汽车静电喷涂过程中边缘油漆流挂的控制及桔皮的优化

狐精

摘要：介绍了通过优化高转速自动静电旋杯喷涂机（ESTA）的喷涂轨迹、采用引流法、安装静电吸附架以及粘贴铁片等方法可有效解决车身边缘油漆流挂及桔皮问题。

　　关键词：边缘；流挂；桔皮；静电吸附架；喷涂轨迹
　　前言
    随着国内汽车工业的飞速发展，高转速自动静电旋杯喷涂机(ESTA)以其自动化程度高、喷涂质量稳定、节能降耗以及油漆利用率高等特点逐渐获得国内汽车涂装界的认可。目前大多数汽车特别是轿车生产厂商都引进了国外先进的ESTA喷涂设备用来喷涂车身外表面。

ESTA的喷涂原理是以接地的被涂物，如车身作为阳极，喷涂机的涂料雾化器作为阴极，接上负高压电，在喷涂机与车身之间形成高压静电场。自动喷涂机将油漆粒子雾化并带电，带电的油漆粒子沿着电力线方向飞附到车身上形成均匀的薄膜(如图1所示)。另外，由于静电环抱效应的缘故，油漆粒子相对较容易在车身的边缘处聚集，从而极易产生流挂。
    因此，边缘处的油漆流挂是ESTA喷涂中最常见的问题，经常发生油漆流挂的车身部位包括前盖边缘、前叶子边角、车顶天窗边缘、门把手及后盖边缘等。
    为了避免油漆流挂，通常采用以下3种方法：
    第一，降低ESTA喷涂流量；
    第二，降低ESTA电压；
    第三，增大喷杯至车身的距离。
   但上述方法均会导致边缘附近的油漆膜厚降低及桔皮问题，从而影响外观。
    本文主要介绍了通过优化ESTA喷涂轨迹、采用引流法、安装静电吸附架及粘贴铁片的方法来解决边缘油漆流挂及桔皮问题。
1
桔皮的概念
    当光线聚焦在高光泽的涂膜表面时，可以看到光亮区和非光亮区的反差。当出现0.1～10mm大小的波纹结构，就会出现亮／暗的波纹，这种类似桔子皮的表面波纹俗称油漆桔皮。目前一般采用激光桔皮仪将光线聚焦在漆膜表面来模拟视觉定量评估漆膜桔皮。该仪器利用60°激光作为点光源照射涂层表面，在10cm的距离发射1 250次激光照亮表面来定量测定表面波纹的光学轮廓，获得一组准确的数据。为了模拟人眼的分辨率，我们将结构尺寸>0.6mm的测量数据归纳为长波，代表了表面较长波幅的变化；将结构尺寸<0.6mm的测量数据归纳为短波，代表表面较短波幅的变化，有时短波会叠加在长波上。桔皮仪采用数理统计的方法将长波和短波分别正确统计后，给出准确的数值。其数值低，表示涂层表面的桔皮少，表面涂装质量好。
    目前国际上评价油漆桔皮并无统一的标准，各大汽车厂商根据自身情况制定企业标准来考核油漆桔皮。某轿车厂的油漆桔皮质量标准如表l所示。

表1
某轿车厂的油漆桔皮质量标准

车身部位	长波	短波
平面	<5	<25
侧面	<13	<30

2
优化ESTA的喷涂轨迹


ESTA一般有9个喷杯，包括3个顶喷杯，左右侧面各3个侧喷杯。其中顶机Bell31，Bell32，Bell343个旋杯分布在车身的上方，主要喷涂车身的水平面(前盖、车顶和后盖)及后盖侧面，侧机Belll１，Belll2，Belll3旋杯分布在车身的左侧，进行车身左侧面喷涂，侧机Bell21，Bell22，Bell23旋杯分布在车身右侧，进行车身右侧面喷涂。
    在车身喷涂过程中，由于门把手洞眼处的静电环抱效应，导致门把手洞眼处较易发生流挂。以车身左侧面为例，Belll2喷涂门把手区域，为了避免流挂，一般降低Belll2在门把手区域的喷涂流量，这样势必造成门把手上部桔皮超标，目视效果差。为了解决上述问题，我们改变Belll3的喷涂轨迹，使Belll3能够喷涂前、后门把手的上部区域(如图2、3所示)，通过优化中涂和清漆ESTA的喷涂轨迹和流量，门把手上部区域的桔皮测量数据及目视效果有了明显改善，膜厚提高了20pm左右，且无流挂现象产生，如表2所示。
表2
优化前后门把手上部区域的桔皮及膜厚对比表

项目	左前门把手上部			左后门把手上部			门把手流挂状况
	长波	短波	总膜厚，μm	长波	短波	总膜厚，μm
优化前	14.2	20.6	102	15.8	22.3	105	无流挂
优化后	8.7	18.6	121	9.2	20.1	126	无流挂

3
采用引流法
    在汽车涂装过程中，前轮罩尖角处(如图4箭头所示)具有较强的静电吸附效应，而且该尖角处于轮罩的最下端，轮罩边缘的油漆在流平过程中会聚集在此部位，从而极易产生流挂滴漆现象。一般处理方法是在整理报交线用刨刀将滴漆刨去，然后修补色漆，但在刨漆过程中极有可能将电泳漆刨去，从而势必影响防腐蚀性能。另一种方法是降低ESTA的喷涂流量及高压，但会导致附近区域的膜厚降低以及桔皮超标。
    为了解决该问题，在ESTA喷涂前，我们在前轮罩尖角的内侧粘贴布胶带(如图4所示)，通过布胶带将轮罩边缘的油漆引流，使油漆不会聚集在轮罩的尖角处。为了达到最佳的引流效果，应注意使胶带的弯折角度与尖角处的油漆流向相同。粘贴胶带后，前轮罩尖角处的流挂滴漆问题得到了解决，而且附近区域的膜厚和桔皮也非常理想。
4
安装静电吸附架
    在生产过程中，前盖、天窗车顶以及后盖侧面(俗称后尾板)边缘处极易出现流挂现象，如某轿车的后尾板，由于ESTA喷涂的静电环抱效应，油漆粒子相对较容易在后尾板的侧边缘聚集，导致肥边，从而在边缘处较易产生毛孔；同时在油漆流平过程中，油漆聚集在后尾板的尖角部位，导致该部位极易产生流挂滴漆。这样大大增大了整理报交线的工作强度，而且为了消除后尾板尖角部位的流挂滴漆，极易将电泳涂层刨去，严重影响防腐蚀性能。为了解决该问题，首先在调整喷涂轨迹和喷涂参数方面做了大量的工作，实践证明：当增加喷涂流量和优化喷涂轨迹时，虽然桔皮有改善，但在后尾板边缘处会出现流挂现象；而当ESTA喷涂流量减少时，流挂虽有所改善，却又出现了桔皮的问题，我们还考虑加强该部位的人工补喷以弥补ESTA流量降低带来的桔皮问题，但人工操作的不稳定性决定了无法彻底解决桔皮问题。
    为了解决这一难题，借鉴国外的先进经验，提出了安装静电吸附架的方法。通过安装后尾板静电吸附架，减少了静电环抱效应对后尾板边缘的影响，多余的油漆粒子被吸附到静电吸附架上，这样既可避免流挂又可改善桔皮。
4.1
后尾板静电吸附架的制作
    采用一根铁棒沿着后尾板的边缘制作了静电吸附架，铁棒的弯折角度应与后尾板边缘相同，同时还要注意铁棒的粗细对静电吸附效果有较大影响。
4.1.1
静电吸附架的定位
    采用尾灯的3个工艺孔作为后尾板静电吸附架的定位点，用夹子将其固定在车身上，这样可确保静电吸附架在车身运行过程中固定不动。同时该定位方法不影响其它部位的喷漆，拆装也非常方便。
4.1.2
静电吸附架与后尾板边缘最佳距离的确定
    后尾板静电吸附架与后尾板边缘的距离是影响静电吸附效果的重要因素。为了确定最佳距离，保证最佳静电吸附效果，试制了4种静电吸附架，与后尾板边缘的距离分别为2cm、3cm、4cm及5cm，并进行了喷涂实验，结果如表3所示。

表3
后尾板静电吸附架与后尾板边缘距离的优化结果

距离，cm	流挂状况	后尾板左侧		后尾板右侧
		长波	短波	长波	短波
2	无	14.6	23.6	15.2	23.2
3	无	10.2	21.3	11.3	22.4
4	左右两角 略有流挂	8.9	21.6	9.4	21.5
5	左右两角 明显流挂	7.8	20.5	8.9	20.1

    从表3可看出，在相同的喷涂参数下，当静电吸附架与后尾板边缘的距离为4cm、5cm时，后尾板的长短波数据十分理想，但左右两角存在流挂；而当距离为2cm时，左右两角无流挂，但长波数据不合格；只有当距离为3cm时，结果最为理想，既无流挂且长短波数据合格。因此可将后尾板静电吸附架与后尾板边缘的距离确定为3cm。
4.2
后尾板喷涂参数与喷涂轨迹的优化
    后尾板静电吸附架制作完成，但要从根本上解决后尾板边缘的流挂和桔皮问题，还需对后尾板的喷涂轨迹，即ESTA顶喷机在喷涂后尾板时的运行状态进行优化。后尾板喷涂轨迹调整如表4所示。

表4
ESTA顶喷机后尾板喷涂轨迹调整值对照表

点 轴	调整前			调整后
	13	14	15	13	14	15
X，cm	455	496	500	455	496	510
Z,cm	175	135	1- 25	175	130	130
B，(°)	-80	-80	-85	-80	-80	-85
X1，cm	-50	0	10	-50	0	20

ESTA顶喷机共有6个运动轴，包括：水平运动轴x(表示车身相对于零点的水平位置)；水平移动轴Xl(表示顶喷机相对于零点的水平位置)；升降运动轴Z（表示顶喷机相对于零点的垂直位置)；转动轴B（表示顶喷机的旋转角度)；摆动轴Y(表示顶喷机3个旋杯整体左右摆动位置)以及线性供给轴Yl(表示2个外侧旋杯的进给运动位置)。
通过改变点14及点15的坐标，使顶喷杯在Z＝130cm的垂直方向暂停，水平方向跟踪20cm喷涂后尾板，同时调整顶喷杯的喷涂流量，这样可增加后尾板的漆膜厚度。由于安装静电吸附架，多余的油漆可以被静电吸附架吸附，避免了后尾板边缘的流挂。
我们对后尾板油漆的膜厚及桔皮状况进行了跟踪测试，如图5～7所示。
从图5可以看出，优化后的后尾板漆膜总厚度增加20μm以上，并且后尾板边角处没有流挂；从图6、图7的测量结果可以看出，优化后的后尾板长波全部合格，短波也有所改进，目视效果明显优于优化前的状态。
4.3
静电吸附架的循环喷涂次数
    随着静电吸附架吸附油漆量的增加，其电阻值会变大，油漆吸附作用也会相应减弱。在实际生产过程巾，我们发现在喷涂参数不变的情况下，随着静电吸附架循环喷涂次数的增加，后尾板边角处产生流挂的趋势增大，因此要定期对其进行清洗以去除表面的油漆。通过统计分析，当同一根静电吸附架喷涂6～7次，表面油漆厚度达到500～600μm时，后尾板边角处开始出现流挂。按两班制计算，平均每二天要进行一次清洗。同时对于使用及清洗过程中变形的静电吸附架要及时整形，否则会影响静电吸附效果。
5　铁片粘贴法
    为了解决门把手、转向灯、门饰条等洞眼部位的流挂问题，有些公司采用在这些洞眼的内表面粘贴铁片的方法，也可以很好地解决静电环抱效应对洞眼边缘的影响，多余的油漆粒子被吸附在铁片上，可有效解决洞眼部位的流挂问题。
6
结语
    边缘油漆流挂是ESTA喷涂的常见问题，也是令静电涂装界非常头痛的问题，有些厂商以降低漆膜厚度导致桔皮增大为代价来解决边缘流挂问题，这种方法在用户日益注重油漆外观质量的今天变得越来越不适用。本文提出了解决边缘油漆流挂的一些方法，在此作一小结：

(1)ESTA喷涂轨迹优化对于解决边缘油漆流挂及改善桔皮有一定效果，需要在实践巾不断摸索规律。

(2)引流法对于解决尖角处的流挂较为有效，同时成本也很低，但要注意胶带的粘贴位置对引流效果影响较大。铁片粘贴法对于解决洞眼部位的流挂非常有效，值得推广。

(3)安装静电吸附架对于解决边缘油漆流挂非常有效，但要注意静电吸附架的定位、制作材料的选用及其与边缘的距离对静电吸附效果有较大影响。静电吸附架安装后，要从根本上解决桔皮和流挂问题，还需对ESTA喷涂参数和喷涂轨迹进行优化。为了保证静电吸附效果，要定期对吸附架进行清洗和整形。