深入汽车四门外观包边喷涂密封胶的枪嘴性能改善

深入汽车四门外观包边喷涂密封胶的枪嘴性能改善

谢庆强,邱共麟,黄文轩,胡启湛,刘明明,黎振汉,温志豪

广汽本田汽车有限公司 广东省广州市510000

摘要：本文针对汽车四门外观包边密封胶自动化机器人喷涂工艺，枪嘴性能对喷涂外观品质产生不良问题进行剖析；从机器人喷涂工作原理、产生不良过程展开描述，提取导致机器人喷涂外观密封胶不良影响要素，探究机器人喷涂系统与喷涂工具性能配合，对喷涂产生出不良影响，并进行分析和改善。同时，阐述了机器人喷涂使用工具“直枪”性能改善方案与研发成果。

关键词：直枪、密封胶、外观品质不良

一、前言

汽车在涂装领域密封胶涂布生产工序中，喷涂四门包边密封胶是需要保证外观性（表面平整、无堆积、起皱和离缝等），及左右对称、胶边厚度，使具有一定的隔音、防锈的作用，也是机器人喷涂整车工艺技术、品质重点之一；其中喷涂四门使用的工具称之为“直枪”（图1），是采用铝合金镀膜而成，管径长约105mm，内开孔加工结构，一般与车身近距离约5~10mm进行喷涂，直枪喷涂工艺也是现行业内至今一直在用的喷涂工具；其次密封胶喷涂系统设定与机器人轨迹调试，都需要根据枪嘴变化进行相应的调整；因此，枪嘴性能的好坏决定了喷涂质量的优劣，也是喷涂系统中重要硬件之一；

直枪作为关键部件，随着工厂产能不断翻倍提升，及同行业制造质量提升、顾客高品质需求；现用的直枪优势开始逐渐下降，且在高产能连续生产中，枪嘴因磨损快，导致更换频率上升，生产成本增加，且喷涂不稳定现象也随之增多。因此，在确保更好的品质情况下，解决枪嘴性能问题，成为当前行业内重点的难题。

二、形成喷涂品质不良分析

喷涂不良主要原因之一是由（图2）枪嘴出口内径磨损变大后而导致；从磨损方面分析，枪嘴出口变大，枪管内部压力产生突变，出口越大突变现象越为严重，涂料因此瞬间释放压力过快，导致喷涂压力不易控制，从而产生（图3）表面堆积、起皱、偏移离缝等不良现象；

图1

图2                                图3

产生枪嘴磨损原因，是由于枪嘴内部是从大口径转为小口径喷涂（如图4），小口径因涂料的黏性与喷涂压力作用下，引起的内摩擦力；涂料流速在管道内的流速愈高，对管壁的冲刷磨损愈大（如图5），导致出口管内径变大，与在用的喷涂轨迹、设定参数不匹配，出现喷涂变差：堆积、起皱不良；同时，管内径壁面加工的平滑度，也会导致磨损快影响品质不良原因之一，因为在高压喷涂作用下不断放大，如壁内有粗糙不均匀，内壁受到以一定的速度和涂料冲击摩擦，内壁表面形成切痕、凹坑，导致出口内径变形，涂料流向出现偏移现象（如图6），引发喷涂偏移不良；同比正常磨损更加不稳定，磨损情况更严重；因此，提高枪嘴出口内径的精度也是影响喷涂不良重点因素之一

图4              图5             图6

形成喷涂不良原因二，枪嘴的稳压段长度结构设计与现场环境、涂料粘度不匹配，导致喷涂系统调整参数无法对应（在实际涂覆过程中,流管出胶口的表面粗糙度和尺寸精度直接影响密封胶涂覆的胶体质量与宽度；由于出胶口较小,涂料胶体在流管内的压强分布和流速分布对涂覆线的尺寸与表面质量的影响难以掌控），出现喷涂不良。所谓“稳压段”（图7）是指枪嘴内部大口径转为小口径后的长度，作用于节流稳压的效果，喷涂系统是通过稳压段配合形成喷涂流量、喷涂压力有效的控制；进一步分析，改变枪嘴稳压段长度，直接决定喷涂系统控制设定状态，稳压段结构越短，喷涂系统越处于下限控制状态，温度继续劣势变化，导致喷涂系统调整参数过低，无法有效调整更好范围值对应生产；反之， 稳压段结构越长，喷涂系统处于上限控制状态，无法对应调整更高的参数对应；从而产生喷涂不良现象。

图7

三、改善喷涂直枪性能方案：

1、直枪耐磨性是直接影响喷涂效果的关键因素，而导致直枪耐磨性差的工艺要素则包括有：高产能连续喷涂加剧磨损、材质抗磨性差、涂料粘度等影响；改变直枪材质硬度和降低涂料粘度措施，可对于提高枪嘴使用周期、品质稳定性是有利的，但同时需要考虑因素有：①枪嘴过硬，导致损伤车体和机器人本体的保护；②密封胶粘度是根据现场生产情况与质量要求而定，一般不会进行改变涂料特性；因此，针对防撞措施方式归纳有：保护式、缓冲式、断裂式三种措施，考虑改造成本经济性、有效性、可行性等方面，采用断裂式措施可行度最高；可根据现场需要断裂的强度，在设备损坏接受的范围内，对枪体增设一个或多个断裂缺口，及加工缺口深度，使其枪嘴在碰撞时达到断裂效果，防止车体与机器人本体受损；

2、喷涂系统控制方面，根据喷涂形成原因，选择稳压段长度，有利于可控制稳压能力和喷涂效果的作用；因此，结合现场涂料粘度范围、枪嘴稳压段长度与喷涂系统能力一起进行配合，选择合适的稳压段长度，使喷涂系统处于最佳控制位置，既可以保证喷涂外观平滑，又可满足设备可控性、稳定喷涂的方案。

四、直枪性能改善措施

1、在选取枪嘴材质方面考虑：

对比行业内现使用更强硬枪嘴材质有不锈钢、碳钢、钨钢类型；钨钢硬度最高，韧性低、质脆可避免碰撞导致车体损坏，对于直枪喷涂是优点也是缺点，因直枪长结构，在安装拆卸、维护易造成断裂，且加工制作难度大、成本高，不适用于直枪喷涂工艺， 因此，可选择不锈钢、碳钢材质作为提升耐磨性措施；

针对更换枪嘴过硬，对车体与机器人本体保护问题；根据碰撞受力弯曲力学原理，结合直枪喷涂移动方向，得出两个受力点范围有效性（图8），分别在受力点范围进行开槽形成缺口（图9），形成开槽深度的要求，可根据车体能修复范围外，取断裂深度数据（断裂强度过低：枪体易变形，影响直枪精度；过高：起不到断裂效果）；，便其目的是可断裂，防撞损坏的作用。

图9

其次，针对直枪内部壁内面平滑精度方面考虑，经不断测试，采用两种不同口径的不锈钢精密细管配合（图10），因细管内径是铸造成型，内径精密处理平滑度较高，避免在枪嘴成形后，加工开孔时出现壁内粗糙无法处理确认等问题；加工方法有：将小管伸入大管进行精密焊接，再通过大管与小管复合连接精密焊接加工；使用焊接组合方式，从而有效避免加工内径精度不足情况，达到提高喷枪稳定性的作用。

图10

2、喷涂可控性差方面考虑，主要对以下方面进行确认：①通过测试，稳压段长度不足，涂料瞬间释放压力过快，喷涂压力不易控制，当枪嘴磨损逐渐增大时，情况更加严重；而稳压部分延伸过长，喷涂压力受阻力增大，喷涂系统处于高负荷输出，不利用快速喷涂作业；②需要考虑冬夏季环境温度变化时，避免喷涂系统设定参数处于上下限状态，因此，选取喷涂系统中间值作为参考点的重要性；结合两方面测试确定，喷涂环境：20～30℃、涂料粘度：85～110Pa.s，机器人喷涂速度：300～600mm/s,从原出厂为7mm延长至20mm（图11），可作为最稳定方案，达到提升喷涂稳定性的作用。

图11

五、总结

密封胶外板机器人全自动化喷涂工艺是涂装领域最大的变革之一，在汽车生产行业不断发展与技术提高，高效、高产的生产模式是发展趋势中，本文从机器人喷涂使用的枪嘴改善作为切入，发掘存在的问题点，深入对直枪研发过程与制作方法；在通过不断改善优化、探究、结合现场寻找主因及变化点，针对课题难点，进行更深入的改良研发，并创新研发一种喷涂直枪及其制造方法的专利；最终解决枪嘴易磨损和加工精度问题，同时提高喷涂品质的外观性、喷涂稳定性等生产保证。

参考文献：

【1】徐光耀，张志新，费鸡鹏，许_帅，殷亚强. 《浅谈涂装车间涂胶线体调试》涂装车间涂胶线体调试方法与注意專项1007-9548(2017 )07-0070-03

【2】王油,窦文豪,李国臣,杨永强,卢建斌. 《汽车密封胶涂覆流管优化设计.仿真》汽车材料与涂装1009_279x(2019 )05-0055-08