在国内汽车行业普遍开始引进机械手涂装的前提下，着重介绍旋杯涂装的特点，并根据自身的经验，针对金属涂料在涂装过程中易出现的问题给出解决方案。
关键词：旋杯涂装；金属涂料涂装；汽车涂装
1.引言
涂料涂装是具有悠久历史的传统工艺。随着科学技术的进步和经济的发展，传统的涂装工艺已不能满足现代社会的要求。市场对涂装的需求上升，质量要求更高，各种涂装新技术、新工艺不断涌现（如静电涂装、电泳涂装等），逐步成为现代实用工业技术。无论是从提高产品质量和生产效率的角度，还是从节省涂料和减少环境污染等角度，高速旋杯式静电喷涂工艺已成为现代汽车车身涂装的主要手段之一，并且被广泛地应用于其它工业领域。其中高速旋杯式静电喷枪已成为应用最广的工业涂装设备。它是将被涂工件接地作为阳极，静电喷枪（旋杯）接上负高压电（-50～-120kV）为阴极，旋杯采用空气透平驱动，空载时转速可达25000r/min，带负荷工作时可达30000～60000r/min。当涂料被送到高速旋转的旋杯上时，由于旋杯旋转运动产生离心作用，涂料在旋杯内表面伸展成为薄膜，并获得巨大的加速度向旋杯边缘运动，在离心力及强电场的双重作用下破碎为极细的且带电的雾滴，向极性相反的被涂工件运动，沉积于被涂工件表面，形成均匀、平整、光滑、丰满的涂膜。
2.旋杯原理
2.1 离心雾化机理
在离心力的作用下由旋杯甩出的液流受2种力的作用而分散成雾滴：第一种力是由气-液间相对运动时产生的摩擦力，称为速度雾化；第二种力是旋杯旋转时产生的巨大离心力，在离心力的作用下加速分裂雾化，称为离心雾化。液体的离心雾化机理分为3类：直接分裂为雾滴、液丝分裂成雾滴、膜状分裂成雾滴。
2.2 静电雾化机理
在静电喷涂时，受到高压静电场的作用，涂料液滴分裂成细小的微粒，这一现象称为静电雾化。静电喷涂中的高压是通过高频静电发生装置产生的，它的负极接喷枪的枪头，正极接到被涂工件上并接地。喷枪头与工件之间形成一个强的静电场，机理示意见图1。
图1 旋杯静电喷涂原理
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当静电场强度足够大时，使喷枪头锐边的电子逸出飞向工件，在高压电场的作用下，电子动能很大，高速撞击空气分子，使空气分子电离，所产生的电子和正离子被电场加速，又分别向两极运动再撞击其它空气分子，使其电离，从而形成一个电子雪崩过程，出现空气电离放电形象，在黑暗环境下可见到雾状晕圈，即所谓的电晕现象。
使用旋杯的涂装效果：
⑴节省人力。旋杯投入运行后,可节省大量的人力,中涂喷涂线基本上可实现无人操作。面漆喷涂线只需安排底色漆和清漆的内表面喷涂人员即可。
⑵厚度均匀,质量稳定。旋杯对改善车身的外观装饰性是明显的。
⑶节省涂料。手工空气喷涂的涂料利用率在30%～40%，而旋杯的喷涂利用率一般在80%以上。以中涂漆为例，手工操作一辆车消耗涂料为1.8kg，而旋杯喷涂单车消耗为1.2kg，每车可节省30%的涂料。
3.我国汽车旋杯涂装现状
近20年，我国汽车工业迅速发展，自1992年汽车产量突破100万辆之后，一直保持着较高的增长速度，并重点发展轿车生产，大规模引进国际先进技术，兴建了包括上海大众在内的一批现代化轿车生产基地。我国汽车工业中以涂装技术为主的表面工程技术已接近或达到当前国际先进水平。需特别指出的是，中涂和面涂是车身涂装中最为重要的环节，它将直接影响汽车的装饰性、耐候性和外观。其涂料品种和涂装技术也是汽车涂装工艺中发展最快的，历来受汽车厂家的重视。中涂和面涂普遍采用高速旋杯自动静电喷涂机（ESTA），以提高漆膜外观质量和涂料利用率。自上海大众引进第一条采用高速旋杯自动静电喷涂机生产线以来，一汽大众、上海通用、东风神龙、广州本田、北京现代等公司都采用了高速旋杯自动静电喷涂机，据不完全统计，目前共有70多套高速旋杯自动静电喷涂机服役于汽车涂装线。目前国内轿车涂装线高速旋杯式自动静电喷涂机成套设备技术主要由DUERR、ABB、SAMES、ESSENMANN、大气社等国际知名设备制造商提供。在不断的生产实践中，不断进行控制技术的自主更新，目前较多采用西门子SIMATIC先进的控制技术，并加以优化整合，同时对静电喷涂机的控制系统、网络系统和人机界面监控系统也进行更新改造。
4.静电旋杯化喷涂工艺
为了使汽车的颜色更加丰富多彩，几乎所有的汽车生产厂家在确定面漆的涂装工艺时都不约而同地选择了静电旋杯雾化加空气雾化喷涂的两段金属珠光漆喷涂工艺，利用静电旋杯雾化喷涂的高上漆率提供一层起到遮盖作用的色漆涂层（一般占色漆总膜厚的60%～80%），利用第二道空气雾化喷涂（占色漆总膜厚的40%～20%）提供体现优秀效应颜料的色彩。
4.1 静电旋杯化喷涂工位介绍
先进的旋杯喷涂系统，其配套的设备及排布合理性也至关重要。下面就面漆涂装线工艺布置流程做一简单介绍（见图2）。
图2 面漆涂装线工艺流程
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A区：在编码台上输入车身车型和所喷面漆颜色，同时对车身吹尘和擦净。随后车型和颜色信息显示在手工喷涂区的操作指导屏上，喷房入口设有车型自动识别装置。如果输入有误，还可进行人工修改。
B区：进入手工喷涂区后，按照显示屏上的颜色提示，对车身内表面喷涂相应的底色漆。
C区：旋杯自动喷涂区内旋杯按照输入的车型和颜色及设定的参数进行喷涂作业。
D区：空气喷枪自动喷涂区内自动机上安装的是空气喷枪，当喷涂金属漆时，自动空气喷涂机才工作。
E区：车身内表面清漆手工喷涂区。
F区：清漆和本色漆旋杯喷涂区。
为保证旋杯设备在要求的条件下工作，整个中涂面漆喷涂生产线装备了恒温恒湿空调机组，使温度及湿度常年稳定在（25±2）℃和50%～70%，手工喷涂区风速为0.40～0.50m/s，旋杯喷涂区为0.35～0.40m/s。另外，各区之间设有隔离间，避免串色。在国内汽车行业普遍开始引进机械手涂装的前提下，着重介绍旋杯涂装的特点，并根据自身的经验，针对金属涂料在涂装过程中易出现的问题给出解决方案。
关键词：旋杯涂装；金属涂料涂装；汽车涂装
1.引言
涂料涂装是具有悠久历史的传统工艺。随着科学技术的进步和经济的发展，传统的涂装工艺已不能满足现代社会的要求。市场对涂装的需求上升，质量要求更高，各种涂装新技术、新工艺不断涌现（如静电涂装、电泳涂装等），逐步成为现代实用工业技术。无论是从提高产品质量和生产效率的角度，还是从节省涂料和减少环境污染等角度，高速旋杯式静电喷涂工艺已成为现代汽车车身涂装的主要手段之一，并且被广泛地应用于其它工业领域。其中高速旋杯式静电喷枪已成为应用最广的工业涂装设备。它是将被涂工件接地作为阳极，静电喷枪（旋杯）接上负高压电（-50～-120kV）为阴极，旋杯采用空气透平驱动，空载时转速可达25000r/min，带负荷工作时可达30000～60000r/min。当涂料被送到高速旋转的旋杯上时，由于旋杯旋转运动产生离心作用，涂料在旋杯内表面伸展成为薄膜，并获得巨大的加速度向旋杯边缘运动，在离心力及强电场的双重作用下破碎为极细的且带电的雾滴，向极性相反的被涂工件运动，沉积于被涂工件表面，形成均匀、平整、光滑、丰满的涂膜。
2.旋杯原理
2.1 离心雾化机理
在离心力的作用下由旋杯甩出的液流受2种力的作用而分散成雾滴：第一种力是由气-液间相对运动时产生的摩擦力，称为速度雾化；第二种力是旋杯旋转时产生的巨大离心力，在离心力的作用下加速分裂雾化，称为离心雾化。液体的离心雾化机理分为3类：直接分裂为雾滴、液丝分裂成雾滴、膜状分裂成雾滴。
2.2 静电雾化机理
在静电喷涂时，受到高压静电场的作用，涂料液滴分裂成细小的微粒，这一现象称为静电雾化。静电喷涂中的高压是通过高频静电发生装置产生的，它的负极接喷枪的枪头，正极接到被涂工件上并接地。喷枪头与工件之间形成一个强的静电场，机理示意见图1。
图1 旋杯静电喷涂原理
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当静电场强度足够大时，使喷枪头锐边的电子逸出飞向工件，在高压电场的作用下，电子动能很大，高速撞击空气分子，使空气分子电离，所产生的电子和正离子被电场加速，又分别向两极运动再撞击其它空气分子，使其电离，从而形成一个电子雪崩过程，出现空气电离放电形象，在黑暗环境下可见到雾状晕圈，即所谓的电晕现象。
使用旋杯的涂装效果：
⑴节省人力。旋杯投入运行后,可节省大量的人力,中涂喷涂线基本上可实现无人操作。面漆喷涂线只需安排底色漆和清漆的内表面喷涂人员即可。
⑵厚度均匀,质量稳定。旋杯对改善车身的外观装饰性是明显的。
⑶节省涂料。手工空气喷涂的涂料利用率在30%～40%，而旋杯的喷涂利用率一般在80%以上。以中涂漆为例，手工操作一辆车消耗涂料为1.8kg，而旋杯喷涂单车消耗为1.2kg，每车可节省30%的涂料。
3.我国汽车旋杯涂装现状
近20年，我国汽车工业迅速发展，自1992年汽车产量突破100万辆之后，一直保持着较高的增长速度，并重点发展轿车生产，大规模引进国际先进技术，兴建了包括上海大众在内的一批现代化轿车生产基地。我国汽车工业中以涂装技术为主的表面工程技术已接近或达到当前国际先进水平。需特别指出的是，中涂和面涂是车身涂装中最为重要的环节，它将直接影响汽车的装饰性、耐候性和外观。其涂料品种和涂装技术也是汽车涂装工艺中发展最快的，历来受汽车厂家的重视。中涂和面涂普遍采用高速旋杯自动静电喷涂机（ESTA），以提高漆膜外观质量和涂料利用率。自上海大众引进第一条采用高速旋杯自动静电喷涂机生产线以来，一汽大众、上海通用、东风神龙、广州本田、北京现代等公司都采用了高速旋杯自动静电喷涂机，据不完全统计，目前共有70多套高速旋杯自动静电喷涂机服役于汽车涂装线。目前国内轿车涂装线高速旋杯式自动静电喷涂机成套设备技术主要由DUERR、ABB、SAMES、ESSENMANN、大气社等国际知名设备制造商提供。在不断的生产实践中，不断进行控制技术的自主更新，目前较多采用西门子SIMATIC先进的控制技术，并加以优化整合，同时对静电喷涂机的控制系统、网络系统和人机界面监控系统也进行更新改造。
4.静电旋杯化喷涂工艺
为了使汽车的颜色更加丰富多彩，几乎所有的汽车生产厂家在确定面漆的涂装工艺时都不约而同地选择了静电旋杯雾化加空气雾化喷涂的两段金属珠光漆喷涂工艺，利用静电旋杯雾化喷涂的高上漆率提供一层起到遮盖作用的色漆涂层（一般占色漆总膜厚的60%～80%），利用第二道空气雾化喷涂（占色漆总膜厚的40%～20%）提供体现优秀效应颜料的色彩。
4.1 静电旋杯化喷涂工位介绍
先进的旋杯喷涂系统，其配套的设备及排布合理性也至关重要。下面就面漆涂装线工艺布置流程做一简单介绍（见图2）。
图2 面漆涂装线工艺流程
点击此处查看全部新闻图片
A区：在编码台上输入车身车型和所喷面漆颜色，同时对车身吹尘和擦净。随后车型和颜色信息显示在手工喷涂区的操作指导屏上，喷房入口设有车型自动识别装置。如果输入有误，还可进行人工修改。
B区：进入手工喷涂区后，按照显示屏上的颜色提示，对车身内表面喷涂相应的底色漆。
C区：旋杯自动喷涂区内旋杯按照输入的车型和颜色及设定的参数进行喷涂作业。
D区：空气喷枪自动喷涂区内自动机上安装的是空气喷枪，当喷涂金属漆时，自动空气喷涂机才工作。
E区：车身内表面清漆手工喷涂区。
F区：清漆和本色漆旋杯喷涂区。
为保证旋杯设备在要求的条件下工作，整个中涂面漆喷涂生产线装备了恒温恒湿空调机组，使温度及湿度常年稳定在（25±2）℃和50%～70%，手工喷涂区风速为0.40～0.50m/s，旋杯喷涂区为0.35～0.40m/s。另外，各区之间设有隔离间，避免串色。
