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[涂装] 紧凑型汽车涂装工艺的外观优化

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发表于 2020-3-17 08:31:22 | 显示全部楼层 |阅读模式

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紧凑型汽车涂装工艺的外观优化

王雷刚*,韩志伟,牟彬
(浙江吉利控股集团有限公司,浙江 宁波 315336)
【中国汽车材料网】摘要:对汽车紧凑型涂装(B1B2)工艺的外观优化工作进行了总结,围绕油漆、烘干炉、喷涂仿形、车身治具等方面进行了详细说明。
关键词:汽车;涂装;紧凑型工艺;喷涂轨迹;外观
现今汽车行业竞争日趋火热,各主机厂为提高销售量,都在车身的精致感上下足功夫。对于精致感,车身油漆外观无疑起到重大作用。良好的外观给人以美感和舒适感,高“颜值”、高亮度的车身会给消费者留下深刻的印象,可大幅度提高销量,因此各汽车主机厂都对车身外观予以高度重视。汽车涂装紧凑型(B1B2)工艺由于工艺短、成本低等特点而日益在各汽车主机厂投入使用[1],但由于“湿碰湿”和三涂一烘工艺限制,很难得到与传统3C2B 一样的优良外观。本文在大量现场调试经验的基础上,对如何提高B1B2 工艺的外观质量进行了总结。

1 外观优化要点

1. 1 油漆

[size=1em]油漆本身是决定车身外观优劣的第一要素,起决定性作用。油漆在开发过程中,就要重视施工性能验证,要根据施工现场的工艺条件,在实验室做充足的实验,选出最佳油漆配方和施工条件,得到最好的外观质量。如果不做施工性能实验,现场就将成为油漆实验室,大量的测试工作将不可避免,同时也不一定能在短时间内得到优良的外观,更换配方、更换油漆批次在所难免。如此反反复复的工作,会造成人力、物力的极大浪费。因此,只有在实验室得到有效的外观效果,现场的工作才能顺利进行。


1. 2 闪干炉

[size=1em]闪干工艺决定了B1 和B2 的流平性能和脱水率,闪干时间需要超过8 min,即确保升温时间5 min,保温时间3 min。风速要求:升温段5 m/s 左右,保温段8 ~ 10 m/s。若风速过低,脱水率不够;过高,则破坏漆膜。另外,空气含湿量小于10 g/kg。对于配有转轮除湿机的工厂,含湿量一般可以做到5 g/kg以下。温度设定要相对灵活一些,一般升温段为50 ~ 70 °C,保温段80 ~ 100 °C,可以根据脱水率作调整。总的来说,时间、风速和含湿量是关键,温度是调整项。

[size=1em]降低闪干温度和延长闪干时间不会明显降低短波(SW),但会令短波更均匀,同时目视效果要好一点,碎纹会减轻。对于脱水率,一般要求素色漆(如白色)要做到90%以上,金属漆做到85%以上。


1. 3 烘干炉

1. 3. 1 烘干曲线

[size=1em]喷涂清漆后,烘干炉的炉温曲线对油漆中溶剂的挥发和漆膜的流平起重要作用,尤其是在升温段,升温速率对外观影响重大,升温快则溶剂挥发快,容易造成表干里不干,产生痱子、针孔等缺陷,同时漆膜过早进入不流动状态,长波(LW)很难降低;升温慢的话,要求线体长,同时容易造成保温段温度升不到位,140 °C 以上的保温时间不够。

[size=1em]根据经验,升温段的平均升温速率小于14 °C/min 时,溶剂的挥发和漆膜流平的效果较好。同时,在80 ~ 100 °C 之间停留2 ~ 3 min,即在此温度范围内停止升温2 ~ 3 min,对漆膜流平更好,如图1 中的“台阶”所示。

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图1 带“台阶”的烘干曲线

Figure 1 Drying curves with a retention step


1. 3. 2 风速

[size=1em]影响漆膜溶剂挥发和流平的因素除了升温速率,还有风速。在升温一段,如果风速过高(大于15 m/s),漆膜容易被破坏,LW 和SW 都会变差;风速过低,则升温过慢,烘干炉体的使用效率就会大打折扣。从表1 的实验对比结果可知,升温一段风速降低后,长波降低明显。数据的变化直接体现在目视效果上,橘皮明显变好。

表1 升温一段的风速变化对漆膜外观的影响

Table 1 Effect of variation of air speed in section one of temperature rising phase on appearance of coating

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[size=1em]根据一系列实验结果,以下设置能获得最好的外观效果:在升温一段,风口风速8 ~ 10 m/s,车身表面风速2 m/s 左右;在升温二段,风口风速14 ~ 16 m/s 左右,车身表面风速3 ~ 5 m/s。在上述设置下,风吹到漆膜表面的力度柔软,漆膜在软风的作用下更容易舒展、流平,对长波的效果最好,一般侧面长波可做到小于7,甚至小于5。

[size=1em]除了风速,升温段风的均匀性也很重要。笔者认为,炉内侧面风口要均匀布置,车身受风需均匀,同时要避免出现斜向上吹向车身侧面的风口,这种方向的风会将漆膜吹皱,使外观变差。总之,以微风轻抚漆膜表面,对改善外观非常有益。

1. 4 喷涂仿形

[size=1em]B1 和B2 外板仿形,追求轨迹的均匀性和覆盖的完整性。B1 和B2 对外观的影响主要体现在漆膜干湿度、厚度、流平性和脱水率这4 个方面,它们综合起来最终决定了漆膜发花、发雾、短波等情况。

1. 4. 1 机盖

[size=1em]机盖外观的常见问题是金属漆发花,主要受色漆B2 喷涂仿形的影响。图2a 的仿形容易造成金属漆发花,通过参数调整很难把握好度,难以消除发花;图2b 的仿形较好,即机盖前端需要沿边缘喷涂一道,对控制发花很有利。

1. 4. 2 门把手上/下部区域

[size=1em]门把手上/下部区域是喷涂难点,为了追求良好的外观,需要将CC(清漆)厚度提高到55 μm 以上,但这样会造成门把手处出现肥边、流挂、痱子等缺陷。

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图2 机盖喷涂仿形示意图

Figure 2 Schematic diagram of trajectory for spraying the engine hood


[size=1em]如图3 所示,使用局部预喷涂方法(尤其是使用内板小口径旋杯),外板站相应区域同时使用小喷幅和小流量,可以有效解决上述问题。

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图3 清漆预喷仿形

Figure 3 Trajectory for pre-painting of varnish


1. 4. 3 门隙两边

[size=1em]门隙两边区域的外观主要受清漆膜厚的影响,门边缘肥边和两侧橘皮是个矛盾点,外观优化时通过以下方法可以很好地解决此问题:

[size=1em](1) 如图4a 所示,门隙处单独喷涂一枪,喷幅尽可能大,做到400 mm 以上,清漆电压降为0 kV,喷涂速率400 ~ 600 mm/s。

[size=1em](2) 车门轨迹在门隙处的转弯半径需要降低至30 mm 以下,以增加此区域的喷涂覆盖。

[size=1em](3) 根据实际喷涂效果,适当缩减此区域的喷涂间距。

[size=1em](4) 如果前门有一定开度,则后门挨近门隙的区域会上漆不良。这时10 号枪(以图4a 为例)要向右移动,不必局限于门隙正中。对于B1 和B2,由于整体膜层偏薄,对此区域的外观影响较小。但如果短波相对过大,也可以通过以上方法进行调整。

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图4 前门隙(a)和后门隙(b)的仿形示意

Figure 4 Schematic diagrams of trajectories for spraying the gaps in front door (a) and rear door (b)


1. 4. 4 后门框边缘与后侧围交界

[size=1em]内板喷涂时,在外板交界处不免有漆雾沾至外板,使此处的膜厚增加,造成外观目视色差,尤其是后门框外边缘部位与后侧围交界处,容易出现此问题。考虑到内板喷涂的完整性,单纯从内板喷涂调整,此问题不大可能消除,需要从外板喷涂着手解决。以笔者的经验,将后门外板门缝处的轨迹向后侧围方向移动10 ~ 20 cm,同时在后门外板交界处增加一些色漆流量(如图4b 所示),使此处形成一个梯度膜厚,让色差均匀过渡。对于珠光白等对膜厚敏感的颜色,以上做法可以在很大程度上解决此问题。

1. 4. 5 清漆仿形

[size=1em]清漆仿形需要特别注意的是侧面。对于纯大面而言,CC 一遍喷涂和两遍喷涂可得到一致的效果,不同的是CC 两遍喷涂之间有短时间的闪干,对痱子的消除很有利,因此可得到更厚一点的膜,对外观调整有利。鉴于以上特性及车身侧面结构的复杂性,需对车身侧面分区域做针对性的仿形。

[size=1em]对于6 台机器人配置的CC 外板站,一般是侧面喷涂两遍,平面喷涂一遍。在这种情况下,两遍侧面喷涂使用同一个仿形即可,局部区域只需通过参数调整来优化外观。

[size=1em]对于只有4 台机器人配置的CC 外板站(30 台/h 以上),侧面喷涂两遍难度比较大,这就需要对侧面局部区域(如门把手上/下部,腰线以上)做针对性的两遍喷涂。

[size=1em]笔者所在的工厂配有CC 内板自动喷涂站,利用CC 内板机器人的剩余喷涂能力,对外板重点区域进行了预喷涂,如图3 所示,取得了很好的效果。在四门腰线以上和门把手上/下部,不管是橘皮还是痱子、肥边,都获得了很好的控制。预喷区域参数建议如下:喷涂间距6 ~ 8 mm,枪距200 mm,喷涂速率低于800 mm/s,电压30 ~ 50 kV,流量400 ~ 650 mL/min。

1. 5 重叠率

[size=1em]重叠率对外观的影响颇大。以白色的四门外观调整为例,当B1/B2/CC 由6 道喷涂(喷涂间距150 mm)改为8 道喷涂(喷涂间距100 mm),喷幅不变时,重叠率由66%左右提高到75%左右,外观有了质的变化(见表2),灯管边缘小碎纹消除,目视舒服很多。同时,清漆整车上漆率也由55%左右提高至66%左右[上漆率按式(1)计算]。

表2 重叠率对外观的影响

Table 2 Effect of overlap on appearance

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上漆率计算公式:

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其中,m0 为初始铝箔质量(单位:kg);m1 为包车后剩余铝箔质量(单位:kg);m2 为喷车烘干后干膜与铝箔的质量(单位:kg);ρ 为清漆和固化剂按比例混合后的密度(单位:g/mL);V 为喷车耗用的油漆体积(单位:mL);w 为清漆和固化剂按比例混合后的固体分。

综合考虑外观质量和设备利用效率,平面使用66%的重叠率,侧面采用75%的重叠率,对外观优化及金属漆发花处理很有益处。

1. 6 车身治具

[size=1em]车门治具需保证车门开度为5 mm 左右。太窄,容易造成内板出现痱子或发雾;太宽,门缝两边较低面(后门)上漆不良,外观会很差,且容易造成肥边。总的来说,车身治具需保证相邻部位处于同一面,以便对相邻车身部位的外观一致性进行调整。

2 外观评价

[size=1em]涂装外观评价以目视为主,数据为辅。目视评价需由专业人员在Audit 工位的灯光或室外光线下进行。光线不同,目视结果会有很大差别。对于优良的漆膜外观,其数据体现如图5(橘皮)和表3(LW 和SW)所示,图5 的曲线呈现“驼峰”状,“驼峰”越明显,说明外观越好。

[size=1em]图6 给出了差外观和好外观的参考图片。图6a 中光线边缘的小碎纹无法用数据显示,只有通过采取前文所述的各种方法,逐步消除,其中油漆、烘干炉风速和喷涂重叠率对消除此碎纹的效果尤为明显。

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图5 优良外观的橘皮“驼峰”曲线

Figure 5 Hump-shaped orange peel curve for good appearance


表3 优良外观的长短波数据

Table 3 Long wave and short wave data for good appearance

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图6 差外观(a)和好外观(b)的参考图片

Figure 6 Reference photos for bad (a) and good (b) appearance


3 结语

[size=1em]车身涂装外观优化是一个系统工程,每一个设备和工艺参数的变动都会对外观造成影响,需要在实践中一点点摸索,得出经验教训。同时这又是一个长期性的工作,生产过程中需要持续跟踪、调整和总结。

[size=1em]由于B1B2 工艺的局限性(“湿碰湿”三涂一烘),相比传统水性3C2B 工艺(多一道中涂和中涂打磨),外观要稍差一点,主要体现在橘皮均匀性不易调整,同时饱满度略差。但是通过持续的细节优化和调整,外观也会达到不错的水平,金色、银色等金属漆外观甚至会超过传统的3C2B 工艺。




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