近年來國家、地方出臺越來越嚴格的法規，控制廢氣排放。因此，降低揮發性有機化合物（VOC）的排放是汽車涂裝的發展趨勢。由于水性涂料溶劑的主要成份為水，與溶劑型涂料相比最大的優點是VOC 排放大副降低。隨著汽車輕量化的發展，越來越多的復合材料應用到載貨汽車上，車身外飾件尤為普遍。根據工件的位置及作用，分別使用了UP-GF（玻璃鋼）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物塑料）、PP（聚丙烯塑料）、ST14（冷軋鋼板）4 種材料。為了實現色差最小化，在規劃車身外飾件涂裝線時，實現4 種素材的共線生產，從而提高了低溫水性漆工藝設計難度。

車身外飾件涂裝線主要完成2 個系列車型4種素材27 類產品的清洗、底漆、色漆、罩光漆噴涂。年設計綱領為30 萬掛∕年。圖1 所示為典型車身外飾件分布示意，表1～表4 為典型零件涂裝特性參數。

圖1 車身外飾件分布示意

表1 UP-GF材質典型零件特性清單

表2 ABS材質典型零件特性清單

表3 PP材質典型零件特性清單

表4 St14材質典型零件特性清單

2.2 質量目標

UP-GF 產品涂層一次交檢合格率≥87%；ABS、PP、ST14 產品涂層一次交檢合格率≥95%。返線率＜5%。

3.1 工藝設計思路

a.零件組掛方式，采用零件相同、材質分類、雙側或單側裝掛的原則，滿足工藝與材質的匹配及機器人自動噴涂操作的需要。雙面噴涂工件單側裝掛（圖2），單側噴涂的工件雙側裝掛（圖3），零件組掛后最大外形尺寸（長×寬×高）為2 650 mm×1 600 mm×2 100 mm，組掛吊點零件最大質量150 kg。滑橇主體治具與二次治具采用組合形式進行裝掛，并放置在機械化輸送系統上進行傳輸。

圖2 單側零件裝掛示意

圖3 雙側零件裝掛示意

b.生產方式，上∕下件采用間歇步進式，生產線采用連續式。1 條前處理線，2 條噴涂線。

c.滿足綠色工廠建設，底漆、色漆采用水性涂料，降低 VOC 排放。

d.采用人工+噴漆機器人噴涂，提高自動化率，提高涂料利用率。

e.在上件工位、二次治具更換工位，實現在線可視化作業指導。

3.2 工藝流程的開發

3.2.1 多種脫脂劑清洗效果測試

為了充分驗證脫脂劑對PP 素材的清洗能力及與單組分水性底漆的配套性，選取了知名前處理藥劑供應商提供的5 種不同酸堿度的藥劑進行測試，見表5。

根據以上5 種脫脂劑的剝離強度進行比較，最終得出結論酸性脫脂劑D 效果最佳。

表5 脫脂劑與水性底漆剝離強度結果對比 ppm

3.2.2 PP、ABS、UP-GF 表面性能測試

選取現生產UP-GF、ABS、PP 3 種復合材料素材對其進行表面性能測試（表6），判定是否需要表面活化處理。

表6 三種素材表面性能狀態測試

根據以上3 種材質的表面性能狀態數據進行比較，最終得出結論現場PP 素材配套水性低溫底漆需要表面活化處理。

3.2.3 工藝流程

除了對脫脂劑、表面活性測試外，在實驗室對擬定的工藝流程進行模擬確認，制作樣板進行脫水率及涂層性能測試，最終確定如下表7所示工藝流程。

表7 外飾件涂裝線工藝流程

3.3 先進裝備的應用

3.3.1 機器人噴涂系統

噴涂線共采用IRB5500噴涂機器人12臺（圖4），覆蓋水性底漆、水性色漆、2K 溶劑型清漆工位。IRB5500噴涂機器采用中空手腕結構，防爆，落地式安裝。機器人垂直臂上安裝控制扇形空氣和霧化空氣的ACU 單元。最大加速度可達24 m∕s。配置IRC5P機器人控制柜。

在底漆段采用AGMD 空氣噴（圖5）噴涂水性導電底漆，AGMD 可以在不需要其它工具的情況下幾秒鐘內實現快速卸載和準確定位安裝。Devilbiss 100%空氣帽保證了霧化的重復性和最佳的霧化效果，獨立的扇面和霧化控制。300 級不銹鋼噴嘴和針，噴嘴口徑1.4 mm。

在色漆段采用外加電RB1000-EXT霧化器（圖6）、清漆段采用內加電RB1000-SSD 霧化器（圖7）。旋杯直徑為50 mm，最高流量可達1 000 cc∕min，無需空氣加熱器，減少過噴引起的涂料浪費。

圖4 IRB5500機器人

圖5 AGMD噴

圖6 RB1000-EXT霧化器

圖7 RB1000-SSD霧化器

3.3.2 兩線輸調漆系統

涂料供給系統配備電動泵。兩線循環方式（圖8）在每個出口設帶有阻尼的涂料壓力表，觀察涂料壓力和HOSCO 調壓器用來調整涂料壓力。球閥采用RECCO 不銹鋼全包球閥保證沒有涂料的殘留。涂料軟管采用GRACO 涂料軟管。所有油漆接觸的部件都要采用經鈍化處理的不銹鋼304L。輸調漆系統的回壓閥和攪拌槳采用低剪切力類型。

手工噴涂,流量 200～1 000 mL∕min，工位壓力0.5～0.8 MPa。油漆流動速度,溶劑型漆主管≥0.3 m∕s，水性漆主管≥0.15 m∕s，滿足水性漆的工藝參數。機器人噴涂,流量200～1 000 mL∕min，工位壓力0.5～0.8 MPa。

圖8 兩線循環系統原理

3.3.3 生產管理系統

采用J2EE 技術，使用ADF 框架進行開發。生產管理系統實現按照生產計劃上下線和出入庫掃描，在現場、中控室分別實現LED 大屏、液晶電視顯示，對生產異常和實績進行展示。共分為基礎數據管理、生產管理、庫存管理、生產指示、接口5個功能。生產管理系統總體結構架構見圖9。

圖9 生產管理系統總體結構

基礎數據管理包括零件信息管理、零件類別信息管理、二次治具圖片管理、工作班組定義、顏色信息管理。

生產管理包括生產計劃管理、生產計劃完工查詢、返修臺賬管理、報廢臺賬管理、生產計劃預排、治具更換、通用治具上線管理、噴漆口換色管理、通用治具合格品檢查管理、合格貼打印。

庫存管理包括白件庫管理、成品庫管理、白件庫出入庫盤點信息查詢、成品庫出入庫盤點信息查詢。

生產指示包括：入廠大屏數據展示、成品庫屏幕數據展示、白件庫大屏數據展示。

可視化指導包括上件作業在線可視化指導（圖10）和治具更換作業在線可視化指導（圖11）。

接口包括與中控系統面漆烘干入口位置數據接口、與中控系統換色數據接口、與中控系統合格品檢查數據接口、與中控系統治具更換數據接口、與中控系統物料上線位置數據接口。

圖10 上件作業在線可視化指導

圖11 治具更換作業在線可視化指導

載貨卡車車身外飾件涂裝線于2019 年12 月正式投產，已生產2 大系列中重型卡車車身外飾件5 萬多輛份10 萬余件。產品質量達到目標要求。實現了4 種素材水性漆自動噴涂，為載貨汽車車身外飾件涂裝提供了成功的范例。