高速旋杯式静电雾化器雾化参数的选择与喷涂轨迹规划

作     者：杨晨霞 

作者单位：石家庄铁道大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王战中

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：静电涂装 雾化因素 FLUENT 涂层优化 喷涂轨迹优化 

摘      要：汽车喷涂对车体表面具有保护和装饰作用,汽车喷涂质量直接影响顾客的满意程度和汽车的销售状况。如何提高汽车喷涂质量成为众多学者广泛研究的课题。高速旋杯式静电雾化器已经成为汽车喷涂行业的发展趋势。高速旋杯式静电雾化器的雾化效果与汽车表面喷涂轨迹的规划是影响汽车表面喷涂质量的主要因素。传统的手工喷涂正逐渐被自动化喷涂工艺所取代。自动喷涂轨迹规划是将待喷涂模型的三维参数输入喷涂轨迹规划系统,喷涂轨迹规划系统根据所输入的参数信息自动生成喷涂机器人的喷涂轨迹。自动喷涂轨迹规划是汽车喷涂行业的重大进步。但在应对复杂的汽车喷涂表面时,自动喷涂轨迹规划系统还存在一定的不足。本文立足于雾化机理与喷涂轨迹离线编程的国内外发展现状,探索了中心孔直径、旋转限幅空气入口交角、旋转限幅空气密度及涂料黏度单因素及中心孔直径与旋转限幅空气入口交角、旋转限幅空气密度与涂料黏度两因素同时对高速旋杯式静电雾化器雾化效果的影响,并在ANSYS软件中根据控制变量法进行仿真,为选取最佳雾化条件参数提供了理论依据。根据相邻喷涂轨迹间的最佳重叠距离进行喷涂轨迹规划,提高了汽车的喷涂效率和喷涂质量。具体研究内容有如下方面:(1)雾化机理研究。通过雾化角和雾化粒度对雾化参数进行定义,根据雾化角和雾化粒度的测量原理指导实际对涂料雾化程度的测量。根据国家汽车喷涂行业标准选择合适的汽车表面喷涂涂料,充分研究了液体涂料的雾化过程和涂料液滴的形成过程,为雾化机理的研究提供了重要的理论基础。(2)静电涂装。静电涂装已经成为现代发展的趋势。该部分阐明了静电涂装的原理和特点,研究了影响旋杯内液膜厚度的因素,探索了中心孔直径、旋转限幅空气入口交角、旋转限幅空气密度及涂料黏度对涂料雾化效果的影响关系,并利用FLUENT流体仿真软件根据控制变量法对雾化模型进行实验仿真,验证了单因素及中心孔直径与旋转限幅空气入口交角、旋转限幅空气密度与涂料黏度两因素同时对雾化效果影响关系的正确性,为选择合理的静电雾化参数,提高汽车的喷涂效率提供了重要的理论依据。(3)涂层表面质量优化。在三种常用涂层沉积模型研究的基础上,选取β分布函数,以自由曲面涂层沉积模型为研究基础,建立涂层优化模型,依据单次冒泡排序法求解计算相邻喷涂轨迹间的最优重叠距离,进一步研究喷涂过程中速度对涂层的影响,达到了对汽车喷涂表面的质量要求。为便于获取喷涂曲面表面模型信息,参考典型的Delaunay算法思想,利用MATLAB编程对自由曲面进行三角面划分。依据非规则多边形工件分片原则,获取高速旋杯式静电雾化器的关键位置节点,并生成喷涂轨迹,解决了自动轨迹规划对复杂表面喷涂造成的精度问题,提高了汽车的喷涂质量。(4)系统控制与离线编程。对汽车喷涂和高速旋杯式静电雾化器的控制系统进行分析,并选取合理的离线编程软件,为自动实现复杂曲面的汽车喷涂奠定基础。