图1 空气帽和喷嘴结构

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，自动喷涂在整车涂装领域的运用越来越广泛，但是金属漆喷涂普遍采用的空气喷涂技术由于效率低，成为油漆车间的瓶颈。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。

油漆喷涂装置的分类

根据油漆雾化的原理，目前常见的油漆喷涂装置可分为气喷枪和高速旋杯两大类。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、间接加电高速旋杯和直接加电高速旋杯等。

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滴和喷涂扇面的大小，达到精确控制喷涂的目的。喷嘴结构见图1。

图2 旋杯结构

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高速旋转雾化油漆，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的状态见图4。

通过图4可以清楚地发现旋杯的不同边缘对油漆液体切削效果的差异。

实际运用中的各类喷涂设备，上漆效率差异巨大（见表1）。

表1 喷涂设备上漆效率

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和材料供应商共同开发100%静电旋杯＋旋杯的色漆喷涂技术代替目前传统的金属色漆的旋杯＋气喷枪的喷涂工艺的原因。

发挥静电旋杯上漆效率高的优势并克服金属漆雾化和排列的局限性是解决问题的关键。

图3 旋杯边缘齿型构造

工作原理

1．传统旋杯与气喷枪的雾化效果对比

如表2所示，相同的金属漆由于不同雾化器的作用，有不同的上漆率，造成最终在车身上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要高。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，设备供应商开发出了模拟气喷枪效果的高速旋杯BELL M。

图4 旋杯边缘切削后的对比

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，达到提高金属漆闪烁效果的目的（见图5）。

图5 两种旋杯金属漆的喷涂效果

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地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2 气喷枪和静电旋杯的比较

如表3所示，BELL-M的对压缩空气的要求比BELL高约0.15MPa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20000～25000r/min，为了更有效地控制油漆喷涂扇面，BELL-M的成形气的设计采用了双螺旋结构。

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降低；色漆喷房的清洁频次降低；喷房VOC排放也降低；考虑到BC2的漆雾减少，可以降低BC2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；由于过喷减少，车身间的间距也可以适当缩短，从而提高产能。

图6 各类色差的解决方法

以2009年上海通用在沈阳开始投产的北盛油漆二厂的100%静电BELL+BELL-M色漆喷涂为例，我们来分析100%静电旋杯＋旋杯色漆喷涂技术对提高油漆利用率的成果：

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：5～8μm；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452ml/辆，如果按目前国内的金属色漆的人民币单价75元/L计算，每年可以节约420万人民币的直接材料费用，同时每年还可节约对过喷的油漆的漆渣处理费用10140元人民币。

表3 BELL－BELL M的推荐喷涂参数

目前存在的问题

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，大多数颜色可以很容易地通过调整色漆1和色漆2的喷涂参数，而不需要对油漆做任何调整就能满足与先前气喷枪一样的颜色要求；少量（5%）的金属颜色需要对现有的油漆进行调整，才能满足先前的颜色匹配要求。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进行改进，还可通过优化喷涂参数改善色差问题的方法（见图6）。

表4 金属银色色漆左右、水平和垂直面的色差比较数据

使用机器人水性色漆＋100%静电旋杯＋旋杯喷涂工艺，在车型启动前就开始对颜色匹配的问题进行研究，通过在实验室模拟现场的喷涂条件，要求色漆供应商对比标准色板调整相关的喷涂参数和油漆组分，在实际试线过程中，我们通过调整色漆1和色漆2的喷涂参数，在总膜厚在目标范围的前提下来改善油漆与标准板的差异，在使用最少的实验用车的条件下完成在线调试，取得了较好的效果。

表4所示是现场水性银色金属漆通过静电旋杯＋旋杯喷涂工艺后与标准色板（静电旋杯+气喷枪）的色差数据，从中可以看出，BELL M技术可以达到质量要求。

结语

100%静电旋杯＋旋杯色漆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。随着设备和工艺材料的进一步发展和改进，其色差问题也会得到很好的解决，今后会得到越来越多的应用。