清漆高上漆率技术应用
Application of High TE Technology for Clearcoat
邢汶平，俞 锋，吕正芳，杨报军
（奇瑞汽车股份有限公司制造工程院，安徽芜湖241009）
摘要：
【目的】解决汽车涂装喷涂工序上漆率偏低的问题。
【方法】以量产涂装线为载体，采用清漆外喷高上漆率喷涂系统开展试喷验证，通过优化喷涂轨迹与调整工艺参数等，评估其对喷涂质量、能耗、涂料单耗的改善效果。
【结果】高上漆率喷涂技术可显著提升涂料附着效率，实现单车清漆用量降低15%，喷房风速下调30%，上漆率达90.2%，喷涂质量满足量产要求。
【结论】该技术是汽车涂装降本增效、绿色制造的有效路径，具备大规模推广价值。
关键词：汽车涂装；上漆率；清漆；风速
在全球汽车制造业迈向绿色化、智能化的背景下，汽车涂装技术作为汽车生产过程最关键的一环，正面临着前所未有的外观提升与环保减排的双重挑战。涂装工艺中最重要的喷涂工序因传统的静电喷涂技术限制，涂料上漆率一般为60%~70%（简单工件）；同时为保证产品喷涂质量，喷漆室需要较高的沉降风速下压过喷的漆雾，从而导致涂料成本高、能耗高、危废排放量高等“三高”问题。为解决这一问题，很多公司在探讨如何提高喷涂系统的上漆率，最大限度地减少涂料在喷涂过程中的过喷和反弹，实现降低涂料浪费和能耗成本。
研究显示，通过降低旋杯转速、降低整型空气用量、降低旋杯与工件之间的喷涂距离等措施可以有效提高涂料的上漆率。但在保证喷涂外观和静电安全的情况下，如何降低上述喷涂工艺参数，需要喷涂系统技术上的创新与突破。
1 技术介绍
1. 1 静电喷涂原理
汽车喷涂机器人的静电喷涂原理（如图1所示）是通过旋杯高速旋转的离心力将涂料雾化成细小的漆滴，再利用高压静电场给小漆滴赋予电荷，并利用异相相吸（负电与接地）的物理定律，实现涂料在车身表面的高效、均匀涂布。高压静电场又分为内接电和外接电两种方式，一般来说，溶剂型涂料采用内接电方式，水性涂料采用外接电方式，本文就内接电高上漆率系统进行探讨。
图1 静电喷涂原理
Fig.1 Principle of electrostatic spraying
根据静电喷涂的原理进行分析，可以得出如下结论。
喷涂距离：静电场强度与距离成反比，喷涂距离越近，静电吸附效果越好，但是喷涂距离过近，如电压控制不稳定，易产生静电火花，存在安全风险。
整型空气：整型空气量越大导致漆雾反弹量越大，上漆率越低；整型空气量偏小时，普通旋杯很难有效控制喷涂喷幅稳定性，从而引起漆膜膜厚不均问题。
旋杯转速/喷涂流量：旋杯转速越高，离散的漆雾越多；喷涂流量越大，雾化效果越低，导致静电吸附能力下降，降低上漆率和喷涂外观质量。
因此目前静电喷涂普通采用喷涂距离200~300 mm、旋杯转速35 000~45 000 r/min等工艺参数进行喷涂，实现最佳外观效果和最高上漆率的平衡。
1. 2 高上漆率喷涂系统的构建
基于以上分析，如要提升上漆率，需要解决喷涂系统静电安全控制和旋杯雾化能力两大难点技术。因车身的形状复杂，在喷涂过程中旋杯与车身之间不能严格地保持一定的距离，如采用传统的恒流控制，电场强度会出现偏差，距离过近的情况下容易产生静电打火问题。高上漆率喷涂系统采用高精度的电流闭环控制，通过实时采集电流信号，系统内置电流上限阈值，当检测到电流超过设定值时，会立即主动降低输出电压，从而限制电流，确保静电喷涂的安全性。
同时为在低转速和低整型空气量的情况下取得更好的雾化效果，需要采用雾化能力更强的旋杯，在杯型及整型空气流道设计上进一步改进，以durr喷涂系统为例，旋杯杯型由原广口型变为碗型，且边缘增加锯齿（交叉齿或直齿），因杯身较深且杯口收窄，漆液在杯中停留时间更长，离心力更集中，再结合锯齿效果，实现良好的雾化效果。整型空气环一般采用0°空气环，用于幅度调整，旋杯与空气罩如图2所示。
图2 高上漆率旋杯（左）/整型空气罩（右）
Fig.2 High transfer efficiency bell（left）/shaping air bores（right）
在喷涂过程中必须选用最佳的工艺参数来实现高上漆率，因此初步确定表1工艺参数进行验证。
表1 喷涂工艺参数对比
Table 1 Comparison of spraying process parameters
注：传统静电喷涂系统一般有2道整型空气环，高上漆率喷涂系统仅1道整型空气环。
2 现场应用
2. 1 现场调试
为确保静电喷涂的高上漆率及外观喷涂效果，对车型的机器人喷涂轨迹进行了精细的仿形调试，以垂直面为例，如图3所示，传统轨迹是6道，高上漆率轨迹采用了9道，喷涂工艺刷由原来的4？个增加到8？个。
图3 机器人仿形喷涂轨迹
Fig.3 The spraying Trajectory of the spraying robot
2. 2 调试结果与分析
2.2.1 涂层外观
为确保高上漆率系统可以适用于不同类型的清漆，采用高光、亚光2种双组分清漆进行现场试喷验证（图4）。结果显示，2种清漆的外观数据与传统静电喷涂工艺基本接近，目视外观满足要求。验证后确定采用高上漆率喷涂系统进行量产调试，经调试后的量产车整车外观数据如表2所示，高上漆率喷涂系统的外观数据略优于传统静电喷涂系统的。
图4 清漆外喷喷涂现场调试
Fig.4 On-site commissioning of clear coat external spraying
表2 外观数据对比
Table 2 Comparison of appearance data
注：高上漆率喷涂系统的重叠率更高，膜厚略厚且更均匀。
2.2.2 清漆用量优化及上漆率
以奇瑞某款车型为例，采用2种不同喷涂系统，统计外喷机器人的喷涂用量，结果如图5所示，单车外喷清漆用量下降15%。
图5 清漆外喷清漆用量对比
Fig.5 Paint comsumption of of clear coat external spraying
参考丰田汽车上漆率测试方法（铝箔称质量法，示意图见图6），对高上漆率喷涂系统进行上漆率测试，上漆率为90.2%，同样方法测试普通静电喷涂系统的上漆率为78%，上漆率提升了15.6%。年产35？万台时年降本达到525？万，经济收益显著，同时VOC年减排39 t。高上漆率系统改造费用按60JPH产线（双线20台清漆外喷机器人）为例，投资480？万（含调试费用），投资回收周期为11？个月。
图6 上漆率测试图片
Fig.6 Paint transfer efficiency test
2.2.3 喷漆室风速及干式纸箱成本
因上漆率得到极大提升，清漆外喷站过喷漆雾显著下降，喷漆室的送风风速可由0.3~0.4 m/min下降到0.2 m/min，喷漆室循环风机的运行功率由110 kW通过变频调速下降到75 kW，小时能耗下降35 kW，排废气风机及风量可同步降低运行频率，预计可减少15 kW，进一步可减少浓缩后的废气量从而减少废气焚烧系统的燃气消耗，针对60JPH的产线，双班运行能耗最少可降低1 440元。
按2种方式的过喷漆雾进行计算，干式纸箱的使用寿命将延长3倍，双班运行情况下，每天可节约纸箱成本1 080元（基于单只纸箱吸附量15 kg，单价80元）。
综上所述，采用高上漆率后，涂装能耗及辅材消耗成本年降低75.6？万元，年碳排放量下降400 t。
2.2.4 调试过程中存在问题及解决措施
在清漆外喷高上漆率旋杯切换调试的过程中，可能会出现针孔、局部橘皮、漆包3？个常见的质量问题，具体解决措施如下。
（1）针孔问题的产生及解决措施：在高上漆率旋杯投入产线调试期间，经常出现边缘针孔问题，现场通过调高旋杯转速、拉大与车身的喷涂距离、调整涂料黏度、添加慢干/快干稀释剂等均无法解决该问题。为解决该问题，在喷涂实验室测试了2种高上漆率旋杯（直齿/交叉齿）的雾化能力，通过对粒径检测的散点图进行分析，交叉齿相较于直齿有更多大粒径的颗粒，存在双峰分布[图7（a）]，可能是产生针孔痱子的原因。为此，进一步以同一种清漆采用2种旋杯进行不同喷涂间距的喷涂测试，如图7（b）所示，在湿膜下进行观察，采用交叉齿旋杯在膜厚45 μm时即出现了针孔，而直齿旋杯膜厚大于80 μm时也未出现针孔问题。现场通过更换直齿高上漆率旋杯解决了该问题，同时针对不同的工厂在切换前，采用不同的清漆实验室试喷验证工作，确保旋杯选型满足现场质量要求。
图7 喷涂粒径检测散点图及针孔测试图片
Fig.7 Atomization performance test scatter plot and pinhole test results
（2）局部橘皮、漆泡的解决措施：在现场间歇性出现局部橘皮和漆泡的问题，一般可以通过提高转速，如局部将转速由20 000 r/min提升到30 000 r/min或35 000 r/min，或通过适当调整清漆黏度及流量等方式解决该问题。针对部分弧形面或棱角区域，可适当拉大喷涂间距，如由100 mm提升到120 mm左右等，提升涂层的外观质量，且经实验室测试，80 mm、100 mm、120 mm不同喷涂间距的上漆率变化不大，实验室测试上漆率均可达到94%以上。
3 结 语
高上漆率技术是喷涂工艺的一次效率革命，从行业发展角度，该技术解决了涂装成本与生产效能的痛点。实际应用数据表明，上漆率提升可让原材料成本、综合生产成本显著下降，从而提升企业竞争力。同时高上漆率技术的推广与应用也具有深远意义，它直接关联挥发性有机物（VOC）的减排，是涂装行业响应国家“双碳”战略、践行绿色制造的重要抓手。通过减少过喷，不仅降低了有害物质的排放，也减轻了末端治理的压力，为实现经济效益与环境效益的双赢提供了切实可行的技术路径，契合了社会对于清洁生产与美好生态环境的普遍期待。
目前本研究的高上漆率技术仅局限于清漆外喷，下一步将围绕水性色漆及内喷等环节的高上漆率技术进行探讨，争取实现技术上的突破，从而达到整车喷涂环节均可采用高上漆率技术，真正实现引领涂装领域走向更高效、更清洁、更智能的未来。
文章来源：《涂料工业》2026年第5期
DOI号
10.12020/j.issn.0253-4312.2025-366
通信作者
E-mail：jacxingwp@126.com
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本文作为参考文献时的标准著录格式：
邢汶平，俞锋，吕正芳，等. 清漆高上漆率技术应用[J]. 涂料工业，2026，56（5）：63-66，73.
XING W P，YU F，Lü Z F，et al. Application of high TE technology for clearcoat[J]. Paint & Coatings Industry，2026，56（5）：63-66，73.
作者：
邢汶平，正高级工程师，奇瑞汽车股份有限公司制造工程院副总监，中国汽车工程学会涂装技术分会副主任委员，全国专业标准化技术委员会委员等。主要研究方向为汽车涂装工艺、涂装装备及涂装材料等。曾获得多项安徽省科技成果奖，参与起草国家标准修订/牵头起草多项团体标准，在专业核心期刊上发表了20余篇论文，出版学术专著1部，授权20余项发明&实用新型专利等。
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