自动喷砂机器人以其长时间持续工作、精确度高、喷砂质量稳定、抗恶劣环境的特点

[1]

，深受涂装行业的青睐，并在金属表面预处理工艺

[2-4]

中占有重要地位。然而如何调整自动喷砂机器人各项工艺参数一直是人们研究的热点，通过参数调节以达到改善经济收益的目的也是企业关注的重点。本文主要通过各项工艺试验，对广东南车BlastmanB20自动喷砂机器人的各项工艺参数进行优化调节，以达到降本增效及精益生产的目的。

目前生产现状

公司目前安装的Blastman自动喷砂机器人，其自动喷砂部分，喷嘴为16mm，数量为2个，手动喷砂部分，喷嘴为10 mm，数量为4个。以CRH6A-200动车组车型为例，前期生产过程中平均每列车（8辆编组）需消耗5吨40目的棕刚玉砂，且经过滤筛选出来的棕刚玉砂完全粉化，无二次利用的价值。头车喷砂程序运行时间约为120min，整车清砂程序运行时间约为25min,中间车喷砂程序运行时间约为110min,整车清砂程序运行时间约为20min。自动喷砂机器人耗气量为40 m

3

/min，功率为220 KW，则每列车总耗气量为[(120+25)×2＋（110+20）×6) ]×40=42800 m

3

,每列车的总耗电量为[(120+25)×2＋（110+20）×6) ] × 60×220/3600=3923KW.h。从以上数据可知，自动喷砂机器人在丸料和动能消耗上非常大，运行成本高。前期喷砂程序编制过程中，直接选用厂家给定的参数，喷砂速度选用150 m

2

/h，出砂量选择全开，粗糙度虽符合工艺要求，但基本都偏高。因此，通过试验，测试出最佳工艺参数，再对程序进行修正，理论上可以减少喷砂丸料和动能的使用。

试验部分

2.1

试验主要物料

试验主要物料：40目棕刚玉砂，4块135 cm×85 cm的铝合金样板（化学组成成分与动车组铝合金型材一致）。

2.2

试验主要仪器与设备

试验主要仪器与设备：Blastman B20自动喷砂机器人，Surtronic DuoManual粗糙度仪，水平尺，塞尺。

2.3     出砂量与粗糙度的关系

2.3.1  试验过程

设定自动喷砂机器人喷砂距离为700 mm，喷砂速度为 170 m

2

/h,喷砂角度为40度，喷砂压力为（0.6～0.8）MPa（喷砂过程由电气控制系统对喷砂压力进行微调）。喷砂时间由公式2-1计算得24s，机器人行进速度由公式2-2计算得55.6 mm/s。通过改变砂砾阀的开度来控制出砂量，并测量对应铝合金样板的粗糙度，得出出砂量与粗糙度之间的关系。砂砾阀逆时针旋转6圈为全开状态，定义全开状态下出砂量为1，则逆时针旋转5圈出砂量为5/6，其他依此类推，出砂量分别为4/6、3/6、2/6、1/6、0等。试验一直测试至出现不合格点为止。

                                                    （2-1）

其中T，喷砂时间，单位s；B，喷砂面的宽度，单位cm；L，喷砂面的长度，单位cm；μ，喷砂速度，单位m

2

/h。

                                                       （2-2）

其中v，机器人行进速度，单位mm/s；μ，喷砂速度，单位m

2

/h；B，喷砂面的宽度，单位cm

[5]

。

2.3.2  试验结果及分析

不同出砂量下对应的粗糙度见表2-1

表2-1不同出砂量下样板的粗糙度

出砂量

粗糙度Ra/μm

Ra/μm

1

8.09

10.08

8.48

7.72

8.62

8.76

7.29

8.76

9.28

7.34

8.44

5/6

7.54

7.66

8.35

7.88

10.19

6.79

8.26

8.96

7.52

9.00

8.22

4/6

7.02

8.36

7.78

7.37

8.62

7.00

7.21

8.69

9.87

6.33

7.83

3/6

7.54

7.83

7.49

7.77

6.74

7.98

5.98

7.35

7.92

6.06

7.27

其对应的关系曲线图如下所示

由表2-1和图2-1可知，出砂量在4/6以上时（砂砾阀逆时针旋转4圈），其粗糙度均在合格范围内。但出砂量为4/6时，有个别点偏下限（动车组车辆的粗糙度要求为6μm≤Ra≤20 μm，地铁车辆的粗糙度要求为6.3 μm≤Ra≤12.5μm，为同时满足两种车型的生产要求，粗糙度选择6.3μm≤Ra≤12.5 μm）。若喷砂程序运行过程中，存在压力波动和同步电机位移偏差，极有可能出现不合格点。其中出砂量为3/6时，有粗糙度为5.98 μm的不合格点。从表2-1的粗糙度平均值中可知，在其他条件不变的情况下，粗糙度基本上随出砂量的减少而降低。同时，出砂量为1或5/6时均为合格的工艺参数。

2.4

喷砂速度与粗糙度的关系

2.4.1  试验过程

设定自动喷砂机器人喷砂距离为700 mm，喷砂角度为40度，喷砂压力为（0.6～0.8）MPa（喷砂过程由电气控制系统对喷砂压力进行微调），出砂量设定为5/6。分别测试喷砂速度为150 m

2

/h，160 m

2

/h，170 m

2

/h，180 m

2

/h，190 ....