100%静电喷涂技术在汽车涂装领域的运用
关键词：静电喷涂，色差，VOC
摘要：随着国内汽车生产向着大规模、高质量和低成本的方向发展，传统的手工喷涂已经无法满足大多数整车厂车身涂装的要求，因此喷涂机器人技术在整车涂装领域的运用越来越广泛。提高油漆利用率和减少排放是目前设备供应商和油漆材料供应商的发展方向。本文回顾油漆喷涂装置的发展历史，并介绍当前静电喷涂领域的最新应用情况。
1. 油漆喷涂装置的分类
目前常见的油漆喷涂装置：根据油漆雾化的原理可分为气喷枪和高速旋杯两大类。根据上电方式又可以分为内部上电和外部上电两类。其中广泛使用的有：手工气喷枪，手工高流量低压力气喷枪HVLP，手工静电喷枪，自动喷涂机气喷枪，间接加电高速旋杯(水性色漆)，直接加电高速旋杯(溶剂型色漆或水性色漆)等。
气喷枪的工作原理是通过大流量的雾化空气把油漆雾化成小液滴，压缩空气控制油漆小液1。
图1
高速旋杯是通过压缩空气驱动高速气马达再驱动杯口有齿纹的旋杯雾化油漆。同时通过控制旋杯周围的成形气来控制漆雾扇面的大小达到精确控制喷涂的目的。旋杯的结构见图2，不同的旋杯的边缘状态见图3，经旋杯雾化后的油漆液滴在旋杯边缘状态见图4。
旋杯中心冲洗孔
r
网格花纹 齿状花纹 无花纹
图3
图4
目前常用的油漆喷涂装置如下(表1):
根据实际运用中的各类喷涂设备，我们可以发现不同的喷涂设备的上漆效率如下(表2)：
表2 喷涂设备上漆效率
大家不难发现旋杯的上漆效率明显比气喷枪的上漆效率高，这正是驱动设备供应商开发100%静电旋杯＋旋杯的色漆喷涂技术的动力。
2. 100%静电旋杯+旋杯喷涂代替传统静电旋杯+空气枪的原理： 2.1 传统旋杯与气喷枪的雾化效果对比：
如表2的金属颗粒的比例也发生了变化，传统的气喷枪喷涂到工件后的油漆的金属片比例明显比旋杯的套高。这就是为何金属漆在气喷枪与高速旋杯作用下会有不同的效果。正是通过研究旋杯和气喷枪喷涂的差异，设备供应商开发了出模拟气喷枪效果的高速旋杯BELL M。
2.2 100%静电旋杯+旋杯方案开发的旋杯M(BELL-M)与传统旋杯(BELL)的差异比较：
BELL-M比普通旋杯更高的转速加强了雾化效果，可以模拟气动喷枪的雾化效果，达到了提高金属漆闪烁效果的目的（图5）。
图5
在BELL-M的实际运用中，由于要模拟气喷枪的效果而提高了旋杯的转速，这样就会提高油漆所含的动能，如果还按通常的旋杯设计，事必会降低旋杯的上漆率。因此在提高BELL-M旋杯转速的同时，必须要优化旋杯的成形气设计，确保雾化后的漆滴能有效的被控制在希望的区域，保证了原先的上漆率。 实际BELL－BELL M的推荐喷涂参数见表3。
表3 BELL－BELL M的推荐喷涂参数
如表3可见BELL-M的对压缩空气的要求比BELL高约1.5bar在实际运用过程中为了防止大流量和高压力的压缩空气短时间从雾化器通过而产生冷凝水，通常要对马达控制气加热。由于BELL-M的转速要比BELL高20,000-25,000RPM，为了更有效的控制油漆喷涂扇面，BELL-M的成形气的设计采用了双螺旋结构。
3. 100%静电旋杯+旋杯色漆喷涂技术优点：
基于100%静电BELL+BELL M色漆喷涂技术的特点，我们可以发现有此技术有以下明显的优点。
金属色漆的单车油漆直接材料消耗降低约50% 基于金属色漆消耗降低，
-
油漆过喷所造成的漆雾处理费用也降低；
- -
色漆喷房的清洁频次也降低； 喷房VOC排放也降低
考虑到 BC 2的漆雾减少，可以降低BC 2 的喷房内的风速至0.3M/min，节约40％的BC2
区的风量，同时节约相关电能和冷热水的消耗.
现在通过实际的运用实例我们来分析100%静电旋杯＋旋杯色漆喷涂技术对我们提高油漆利用率的成果。我们以GM在2006年开始在LANSING DELTA TOWNSHIP 的油漆车间改造好100%静电BELL+BELL M色漆喷涂为例： 产量：500 辆/天 车身喷涂面积：9.5M2 金属色漆固体含量：15% 色漆2膜厚要求：5-8um 油漆消耗气喷枪=904ml/辆， BELL M旋杯=452ml/辆 气喷枪上漆率=35％， BELL M 上漆率=70%
单车节约450ml/辆，如果按目前国内的金属色漆的单价75RMB/L，每年可以节约420万RMB的直接材料费用。
4. 100%静电旋杯＋旋杯喷涂技术目前主要存在的问题
由于100%静电旋杯＋旋杯喷涂技术是基于提高油漆利用率的前提而开发，与旋杯＋气喷枪技术还是有差异，这种差异造成的直接后果是色差。对于溶剂型金属色漆来说95%上的颜色可以很容易的通过调整色漆1和色漆2的喷涂参数，而不需要对油漆作任何调整就能满足与原先气喷枪一样的颜色要求；5%的金属颜色需要对现有的油漆进行调整，才能满足原先的颜色匹配要求。对水性金属色漆而言，需要进行油漆调整的颜色比例占5-10%。
目前除了在油漆材料上作改进，还可通过优化喷涂参数改善色差问题的方法（图6）：
图6
5．100%静电旋杯＋旋杯喷涂技术现在主流汽车整车厂在运用的状态(表4)：
表4 Bell-Bell应用状况
结束语：
100%静电旋杯＋旋杯喷涂技术已经得到许多整车厂的应用和关注，它可以提高油漆的上漆率，节约油漆用量和降低VOC，符合当前汽车喷涂发展趋势。随着设备和工艺的进一步发展改进，相信其色差问题也会得到很好的解决，因此会得到越来越多的整车厂的应用。
100%静电喷涂技术在汽车涂装领域的运用
关键词：静电喷涂，色差，VOC
摘要：随着国内汽车生产向着大规模、高质量和低成本的方向发展，传统的手工喷涂已经无法满足大多数整车厂车身涂装的要求，因此喷涂机器人技术在整车涂装领域的运用越来越广泛。提高油漆利用率和减少排放是目前设备供应商和油漆材料供应商的发展方向。本文回顾油漆喷涂装置的发展历史，并介绍当前静电喷涂领域的最新应用情况。
1. 油漆喷涂装置的分类
目前常见的油漆喷涂装置：根据油漆雾化的原理可分为气喷枪和高速旋杯两大类。根据上电方式又可以分为内部上电和外部上电两类。其中广泛使用的有：手工气喷枪，手工高流量低压力气喷枪HVLP，手工静电喷枪，自动喷涂机气喷枪，间接加电高速旋杯(水性色漆)，直接加电高速旋杯(溶剂型色漆或水性色漆)等。
气喷枪的工作原理是通过大流量的雾化空气把油漆雾化成小液滴，压缩空气控制油漆小液1。
图1
高速旋杯是通过压缩空气驱动高速气马达再驱动杯口有齿纹的旋杯雾化油漆。同时通过控制旋杯周围的成形气来控制漆雾扇面的大小达到精确控制喷涂的目的。旋杯的结构见图2，不同的旋杯的边缘状态见图3，经旋杯雾化后的油漆液滴在旋杯边缘状态见图4。
旋杯中心冲洗孔
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网格花纹 齿状花纹 无花纹
图3
图4
目前常用的油漆喷涂装置如下(表1):
根据实际运用中的各类喷涂设备，我们可以发现不同的喷涂设备的上漆效率如下(表2)：
表2 喷涂设备上漆效率
大家不难发现旋杯的上漆效率明显比气喷枪的上漆效率高，这正是驱动设备供应商开发100%静电旋杯＋旋杯的色漆喷涂技术的动力。
2. 100%静电旋杯+旋杯喷涂代替传统静电旋杯+空气枪的原理： 2.1 传统旋杯与气喷枪的雾化效果对比：
如表2的金属颗粒的比例也发生了变化，传统的气喷枪喷涂到工件后的油漆的金属片比例明显比旋杯的套高。这就是为何金属漆在气喷枪与高速旋杯作用下会有不同的效果。正是通过研究旋杯和气喷枪喷涂的差异，设备供应商开发了出模拟气喷枪效果的高速旋杯BELL M。
2.2 100%静电旋杯+旋杯方案开发的旋杯M(BELL-M)与传统旋杯(BELL)的差异比较：
BELL-M比普通旋杯更高的转速加强了雾化效果，可以模拟气动喷枪的雾化效果，达到了提高金属漆闪烁效果的目的（图5）。
图5
在BELL-M的实际运用中，由于要模拟气喷枪的效果而提高了旋杯的转速，这样就会提高油漆所含的动能，如果还按通常的旋杯设计，事必会降低旋杯的上漆率。因此在提高BELL-M旋杯转速的同时，必须要优化旋杯的成形气设计，确保雾化后的漆滴能有效的被控制在希望的区域，保证了原先的上漆率。 实际BELL－BELL M的推荐喷涂参数见表3。
表3 BELL－BELL M的推荐喷涂参数
如表3可见BELL-M的对压缩空气的要求比BELL高约1.5bar在实际运用过程中为了防止大流量和高压力的压缩空气短时间从雾化器通过而产生冷凝水，通常要对马达控制气加热。由于BELL-M的转速要比BELL高20,000-25,000RPM，为了更有效的控制油漆喷涂扇面，BELL-M的成形气的设计采用了双螺旋结构。
3. 100%静电旋杯+旋杯色漆喷涂技术优点：
基于100%静电BELL+BELL M色漆喷涂技术的特点，我们可以发现有此技术有以下明显的优点。
金属色漆的单车油漆直接材料消耗降低约50% 基于金属色漆消耗降低，
-
油漆过喷所造成的漆雾处理费用也降低；
- -
色漆喷房的清洁频次也降低； 喷房VOC排放也降低
考虑到 BC 2的漆雾减少，可以降低BC 2 的喷房内的风速至0.3M/min，节约40％的BC2
区的风量，同时节约相关电能和冷热水的消耗.
现在通过实际的运用实例我们来分析100%静电旋杯＋旋杯色漆喷涂技术对我们提高油漆利用率的成果。我们以GM在2006年开始在LANSING DELTA TOWNSHIP 的油漆车间改造好100%静电BELL+BELL M色漆喷涂为例： 产量：500 辆/天 车身喷涂面积：9.5M2 金属色漆固体含量：15% 色漆2膜厚要求：5-8um 油漆消耗气喷枪=904ml/辆， BELL M旋杯=452ml/辆 气喷枪上漆率=35％， BELL M 上漆率=70%
单车节约450ml/辆，如果按目前国内的金属色漆的单价75RMB/L，每年可以节约420万RMB的直接材料费用。
4. 100%静电旋杯＋旋杯喷涂技术目前主要存在的问题
由于100%静电旋杯＋旋杯喷涂技术是基于提高油漆利用率的前提而开发，与旋杯＋气喷枪技术还是有差异，这种差异造成的直接后果是色差。对于溶剂型金属色漆来说95%上的颜色可以很容易的通过调整色漆1和色漆2的喷涂参数，而不需要对油漆作任何调整就能满足与原先气喷枪一样的颜色要求；5%的金属颜色需要对现有的油漆进行调整，才能满足原先的颜色匹配要求。对水性金属色漆而言，需要进行油漆调整的颜色比例占5-10%。
目前除了在油漆材料上作改进，还可通过优化喷涂参数改善色差问题的方法（图6）：
图6
5．100%静电旋杯＋旋杯喷涂技术现在主流汽车整车厂在运用的状态(表4)：
表4 Bell-Bell应用状况
结束语：
100%静电旋杯＋旋杯喷涂技术已经得到许多整车厂的应用和关注，它可以提高油漆的上漆率，节约油漆用量和降低VOC，符合当前汽车喷涂发展趋势。随着设备和工艺的进一步发展改进，相信其色差问题也会得到很好的解决，因此会得到越来越多的整车厂的应用。