涂胶机器人

SUV车型车身内板涂胶机器人3D胶枪应用

何龙，王晓冬，韩仁杰，王爱军，张磊

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定 071000）

0 引言

汽车车身防水性能主要是通过涂胶对车身焊缝的密封来实现的，涂胶的方式分为人工与机器人两种，两者相比较而言，机器人自动涂胶一致性强，涂胶外观好。而在机器人涂胶应用中，3D胶枪的应用开始越来越广泛，相比SWIRL枪，它有3个枪嘴，分别为0°、45°、90°，覆盖焊缝品质好、涂胶宽度均匀、机器人喷涂姿态更加灵活，不受枪姿态影响。但在实际应用过程中，在喷涂机舱内部、车底焊缝区域时出现了涂胶边缘翻边、胶贴合程度差、关枪位置胶拉丝的品质问题。

1 3D胶枪喷涂效果问题分析

1.1 问题描述

某汽车公司涂装车间规划车身焊缝密封、车底焊缝密封区域采用自动化程度较高的涂胶机器人进行喷涂，喷枪类型应用3D胶枪对车身地板焊缝、车底焊缝进行涂胶，但在喷涂后涂胶胶型边缘翘起、胶外观褶皱严重（见图1~2），焊缝的密封存在缺陷。

1.2 车身涂胶品质风险

当车辆涉水或雨天时，水会从车身钣金与胶的缝隙中进入车身内部驾驶室及地板，存在车辆线束泡水的隐患，直接影响了客户对车的精细感知和车辆使用的安全性，且整车还会出现锈蚀的问题。

1.3 问题分析

1.3.1 3D胶枪喷涂材料分析

对焊缝密封喷涂材料进行分析，现场使用的密封胶为国内公司提供，胶体黏度为100 Pa·s，挤出时间为70 s，固含量≥90%，密度为1.2~1.4 g/cm3 ，细度≤50μm。

1.3.2 密封胶供胶系统分析

密封胶供胶系统为集中供胶系统，采用一级供胶泵提供流量，二级增压泵提供增压的供胶方式。一级供胶泵为GRACO K20:1的气动柱塞泵，下缸体1000 mL，使用方式为2用1备，二级增压泵为GRACO 60：1的气动柱塞泵，车身焊缝密封使用方式为5用1备，车底焊缝密封使用方式为4用1备；车身焊缝密封机器人供胶站共布置8站，每站流量为≥1 200 mL/min，车底焊缝密封机器人供胶站共布置6站，每站流量为≥1 200mL/min，机器人自动站共需1 200×8+1 200×6=16 800 mL/min；人工手动枪站流量为≥500 mL/min，手动站共需500×28=14000 mL，一级泵下缸体容积为1000 mL，单台泵泵频为（14000+16800）/2 000=15次，设计要求泵频≤25次/min，则供胶系统满足机器人胶站使用流量，排除了因供胶系统流量不满足引起的胶型褶皱、密封效果不好的可能性。

1.3.3 涂胶作业环境参数分析

裙边胶室体送风为车间工艺空调，送风温度为（25±5） ℃，相对湿度为（65±5）％，机器人涂胶环境的温湿度比较稳定，所以，排除了因环境系统引起的胶型褶皱、密封效果不好的可能性。

1.3.4 涂胶机器人系统分析

车底焊缝密封胶机器人、车身焊缝密封胶机器人为某进口品牌，数量分别为6台、8台，采用某品牌的3D喷枪。影响涂胶效果的原因有胶工艺参数、机器人喷涂模式内参数、喷涂枪速、喷涂压力、加热开启的时间及温度等方面。对影响因素进行逐一分析，分析过程如下。

1）涂胶机器人喷涂模式：流量模式为PCF控制喷涂流量。控制3D胶枪出胶流量可减少因胶黏度波动而导致的涂胶压力变化而对涂胶胶型的影响；压力模式为PCF恒定喷涂压力，控制3D胶枪出胶压力可保证胶型效果；现场使用流量模式进行试生产，PCF供胶系统压力入口为22 MPa，PCF调节压力后机器人的喷涂压力为9 MPa，经现场确认车身涂胶喷涂质量，发现在涂胶的关枪位置处存在胶丝，故可断定机器人在流量模式下喷涂密封胶时的压力与流量、胶挤出时间的关系不匹配。因胶的挤出参数与压力设定不匹配，导致在关枪后胶不能及时挤出，存在甩胶丝的现象。通过切换压力模式进行测试，恒定PCF出口压力，设定出口压力在8.5 MPa，分别降低胶黏度和挤出时间进行效果验证，采用78 Pa.s黏度、40 s挤出时间的胶和90 Pa.s，45 s挤出时间的胶，相对比得出的结论是PCF使用压力模式，出口压力设定在8.5 MPa（则喷车时压力恒定），工艺参数黏度为78 Pa. s、挤出时间为40s的胶呈现出更好的外观及密封性，且在关枪后拉丝距离由4.5 cm降低为2.0 cm。结论：低黏度、低挤出时间的胶呈现的胶型更好。

2）另一个影响机器人涂胶外观品质的因素是机器人喷涂时的行走速度。设定机器人不同的行走速度验证喷涂外观品质，速度分别设定为400 mm/s、500 mm/s、600mm/s、700mm/s,经对比验证，在500 mm/s时喷涂的胶型效果最好。

3）机器人系统、供胶系统均有加热系统，供胶系统加热为伴热带分区方式加热，机器人加热系统为加热柜加热的方式，需将胶温度控制在（25±1） ℃的工艺要求范围内，为避免能源浪费，车间生产人员在生产开始前10 min才打开供胶系统、机器人加热柜的加热装置，设定温度为25 ℃，故不能排除因供胶温度短时间内骤然升温导致的胶黏度升高，进而导致喷涂扇幅变小，密封焊缝效果变差。

1.4 胶烘干参数分析

现场涂装车间采用免中涂工艺，涂胶作业完成后进行胶烘干工艺，胶烘干线体共7个区，温度设定为烘干1~2区165 ℃，烘干3~7区160 ℃，通过对烘干后的胶进行内聚破坏、拉伸强度测试，胶条完全贴合电泳涂层，无脱落；对胶烘干进行炉温检测，符合胶烘干固化窗口。通过对胶性能检测，车通过胶烘干线后已完全烘干，非胶褶皱的主要原因。

1.5 分析原因汇总

通过对胶工艺参数、机器人喷涂模式内参数设定、喷涂枪速、供胶系统压力流量、加热开启的时间及温度等几方面的分析，发现影响机器人3D拉丝、喷涂效果的因素为：①胶工艺参数与机器人3D胶枪不匹配；②机器人喷涂模式内参数设定与胶工艺参数不匹配；③加热柜开启时间较短而使胶骤然升温，导致胶黏度变大，扇幅变小。

2 调整解决办法

调整1：将机器人PCF控制模式由流量模式更改为压力模式，修改PCF出口压力，通过试验，胶出口压力调整至8 MPa时喷涂胶型褶皱程度最小且覆盖焊缝效果最好。

调整2：降低胶的工艺参数，将黏度为100 Pa.s，70 s挤出时间的胶调整至黏度为78 Pa.s，挤出时间40 s。将一级主管路中的胶全部置换排出，二级支管路中的胶通过机器人进行排胶处理。

调整3：将机器人喷涂枪速由400 mm/s调整至500 mm/s。

调整4：固定加热系统开启的时间及温度，在每班生产前60 min开启管路、机器人加热系统，管路系统温度设定(25±2)℃，机器人设定(28±2)℃。

调整5:为提升喷涂效果，将机器人3D胶枪电磁阀中控制空气的压力系统进行改进，增加储气罐和增压泵，通过改善机器人开关枪的空气压力，提升3D胶枪开关枪的速度，最大程度地减少关枪时因空气压力衰减而造成的关枪延迟产生的胶丝。

3 效果验证及注意事项

3.1 外观效果验证

实车验证150台份，通过对湿膜及干膜状态监测，改善后的焊缝密封胶覆盖焊缝平整，胶褶皱减少，胶丝明显消除，效果明显改善。

3.2 喷涂工艺验证

喷涂膜厚均匀，干膜状态下使用膜厚仪测量厚度均值为3 mm，使用钢板尺测量宽度为25~35 mm；安排新涂胶状态的车完成总装装配后，进入淋雨线分别进行8 h、24 h梅雨试验，车身无漏水点，驾驶舱重点部位无水进入，说明机器人新状态的涂胶效果满足车身防护要求及产品防护要求。

3.3 焊缝填充效果验证

随机抽取1台生产车，对干膜状态下的车进行切胶试验，检查焊缝中胶填充的效果，经确认，焊缝填充饱满。

3.4 胶附着力检测

干膜状态下用刀切九宫格法对胶附着力进行检测，经确认，胶附着力满足标准。

4 结语

焊缝胶机器人示教及喷涂工艺是车身喷涂品质的有力保证，科学合理的示教及调整工艺参数在很大程度上提高了车身防锈能力。通过对焊缝密封机器人涂胶褶皱、拉丝效果改善的解决，不仅解决了焊缝胶遮盖焊缝的效果及车身装配困难等问题，更重要的是在实际调试过程中总结经验领悟其中的调试规律，在调试过程中找到设备的最佳状态及最合适的工艺。

（详情见《现代涂料与涂装》2017-12）