序一

　　中国汽车工业起步于20世纪50年代初。直至70年代末，发展水平远落后于世界汽车发达国家。自改革开放以来，从技术引进到市场的全面开放，自主、合资合作、外资等同步发展，目前中国已经连续多年成为全球第一的汽车生产和消费大国。汽车涂装技术与汽车发展同步，完全与世界融合发展，且在汽车新涂装生产线建设及涂装新技术应用方面处于世界领先水平。

　　汽车涂装在整车制造的四大工艺（冲压、焊装、涂装、总装）中，无论是生产线设计建造，还是生产运行维护管理，都可谓是技术最复杂、投资最高、管理难度和对整车生产影响最大的。汽车涂装工艺是典型的流程式工艺，在汽车涂装生产线的数十道工序中，自动喷涂工序是重中之重，其核心是喷涂设备（包括雾化器单元、机器人单元、涂料计量及换色单元等）和涂料输送供给及清洗废料回收系统（包括涂料/稀释剂/废料等储存及其调制/处理单元、泵送循环单元、压力流速控制单元等）。以目前较广泛应用的3C1B（也称3WET或B1B2）喷涂工艺为例，完整的喷涂过程有3～4道工序（自动喷涂站），每道工序包括多台机器人（负责喷涂和开关门盖等），一般习惯上将这些统称为喷涂系统或自动喷涂系统。显然，喷涂系统非常复杂，专业性极强，一般由专业公司根据涂装工艺要求进行系统设计、制造、安装调试及售后服务。

　　目前，就中国汽车涂装相关要素领域的发展而言，基于全球可用资源，总体上处于世界先进水平。然而，在涂装材料、涂装设备关键配套件或系统、自动喷涂设备及工具、检测及控制等方面，自主核心技术的掌控水平与国际先进水平尚存在不小的差距。

　　除汽车涂装外，喷涂技术在汽车的焊装和总装工艺中，乃至其他机械制造领域也有广泛的应用，可谓制造业中不可或缺的重要支撑技术。

　　臧齐安先生（在北京瑞科公司）从事喷涂专业技术工作30余年，参与了改革开放以来中国汽车工业的发展腾飞历程，参加过许多汽车喷涂系统和相关生产线建设项目的设计建造，积累了丰富的技术和实践经验；也长期参加或关注中国汽车涂装技术交流活动，对业内技术动态较为熟悉。

　　此书根据他多年的工程实践经验积累编写，全面翔实地介绍了喷涂的基础知识以及汽车喷涂系统的匹配、设计、制造、安装调试等技术要点，也介绍了喷涂新技术、新工艺以及相关系统、设备的原理和使用知识，是喷涂技术领域实用性较强的著作，对从事汽车涂装、焊装、总装等相关工程技术以及操作维护的人员是难得的工具书，对其他相关专业的学生和工程技术人员也具有参考价值。

　　吴  涛                 

　　中国表面工程协会名誉副理事长      

　　中国汽车工程学会涂装技术分会主任    

　　2023年6月              

序二

　　我和臧齐安先生第一次见面是在15年前，当时我还是固瑞克的一名产品经理。这么多年过去，我不仅对臧先生本人有了非常深入的了解，而且见证了他的专业水平在业内技术不断更迭的过程中得到了长足的成长与进步。

　　北京瑞科公司凭借自身努力在汽车制造业的喷涂技术领域做出了出色的业绩，也积累下雄厚实力。瑞科和我们有逾30年的积极合作，不得不说，在这些日子里，我们的合作一直让我感到十分愉快。我们一直在紧密协作，用新的产品和技术推动行业的发展。而如今，我们仍然对整个汽车制造业的前景充满期待。

　　如今，中国的汽车制造业正在继续高歌猛进，超过2700万辆的汽车年产销量使中国成为全世界最重要的制造基地和市场。中国的汽车工业正在以令人惊叹的速度进步发展，并已成为新能源汽车市场的领头羊。

　　能为这本书写序言，我感到十分荣幸。希望您能喜欢这本书，并从中得到汽车喷涂技术的相关参考知识。在接下来的岁月里，固瑞克仍将继续携手瑞科研发前沿技术，为整个汽车行业做出新的贡献。

　　Anthony Gargano           

　　美国GRACO公司亚太区总裁      

　　固瑞克流体设备（上海）有限公司    

　　2023年6月             

前言

　　本人在喷涂业内从业多年，见证并参与了中国汽车业从起步到腾飞的历史过程。汽车制造业是国家工业的基石，和其他领域一样，从技术引进、消化吸收到自主创新，都走过了漫长而艰辛的探索积蓄之路。如今，我国在汽车制造业特别是新能源车领域取得井喷式发展，甚至站到了世界前端，是国家政策支持和业内同仁奋发图强的结果。

　　纵观我国汽车涂装技术领域的发展历程，也具有两重性：一方面通过消化吸收和局部创新在技术、工艺和制造方面取得了长足进步，在汽车厂建线的速度和成本方面则遥遥领先于欧美，这也是中国汽车制造业突飞猛进的原因之一。另一方面，在概念模式、应用技术、关键设备元件等方面依然相当依赖国外技术和产品，自主研发创新和国产化的投入力度、成果尚且不足。从生产线建设方面看，有限资金的投入也未尽科学合理，常有重硬件、追求进口高端配置、互相攀比的倾向，对核心技术、软件、国产化的重视不足。目前涂装线总包商已形成机械工业第四设计院、第九设计院和德国杜尔等几家实力雄厚的大型集团；而二级承建分包商则相对分散，研发创新、技术进步、水平提高显得缓慢和不足。改变这些要大家共同努力。

　　本人在北京瑞科公司（喷涂系统集成商）从事技术工作多年，也参加了许多建线项目的设计建造，对喷涂技术和系统集成有较多的参与和体验，现整理出来，试图做些分享工作，和同仁们共同交流讨论。本书从生产线建设、子系统集成角度，阐述当前国内汽车喷涂系统的结构、原理、设计、建造、安装调试的流程和技术要点，并着重介绍喷涂技术领域一些新型理念、系统以及机具设备，例如走珠换色、定量注蜡、聚氨酯发泡等应用技术，希望对相关从业人员有所帮助。限于本人水平能力，定有疏漏不足之处，敬请同仁批评指正。

　　本书荣幸地得到业内资深专家吴涛先生亲自过目、指点、正误并作序，瑞科公司长期、亲密的合作伙伴美国GRACO公司亚太区总裁Anthony Gargano先生也热情地写了序言，本人及瑞科公司深表感谢。

　　本书由瑞科公司刘柯制作了流体、系统和设备部分（占全书大部分）的图纸，参与了技术讨论和校审；周雪冬制作了电气部分的图纸、人机界面，参与了技术讨论和校审；赵凯参与了新技术部分的资料整理、技术讨论；梁斌参加了漆膜检测部分的技术讨论和校审；周振发、孙永波等也给予了技术支持；GRACO公司孙国桢先生还提供了自己编写的技术资料作为参考。在此一并感谢。

　　臧齐安      

　　2023年6月    

目录

绪论 001

第1章  喷涂技术在汽车制造中的应用 004

　　1.1  喷涂技术在汽车涂装线中的应用 004

1.1.1  车身油漆 005

1.1.2  车身涂胶 007

1.1.3  空腔保护 010

　　1.2  喷涂技术在汽车焊装线的应用 011

　　1.3  喷涂技术在汽车总装线的应用 013

第2章  流体和涂料的基础知识 016

　　2.1  流体的基础知识 016

2.1.1  流体的黏度和剪切 016

2.1.2  牛顿流体和非牛顿流体 018

2.1.3  流体在管道中的流态 019

2.1.4  流体运动的压力损失和计算 020

2.1.5  液体的压缩和温度体积膨胀 023

　　2.2  喷涂材料的一般知识 025

2.2.1  汽车喷涂材料家族 025

2.2.2  油漆 026

2.2.3  胶 028

2.2.4  蜡和聚氨酯发泡材料 029

2.2.5  溶剂 029

2.2.6  固化剂 030

　　2.3  涂料的理化特性 030

2.3.1  涂料的黏度和剪切特性 030

2.3.2  涂料的管路流态 031

2.3.3  涂料的流变特性曲线 032

　　2.4  喷涂材料黏度的测量 033

　　2.5  喷涂材料的输送 034

第3章  喷涂的基础知识 036

　　3.1  汽车涂装的工艺流程 036

3.1.1  前处理、电泳 037

3.1.2  车身涂胶 038

3.1.3  车身油漆 038

3.1.4  空腔加注 041

　　3.2  喷涂的作业方式 042

　　3.3  喷涂系统的构成和运行模式 044

3.3.1  喷涂系统的构成 044

3.3.2  工位供给和集中供给模式 045

3.3.3  涂料输送 049

3.3.4  涂料循环系统的运行模式 053

　　3.4  涂料系统的临时生产和换色 054

3.4.1  小系统 054

3.4.2  油漆系统的换色 055

3.4.3  走珠式快速换色系统 055

第4章  通用喷涂机具设备 057

　　4.1  喷具 057

4.1.1  空气喷枪 058

4.1.2  无气喷枪 059

4.1.3  混气喷枪 060

4.1.4  静电喷枪 061

4.1.5  双组分喷枪 062

4.1.6  挤胶枪 062

4.1.7  热熔胶枪 062

4.1.8  专用喷枪 063

4.1.9  旋杯 065

　　4.2  涂料泵 070

4.2.1  柱塞泵 072

4.2.2  容积泵 093

4.2.3  隔膜泵 095

4.2.4  齿轮泵 097

4.2.5  螺杆泵 098

　　4.3  流体处理元件 098

4.3.1  搅拌器 098

4.3.2  涂料稳压器 099

4.3.3  涂料过滤器 099

4.3.4  涂料调压器 101

4.3.5  涂料背压器 103

4.3.6  空气处理元件 105

　　4.4  流体测量和控制元件 106

4.4.1  温度传感器 106

4.4.2  压力传感器 108

4.4.3  流量计 108

4.4.4  液位计 110

4.4.5  仪器仪表 111

4.4.6  电气驱动元件 112

4.4.7  气控元件 113

　　4.5  喷涂设备 115

4.5.1  换色器 115

4.5.2  双组分配比器 116

4.5.3  胶体流量控制器 117

4.5.4  高压双组分配比设备 118

　　4.6  喷涂机器人 120

4.6.1  油漆喷涂机器人 120

4.6.2  胶蜡喷涂机器人 122

4.6.3  喷涂机器人的控制 122

　　4.7  其他喷涂设备 122

第5章  喷涂系统非标设备的设计与制作 124

　　5.1  涂料桶 124

5.1.1  油漆桶 124

5.1.2  溶剂、固化剂桶 126

5.1.3  废溶剂桶 127

5.1.4  中转胶桶 128

5.1.5  水套桶 129

　　5.2  搅拌器 129

5.2.1  油漆搅拌器 129

5.2.2  高黏度材料搅拌器 130

　　5.3  涂料温控设备 131

5.3.1  管中管式换热器 131

5.3.2  管中管温度控制器总成 132

5.3.3  管中管模组 133

5.3.4  媒质供给单元 135

　　5.4  液压站 138

5.4.1  液压油箱 141

5.4.2  液压主泵 141

5.4.3  控制元件 141

5.4.4  冷却系统 142

5.4.5  液压油 142

　　5.5  其他配套机具 142

第6章  油漆喷涂系统的设计和集成 144

　　6.1  喷涂系统的设计要求 144

6.1.1  生产纲领和技术要求 144

6.1.2  设计大纲和设计任务书 145

6.1.3  项目设计流程 145

6.1.4  项目设计内容 145

　　6.2  油漆供给系统的设计 146

6.2.1  油漆供给系统的结构设计 146

6.2.2  油漆供给系统的流量设计 152

6.2.3  油漆输送管路的设计 156

　　6.3  油漆供给单元的集成 164

6.3.1  主泵模组 165

6.3.2  油漆桶模组 166

6.3.3  流体处理模组 168

6.3.4  溶剂、固化剂供给单元 170

　　6.4  涂料输送管路和枪站 170

6.4.1  油漆输送管路 170

6.4.2  枪站 172

6.4.3  压缩空气供给单元 174

　　6.5  油漆温控单元 175

　　6.6  废溶剂回收、反冲洗单元 179

6.6.1  洗枪盒 179

6.6.2  反冲洗 179

6.6.3  废溶剂中转站 179

6.6.4  废溶剂回收和反冲洗管道 181

6.6.5  废溶剂回收 183

　　6.7  小系统 184

　　6.8  走珠式换色系统 184

6.8.1  走珠式换色系统的原理 185

6.8.2  走珠式换色系统的结构模式 188

6.8.3  简易走珠模式 188

6.8.4  主、支管走珠模式 193

6.8.5  单通道矩阵走珠模式 194

6.8.6  多通道矩阵模式 197

6.8.7  支管选色模式 199

6.8.8  供漆单元 200

6.8.9  溶剂供给和废溶剂回收系统 202

6.8.10  中压空气站 202

6.8.11  控制中心 202

　　6.9  油漆喷涂系统的安全和环境要求 202

6.9.1  调漆间、储漆间的安全要求 202

6.9.2  调漆间、储漆间的环境要求 203

第7章  胶、蜡、发泡系统的设计和集成 204

　　7.1  胶蜡系统的结构和管线设计 204

7.1.1  胶蜡系统与油漆系统的异同 204

7.1.2  单级和双级供给系统 205

7.1.3  供给系统的循环 208

7.1.4  供胶输送管路的设计 208

7.1.5  系统工作压力计算和主泵选取 213

7.1.6  管路温控设计 214

　　7.2  供胶系统的集成 216

7.2.1  供胶系统的基本配置 216

7.2.2  各胶种系统配置 219

　　7.3  注蜡系统的设计与集成 223

7.3.1  供蜡单元 223

7.3.2  定量注蜡 224

7.3.3  定量注蜡枪 224

7.3.4  注蜡枪站 226

7.3.5  车型识别装置 226

7.3.6  控制单元 227

　　7.4  聚氨酯发泡空腔灌注系统的设计与集成 227

7.4.1  材料供给单元 227

7.4.2  主机单元 228

7.4.3  发泡主机 229

7.4.4  枪站单元 234

7.4.5  系统的循环状态 238

7.4.6  干燥空气模组 239

7.4.7  机器人加注的位置识别 239

　　7.5  焊装线和总装线的涂胶 242

7.5.1  点焊胶涂胶系统 242

7.5.2  热熔胶涂胶系统 243

7.5.3  窗玻璃胶涂胶系统 243

第8章  电气控制系统的设计和集成 245

　　8.1  工业现场的PLC控制系统 245

8.1.1  工业现场总线 245

8.1.2  PLC主控单元硬件结构 246

8.1.3  PLC工控系统的总线网络结构 249

8.1.4  CPU的工作方式 254

8.1.5  PLC系统的人机界面 255

8.1.6  变量控制 257

8.1.7  系统软件和用户程序 258

　　8.2  油漆喷涂系统的控制单元 259

8.2.1  油漆供给单元的控制 259

8.2.2  油漆温控单元的控制 262

8.2.3  废溶剂回收单元的控制 264

8.2.4  走珠式换色系统的控制 266

8.2.5  油漆供给系统的中控界面 267

　　8.3  打胶系统的控制单元 275

8.3.1  供胶单元的控制 276

8.3.2  供胶系统的温度控制 276

8.3.3  供胶系统的主控单元 276

　　8.4  注蜡系统的控制单元 281

8.4.1  供蜡单元的控制 281

8.4.2  定量注蜡的控制 281

　　8.5  聚氨酯双组分发泡系统的控制单元 285

　　8.6  控制单元的制作 290

8.6.1  主站中控柜 290

8.6.2  工位控制箱 292

第9章  喷涂系统的安装施工、流道处理、系统调试 293

　　9.1  设备安装和管路架设 293

9.1.1  设备安装 293

9.1.2  管路架设 293

9.1.3  管路连接 294

9.1.4  管路加热 296

9.1.5  管路保温 297

9.1.6  电气设备布线 297

　　9.2  涂料管路的检漏和耐压试验 298

9.2.1  气体检漏和保压试验 298

9.2.2  液体保压和耐压试验 299

　　9.3  管路的酸洗钝化和系统的清洗 300

9.3.1  不锈钢管路的酸洗钝化 300

9.3.2  系统的清洗 302

　　9.4  喷涂系统的调试 304

9.4.1  设备、传感器、仪表的定标 306

9.4.2  系统初始化 307

9.4.3  系统调试 308

9.4.4  人员培训 311

　　9.5  试生产 311

　　9.6  喷涂系统的停机和再开机 311

　　9.7  喷涂系统的操作和维护 312

9.7.1  更换滤袋、滤芯 313

9.7.2  稳压器和储能器充气 314

9.7.3  电动机和主泵维护 314

第10章  汽车漆膜及外观检测 315

　　10.1  外观检测 316

10.1.1  光泽仪 318

10.1.2  雾影仪 319

10.1.3  橘皮仪 320

10.1.4  云雾仪 323

　　10.2  颜色检测 325

10.2.1  颜色系统和检测原理 326

10.2.2  颜色的测量 330

10.2.3  分光色彩纹理仪 332

　　10.3  物理测试仪器 333

10.3.1  漆膜测试仪器 333

10.3.2  湿膜及油漆测试仪器 337

10.3.3  涂料参数测试 339

10.3.4  烘烤测试 340

　　10.4  机器人检测 342

参考文献 343

附录 344

　　附录1  常用喷涂术语简明汉英对照表 344

　　附录2  喷涂技术常用物理单位对照表 351