摘要：討論了機器人噴涂涂料時，漆膜厚度控制的意義、影響漆膜厚度的因素以及相應參數的調整方法。
關鍵詞：機器人噴涂；漆膜厚度；厚度控制
1引言
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，又具精確性和重復性。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。
2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最重要的控制因素，其意義在于：
（1）防止因膜厚不適當導致的涂層缺陷。根據筆者經驗，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，保險杠噴涂的第一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，這會引起第一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，把膜厚作為最重要的控制因素是必須的。
（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。精確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。
3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，使流量控制更加精 確和便捷。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ROBOT PARAMETRE 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，最高流量只能是 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第一因素，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粒快速轉移電荷，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反彈氣流增加，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。這種情況下，就需要對涂料原料的固體 含量指標嚴格監控，并要求供應商對于敏感的涂料給 出更小的范圍。
②原漆存放時間過長導致的偏差。
一般涂料的黏度隨著存放時間的延長會上升，而在調配涂料時常是以涂料黏度作為控制指標的。這就出現了原漆存放前后所調配的涂料固體含量的變化。比如。一種涂料在存放6個月后黏度上升了10%（這一幅度是比較正常的，如存放環境溫度高，黏度上升幅度還要大），在調整到同樣的黏度時需要加入的稀釋劑較6個月前增加，這就減少了調配好的涂料的固體含量，其他噴涂因素不變的情況下，涂料膜厚會降低。
③不規范的調漆操作和存放方式會導致固體含量減少。
如原漆在包裝桶中沒有得到充分攪拌，固體含量高的成分留在桶中，這樣間接地降低了涂料的固體含量。還有，調配好的涂料放置時間過長而密封不好導致溶劑揮發后，固體含量會增加。
（4）走槍速度。以ABBTR5002噴涂機器人為例，槍速范圍為：0～3000mm/s。生產中，一般旋杯選用速度為600～1000mm/s，空氣噴槍選用速度為800～1500mm/s之間。理論上噴涂速度同膜厚成反比關系，但實際上，由于不同速度選用的噴涂參數會間接影響到轉移率，所以在滿足噴涂節拍的前提下，優先選用較低的槍速。關于槍速對于轉移率的影響，可以這樣解釋：槍速慢，獲得同樣膜厚使用的涂料流量低，相應的霧化空氣也小，對于提高轉移率有利。對于旋杯也 是如此，這可能與電荷轉移需要的時間有關。測試表 明，在同樣條件下噴涂產品，使用旋杯速度在500mm/s時比速度為700mm/s時轉移率提高5%。
（5）噴幅寬度。指霧化器噴出的涂料在被噴涂面覆蓋的寬度。噴幅寬度受到下述參數的影響：噴槍離被噴涂表面距離、霧化和扇面參數（空氣噴槍）或者整形空氣（旋杯）。單頭空氣噴槍的噴涂形狀是橢圓形的，旋杯的霧形是圓形的，雙頭噴槍根據兩個噴頭的夾角，形狀有所不同，但是基本也呈橢圓形。從空間角度看，它們的霧形是都是圓錐形或者橢圓錐形的。因此當噴涂距離變短時，噴幅寬度成比例地縮小。對于空氣噴槍來說，霧化空氣壓力與扇面空氣壓力的比值對噴幅寬度呈線性影響。所以當在修改相應的噴涂流量時，需要考慮因為調整霧化和扇面空氣值間接影響到的噴幅寬度。
4膜厚的控制
對于機器人涂裝施工而言，確保生產工藝的穩定是需要優先控制的。上述5個影響膜厚的因素可以采用不同的方式控制和調整。
（1）為保證涂料固體含量參數穩定，推薦下列措施：
①監控不同批次的原漆固體含量，尤其是對于膜厚敏感的涂料，如遮蓋力高的色漆；
②縮短原漆的存放時間，盡可能使用新鮮的涂料；
③避免涂料存放環境溫度過高；
④規范調漆操作；
⑤不同季節所用的稀釋劑配方不同，可以通過機器人IPS設置參數調整，避免流量的更改。
（2）噴涂速度在噴涂軌跡程序編制過程中調整，一旦確定之后就基本不再變動，只有在一些特定的情況下進行調整，如噴涂遮蓋力特別差的色漆而噴槍流量接近上限時采用調低速度的方法較為有效。
（3）噴幅寬度主要在程序編制時確定，后期的調整主要是針對一些特殊平面，如對于窄平面使用小的幅寬能有效節約涂料。調整中需要關注因為噴幅變化帶來的其他影響噴涂質量的情況，如當通過噴涂距離調整幅寬時，涂料到達被噴涂面的溶劑含量同時發生變化，可能發生相應的流掛或者干噴；當通過霧化扇面壓力調整時，可能會影響到涂料的霧化效果。
（4）涂料轉移率一般不作為生產中調整的因素，在生產中需要關注的是因為轉移率變化導致的噴涂質量事故。一般多發生在因為轉移率下降導致的漆層變薄。如靜電噴槍因設備故障導致電壓下降引起轉移率的降低。
（5）流量的調整是生產中最頻繁用于調整的參數。需要注意的是，調整空氣噴槍的流量時，一同調整的氣體的霧化和扇面壓力的值會隨之發生變化，這會同時 影響到轉移率，最后影響到膜厚。
5結語
漆膜厚度雖然只受到上述討論的5個因素的影響，機器人噴涂又使我們對于這些因素的控制能力得到加強，但因為這中間的每個因素又受到整個涂裝系統的多個因素的影響，因此在實際生產線施工中，需要根據實際情況，設計出有效的施工參數的監控體系，確保膜厚可控可調。
