涂机器人运动学与轨迹规划算法研究[J].组合机床与自动化加工技术，2018 （12）：25-28.
[5]高建峰.自由曲面均匀喷涂的机器人轨迹规划方法[J].清华大学学报 （自然科学版），2018 （10）：1418-1423.
（作者单位：东风悦达起亚汽车有限公司）