折邊膠泡問題的改善途徑及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)制定

李維康，張麗桂（東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430056）

折邊膠泡問題的改善途徑及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)制定

李維康，張麗桂
（東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430056）

介紹了汽車折邊密封膠膠泡問題的分類、目前行業(yè)內(nèi)現(xiàn)狀以及缺陷返修方案，同時(shí)根據(jù)開啟件切割剝離試驗(yàn)的結(jié)果，系統(tǒng)闡述了折邊膠泡問題產(chǎn)生空腔的原因、主要優(yōu)化改善途徑以及最新前沿技術(shù)。借鑒多個(gè)合資公司適用的膠泡質(zhì)量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合目前國內(nèi)汽車制造水平，擬定出適用于國內(nèi)自主品牌的折邊膠泡質(zhì)量判定準(zhǔn)則。

膠泡；涂膠；折邊；空腔

目前市場(chǎng)上大部分乘用型整車均在四門兩蓋的折邊區(qū)域涂覆PVC密封膠，以達(dá)到美觀和防腐的雙效目的，但同時(shí)也造成了“折邊膠泡”等質(zhì)量缺陷的頻發(fā)。幾乎所有車型的開啟件制造工藝均采用的是前期在焊裝車間進(jìn)行里外板折邊，后在涂裝車間進(jìn)行PVC密封膠涂覆的工藝流程，因此，折邊膠泡的質(zhì)量缺陷問題也一直困擾著各大汽車廠商。

折邊密封膠膠泡，系指一類發(fā)生在汽車四門兩蓋折邊區(qū)域的PVC密封膠上鼓起的膠質(zhì)氣泡之統(tǒng)稱。四門兩蓋等開啟件區(qū)域是顧客目視概率相對(duì)最高、感官相對(duì)最直接的區(qū)域，頻發(fā)的膠泡缺陷既降低了乘用車的美觀性，又影響了客戶體驗(yàn)的滿意度。

折邊膠泡缺陷的產(chǎn)生機(jī)理存在著不確定性和不穩(wěn)定性2個(gè)特點(diǎn)，其在質(zhì)量控制上有極大的難度，也是國內(nèi)各大整車廠長期不能攻克的技術(shù)難題。

本研究針對(duì)折邊膠泡產(chǎn)生的機(jī)理、主要類別和主要的優(yōu)化解決方案進(jìn)行分析，并對(duì)各大合資整車廠目前的質(zhì)量狀態(tài)和控制手段進(jìn)行分析和對(duì)比，旨在獲得折邊膠泡問題的最佳控制手段和質(zhì)量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

1　 折邊膠泡的分類及主要返修方法

1.1折邊膠泡的分類

折邊膠泡按照外觀及嚴(yán)重程度，可分為普通氣泡、內(nèi)陷氣泡、開裂不露鈑金氣泡、開裂露鈑金氣泡、異形氣泡和連續(xù)氣泡等6種。其中普通氣泡發(fā)生的概率相對(duì)最高、也最常見，對(duì)客戶的感官影響亦相對(duì)最小。

而開裂露鈑金氣泡、異形氣泡和連續(xù)氣泡等類型缺陷則會(huì)嚴(yán)重?fù)p害整車的外觀和防腐強(qiáng)度，對(duì)客戶感受和整車質(zhì)量造成較為嚴(yán)重的影響，因此，在整車質(zhì)量判定中，此類缺陷是不可接受的。

1.2折邊膠泡的返修方法

大多數(shù)整車廠現(xiàn)行的控制方式是在涂裝車間進(jìn)行膠泡缺陷質(zhì)量監(jiān)控，并針對(duì)開裂氣泡、異形氣泡和連續(xù)氣泡等較為嚴(yán)重的缺陷進(jìn)行修補(bǔ)。返修的主要方法是使用刀片鏟去缺陷，再用PVC密封膠對(duì)缺口處填平并補(bǔ)漆。

但上述控制手段僅為缺陷發(fā)生后的補(bǔ)救措施，而且頻繁的返修必然會(huì)影響生產(chǎn)節(jié)拍，造成人力、物力的大量投入。如何做到根本上解決缺陷問題，必須深入分析折邊膠泡產(chǎn)生的機(jī)理，盡可能從源頭遏制開裂、異形以及連續(xù)氣泡的產(chǎn)生。

2　 折邊膠泡的產(chǎn)生機(jī)理

2.1產(chǎn)生機(jī)理

分析折邊膠泡產(chǎn)生的機(jī)理，需從分析開啟件折邊區(qū)域的制造工藝過程入手，主要包括以下6個(gè)步驟（如圖1所示）：①焊裝車間開啟件工段，在四門兩蓋外板的折邊區(qū)域涂折邊膠；②里外板拼合；③滾邊機(jī)器人（或壓機(jī)）進(jìn)行折邊；④涂裝車間密封工段在折邊區(qū)域進(jìn)行PVC密封膠涂覆；⑤涂覆密封膠后，在折邊區(qū)域形成中空封閉的內(nèi)腔，涂裝車間進(jìn)行烘烤之后，空腔內(nèi)的空氣或水分受熱產(chǎn)生膨脹；⑥空氣或水分將PVC密封膠頂起，形成局部氣泡。

根據(jù)以上工藝過程分析，折邊膠泡是由于折邊膠和PVC密封膠之間形成局部狹小密閉空腔，其中的空氣或水蒸氣受烘烤膨脹所形成。

圖1 折邊膠泡形成過程Fig.1 The formation process of bubbles in hemming sealer

為驗(yàn)證此結(jié)論的合理性，對(duì)膠泡缺陷進(jìn)行了斷面切割實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膠泡鼓起處都存在著內(nèi)部氣體的膨脹，且里外板的鈑金之間都存在明顯的“空腔”。

綜上所述，折邊膠泡產(chǎn)生的主要原因是由于四門兩蓋里外2層鈑金之間被焊裝折邊膠和涂裝密封膠包裹起了一段密閉的“空腔”，空腔中的空氣或水分被烘烤之后，氣體體積膨脹而又無處排泄，從而導(dǎo)致密封膠鼓起形成氣泡。此外，如果空腔中混入水分，在烘烤時(shí)形成水蒸氣，其體積的線脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣，因此容易形成異性破損氣泡。

2.2“空腔”產(chǎn)生的原因

在開啟件的折邊區(qū)域，產(chǎn)生大小不一的“空腔”主要與涂膠和折邊2種工藝有關(guān)。

2.2.1涂膠工藝

門蓋區(qū)域涂折邊膠，主要由折邊膠直徑（D）和折邊膠距離翻邊的距離（L）2個(gè)參數(shù)決定。D值越大，L值越小，則膠水在折邊區(qū)域的涂覆越充盈，“空腔”就會(huì)越少，反之亦然。

由此可知，如需減少“空腔”，應(yīng)盡量增大D值，減小L值，使折邊膠的膠量增大，膠路盡量向翻邊靠攏。但D值過大、L值過小，膠水易從翻邊末端溢出，也會(huì)粘在滾壓頭或者壓合胎膜上，影響包邊質(zhì)量。另外也需焊裝操作工手工擦除零件上的溢膠，必然造成生產(chǎn)節(jié)拍減緩。

此外，折邊膠涂膠的膠徑和膠路具有不穩(wěn)定性特點(diǎn)，尤其是人工涂膠，質(zhì)量控制完全取決于操作工的技能熟練度。由于里外板合拼后，無法再進(jìn)行二次質(zhì)量檢查，相比于機(jī)器人涂膠，D值和L值都更易波動(dòng)。

正是因?yàn)橥磕z的不穩(wěn)定性，隨著里外板的拼合，折邊膠被鈑金擠壓之后，就會(huì)形成參差不齊的波浪狀覆蓋區(qū)域，其中的波谷區(qū)域就會(huì)被PVC密封膠封堵成密閉空間，形成“空腔”。

2.2.2折邊工藝

折邊厚度X值是影響“空腔”形成的另一重要因素。若X值過大，意味著折邊區(qū)域越“厚”，則折邊的壓合越不緊密，容易發(fā)生里外板的竄動(dòng)，大幅提升空腔的產(chǎn)生幾率。

目前整車廠常用的折邊工藝，包括壓機(jī)折邊（Die hemming）和滾邊折邊（Roller hemming）2種。

機(jī)器人滾邊折邊的質(zhì)量受里外板沖壓件質(zhì)量、滾頭壓力、翻邊打開角度和翻邊高度等因素影響較大，X值較易波動(dòng)。

相比于機(jī)器人滾邊，壓機(jī)折邊采用終折邊刀對(duì)翻邊區(qū)域進(jìn)行壓實(shí)，只需控制折邊刀在有效的沖壓次數(shù)之內(nèi)，折邊刀磨損較少，其對(duì)沖壓件來料質(zhì)量的要求遠(yuǎn)低于機(jī)器人滾邊，可獲得相對(duì)更為穩(wěn)定的折邊厚度X值。

由上可知，折邊厚度X值的波動(dòng)以及涂膠直徑（D）和距離翻邊距離（L）的不穩(wěn)定性，共同導(dǎo)致了折邊區(qū)域密閉“空腔”的產(chǎn)生。

3　 折邊膠泡質(zhì)量現(xiàn)狀

目前國內(nèi)的各大合資及自主品牌車型，均或多或少存在折邊膠泡問題，且以直徑φ＜3 mm的未開裂氣泡為主，開裂露鈑金、異性氣泡等嚴(yán)重情況則較為少見。

國內(nèi)大多數(shù)的合資整車廠均采用了壓機(jī)折邊、機(jī)器人涂膠等工藝，可大幅降低折邊膠泡的產(chǎn)生，但通過市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，其各自車型仍然存在膠泡缺陷。其中，個(gè)別公司采用了不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在四門兩蓋的折邊區(qū)域僅涂刷少量的PVC密封膠，其膨脹的氣體可通過密封膠末端排出，故而氣泡數(shù)量較少。

由市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，因折邊膠泡生成機(jī)理的偶然性和工藝的不穩(wěn)定性，除采用不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案之外，折邊膠泡問題仍困擾著國內(nèi)大多數(shù)的整車企業(yè)，是不可能完全解決和避免的。但通過工藝的調(diào)整和優(yōu)化，可以在一定程度上降低折邊膠泡的發(fā)生概率，尤其是可以杜絕密集型氣泡、破損氣泡等嚴(yán)重缺陷的發(fā)生。

4　 折邊膠泡優(yōu)化解決方案探討

目前折邊膠泡的工藝優(yōu)化方法主要包括“封堵”和“疏通”2種思路。

4.1工藝調(diào)整——“封堵”

所謂“封堵”，是指通過適當(dāng)?shù)脑龃笸磕z直徑D，減小膠路距離翻邊的距離L，以及減小折邊厚度X，使得折邊膠在折邊區(qū)域充填的更加盈實(shí)，避免“空腔”的產(chǎn)生。圖2為折邊膠填充的理想狀態(tài)，完全沒有“空腔”存在。

但這種狀態(tài)是一種絕對(duì)的理想狀態(tài)，膠徑的加大和膠路的變化必然會(huì)導(dǎo)致折邊區(qū)域溢膠，帶來的是次生的質(zhì)量缺陷。

圖2　折邊密封膠填充的理想狀態(tài)Fig.2　Perfect filling status of hemming sealer（無空腔）

4.2工藝調(diào)整——“疏通”

在PVC密封膠的末端位置，還可以嘗試使用“疏通”的方法，以減小涂膠直徑D，增加膠路距離翻邊的距離L，使折邊區(qū)域形成一條連貫的“空腔通道”，促使其中的空氣或水蒸汽延著通道排出空腔外。

但過多的縮小涂膠量，會(huì)導(dǎo)致折邊區(qū)域膠水覆蓋不足，使開啟件達(dá)不到應(yīng)有的密封和防腐要求，這將對(duì)整車質(zhì)量造成更為嚴(yán)重的潛在危害。

據(jù)此，將涂膠直徑D減小為1.5 mm、距離翻邊距離L增加至2 mm進(jìn)行涂膠，對(duì)試驗(yàn)件折邊后進(jìn)行剝離試驗(yàn)，從中可以看到折邊區(qū)域均無折邊膠覆蓋，因而存在著嚴(yán)重的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

由此可知，無論如何調(diào)整涂膠直徑D和膠路距翻邊距離L，均會(huì)帶來其他的次生質(zhì)量缺陷。因此在調(diào)整時(shí)，必須嚴(yán)格遵守涂膠的公差標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過多次反復(fù)優(yōu)化和試驗(yàn)，得出最佳的涂膠狀態(tài)。

4.3質(zhì)量體系監(jiān)控預(yù)防

通過質(zhì)量體系的監(jiān)控預(yù)防手段，提升涂膠和折邊工藝的質(zhì)量穩(wěn)定性，保證缺陷不流出工位，也可以在一定程度上降低折邊膠泡的發(fā)生。

如：采用在手工涂膠工位設(shè)置涂膠標(biāo)準(zhǔn)樣板，在相應(yīng)的工藝卡或作業(yè)指導(dǎo)書中注明操作工對(duì)涂膠直徑和軌跡進(jìn)行目視二次檢測(cè)等手段。

或是在開啟件折邊工位，要求操作工使用千分尺對(duì)四門兩蓋的折邊厚度X值進(jìn)行定期的測(cè)量，并將結(jié)果記錄存檔，對(duì)于超差區(qū)域需及時(shí)提出，以便及時(shí)預(yù)防因折邊厚度波動(dòng)導(dǎo)致的膠泡問題高頻爆發(fā)。

此外，定期對(duì)涂膠設(shè)備的出膠量、膠水環(huán)境溫度、滾邊頭壓力、滾邊胎膜和壓機(jī)折邊刀等關(guān)鍵工藝參數(shù)或設(shè)備進(jìn)行定期的TPM（全員生產(chǎn)維護(hù)）檢查，從源頭上控制缺陷的發(fā)生，這對(duì)折邊膠泡問題的預(yù)防有很大的積極作用。

5　 其他新技術(shù)

隨著白車身制造技術(shù)的發(fā)展，目前已有多種新技術(shù)可應(yīng)用于開啟件區(qū)域的制造加工，對(duì)優(yōu)化處理折邊膠泡問題產(chǎn)生有利影響。

5.1涂膠拍照技術(shù)

隨著視覺設(shè)備的發(fā)展，目前可在涂膠槍上集成相機(jī)等拍照設(shè)備，對(duì)涂膠的直徑和膠路實(shí)施拍照監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)傳送顯示在人機(jī)交互界面上。例如ISRA公司采用的拍照設(shè)備為3D攝像頭，可實(shí)現(xiàn)膠條的高度與寬度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)通過計(jì)算膠條和零件邊緣的關(guān)系，還可以統(tǒng)計(jì)出膠條在零件上的位置。其檢測(cè)精度為（±0.5）m，如果出現(xiàn)斷膠、膠路嚴(yán)重偏差或直徑超差等情況，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警提示，避免缺陷批量流出。

采用涂膠拍照技術(shù)，可有效提高涂膠質(zhì)量的穩(wěn)定性，減少“空腔”發(fā)生幾率，從一定程度上避免折邊膠泡的產(chǎn)生。

5.2雙點(diǎn)涂膠技術(shù)

Intec公司的雙點(diǎn)涂膠技術(shù)，使用的是特制的雙口膠槍嘴，在開啟件外板靠近翻邊的區(qū)域多涂一道細(xì)膠。對(duì)比原有的單點(diǎn)涂膠工藝，可實(shí)現(xiàn)折邊區(qū)域折邊膠填充的更加充盈，“空腔”更少的效果（如圖3所示），從一定程度上降低膠泡的發(fā)生幾率。

圖3　單點(diǎn)與雙點(diǎn)涂膠對(duì)比Fig.3　Comparison of double and single points sealing

5.3螺旋涂膠技術(shù)

目前多家涂膠設(shè)備供應(yīng)商都已研發(fā)出了螺旋自動(dòng)涂膠設(shè)備，采用螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)的涂膠噴嘴進(jìn)行涂膠，使折邊膠的膠路呈現(xiàn)出分散的螺旋形（如圖4所示），與傳統(tǒng)的直線型膠路相比，這種方法可以保證在涂膠量相同的情況下，一定程度上避免因膠路位置波動(dòng)引起的壓合后覆蓋不充分，同樣可以使折邊膠覆蓋的更加盈實(shí)，降低“空腔”的發(fā)生幾率。

圖4　螺旋涂膠技術(shù)Fig.4　Swirl sealing

5.4采用摻入玻璃珠的折邊膠

通過在折邊膠中摻入玻璃珠，使其在滾邊或壓邊過程中嵌入壓合區(qū)域的鋼板，以增加摩擦阻力，限制里外板在烘烤前的相對(duì)位置錯(cuò)動(dòng)，在一定程度上也可以減少“空腔”的產(chǎn)生，降低折邊膠泡的發(fā)生幾率。

經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，玻璃珠的直徑為250 μm、含量為5%左右，可以更加充分地嵌入板材空隙，達(dá)到最優(yōu)化的防止錯(cuò)動(dòng)的效果。

6　 各整車廠膠泡質(zhì)量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

6.1美系車型標(biāo)準(zhǔn)

美系車型標(biāo)準(zhǔn)（如表1所示）是將整車外觀面分為A、B、C和D 4個(gè)等級(jí)，其中涉及折邊膠泡的為B、C和D這3個(gè)區(qū)域。從中可以看出，對(duì)折邊膠泡的指摘區(qū)域主要分布在B區(qū)（前后門內(nèi)側(cè)可視區(qū)域）。而C區(qū)（行李箱內(nèi)側(cè)）和D區(qū)（前蓋內(nèi)側(cè)以及前后門鉸鏈內(nèi)側(cè)）等區(qū)域，只對(duì)開裂露鈑金的氣泡進(jìn)行指摘。

表1　美系膠泡標(biāo)準(zhǔn)Tab.1　Bubbles criterion of American vehicles

另外，B區(qū)的折邊膠泡也對(duì)氣泡數(shù)量和大小進(jìn)行了嚴(yán)格的區(qū)分界定，例如直徑小于3 mm的普通氣泡，在20 mm單位長度內(nèi)的數(shù)量需大于5個(gè)才能進(jìn)行指摘；而直徑大于3 mm的開裂不露底氣泡，則需每個(gè)零件上大于3個(gè)才能進(jìn)行指摘。具體如表2所示。

6.2歐系標(biāo)準(zhǔn)

歐系車型的折邊膠泡標(biāo)準(zhǔn)（如表2所示）也是對(duì)膠泡的尺寸和大小進(jìn)行了等級(jí)劃定。例如對(duì)φ＜3 mm的氣泡不進(jìn)行指摘；對(duì)于φ＞3 mm的氣泡，又以7 mm為尺寸分界線，根據(jù)單個(gè)零件上的數(shù)量進(jìn)行不同等級(jí)的指摘。

表2　歐系車型膠泡標(biāo)準(zhǔn)Tab.2　Bubbles criterion of European vehicles

通過對(duì)比可知：美系、歐系車型的膠泡評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)都采用外觀分區(qū)，并對(duì)膠泡數(shù)量和大小進(jìn)行界定等級(jí)的方式進(jìn)行質(zhì)量評(píng)判。由此可大致歸納為：①開裂露鈑金氣泡和異性氣泡絕對(duì)不允許，在各車企標(biāo)準(zhǔn)中都有較嚴(yán)格的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)；②針對(duì)普通氣泡，以3 mm和7 mm為分類標(biāo)準(zhǔn)，分別按照單位區(qū)間的數(shù)量或單個(gè)零件上的數(shù)量進(jìn)行等級(jí)劃分；③對(duì)于四門鉸鏈內(nèi)側(cè)的氣泡，因?yàn)榭蛻裟恳暡灰卓吹剑灰撮_裂露鈑金，一般都不進(jìn)行指摘。

通過調(diào)研，目前國內(nèi)大多數(shù)的自主品牌車企在密封膠膠泡的質(zhì)量判定上，均未對(duì)折邊膠泡的數(shù)量和大小進(jìn)行量化的區(qū)分判定，還未形成一套合理嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜毕菰u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

6.3擬定國內(nèi)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

借鑒國外及合資公司相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定出適用于國內(nèi)自主品牌乘用車的標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3　膠泡評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)Tab.3　Bubbles criterion suitable for domestic enterprises

7　 結(jié)語

通過調(diào)研分析可知，折邊膠泡問題是不可能完全避免和解決的。通過調(diào)整涂膠和折邊參數(shù)并提升其工藝穩(wěn)定性，可降低高頻次氣泡區(qū)域的發(fā)生幾率，避免密集氣泡、開裂氣泡和異性氣泡等嚴(yán)重缺陷的產(chǎn)生。

此外，借鑒國外及合資公司相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定出適用于國內(nèi)自主品牌乘用車的膠泡評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

［1］錫洪鵬,陳淑君,戴建新,等.焊裝折邊膠工藝在汽車制造中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝,2014,17（6）：49-51.

［2］曹偉,任孝靜,王彥龍.PVC氣泡問題的產(chǎn)生及預(yù)防控制措施［J］.汽車工藝與材料,2015,（12）：36-37.

［3］宋宏偉.機(jī)器人滾邊技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用［J］.機(jī)械工人冷加工,2007,（10）：117-120.

［4］李攝權(quán).四門兩蓋包邊新工藝［J］.汽車與配件,2010,（45）：26-28.

［5］陳代枝.汽車門蓋包邊工藝及設(shè)備選用［J］.金屬加工熱加工,2005,（12）：26.

Improving methods and criterion setting of bubble defects in PVC hemming sealer

LI Wei-kang, ZHANG Li-gui
（ Technical Center of DongFeng Motor Corporation, Wuhan, Hubei 430056, China）

In this paper, the classification, industry status and repairing processes of the bubble defects PVC hemming sealers of vehicles were introduced. The results of cutting experiments of the hemmings revealed the occurrence mechanism of the bubble defects. Meanwhile, the methods and the latest technologies of eliminating the bubble defects in the PVC sealers were presented. Referencing the quality criteria of bubble defects used in some joint ventures and combing the current level of domestic automobile manufacturing, the quality criterion of bubbles in hemming sealers was set out, which is suitable for the domestic self-owned brand passenger vehicles.

PVC sealer bubbles； sealing； hemming； airtight cavity

TG494

A

1001-5922（2016）08-0062-05

2016-05-05

李維康（1986-），男，中級(jí)工程師，從事汽車制造工藝研究與工業(yè)化實(shí)現(xiàn)工作。E-mail：liwk@dfmc.com.cn。