車輛識別代號刻劃質(zhì)量控制

段競芳，宋舜，余本雄，姜海

（一汽-大眾汽車有限公司佛山質(zhì)保部，廣東佛山528000）

車輛識別代號刻劃質(zhì)量控制

段競芳，宋舜，余本雄，姜海

（一汽-大眾汽車有限公司佛山質(zhì)保部，廣東佛山528000）

研究了車輛識別代號的字體深度與刻劃氣壓、刻劃頭接觸面積等影響因素的數(shù)學關(guān)系，并將刻劃實際字深數(shù)據(jù)采用該數(shù)學模型進行擬合，獲得特定條件下的字深與氣壓之間的計算公式；同時針對刻劃工藝中常見的質(zhì)量缺陷提出了相應(yīng)的優(yōu)化建議。

VIN號；字深數(shù)學模型；質(zhì)量控制

1975年國際標準化組織制定了車輛識別代號（VIN號）的相關(guān)標準，對VIN號的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)、標識位置等進行了規(guī)范。參照國際標準，我國于1997年制定中國第一版車輛識別代號標準GB16735，對VIN標識的應(yīng)用作了詳細的規(guī)定和指導［1-3］。根據(jù)國標要求，整車廠通過粘貼VIN標識以及在車架上刻劃VIN號的方式對車輛進行規(guī)范性標識。VIN標識通常被貼在前后蓋、車門及儀表側(cè)面上，該工藝操作簡單并且后續(xù)幾乎不會產(chǎn)生任何質(zhì)量缺陷，但由于標簽容易撕掉，標記功能的可靠性不如VIN號刻劃工藝。VIN刻劃工藝是實現(xiàn)整車標識唯一性的可靠方法。國標要求VIN號的字體深度大于200 μm，本文中建立了VIN號的字深數(shù)學模型，研究了特定刻劃系統(tǒng)下車輛識別代號的字體深度與刻劃氣壓、刻劃頭接觸面積之間的數(shù)學關(guān)系并使用實驗數(shù)據(jù)進行擬合，獲得特定條件下的字深與氣壓之間的計算公式。同時針對刻劃工藝中常見的質(zhì)量缺陷提出了相應(yīng)的優(yōu)化建議。

1　底盤號字深數(shù)學模型推導

1.1刻劃工藝介紹

刻劃針通常為硬度較高的合金或金剛石，安裝在刻劃頭上，刻劃頭內(nèi)部通過電機驅(qū)動，可以實現(xiàn)X、Y、Z方向的移動，圖1為刻劃工藝的幾何模型。

VIN號刻劃時，刻劃頭被夾具固定在車身上，為了使刻劃頭穩(wěn)定，通常會在車身上預留多處定位孔。啟動刻劃指令后，刻劃針由氣缸推動，作用在車身鈑金上，可以通過調(diào)節(jié)氣缸壓力獲得相應(yīng)的字體深度，驅(qū)動電機根據(jù)控制系統(tǒng)給出的指令推動刻劃針在工件表面上水平或垂直（X、Y向）移動，最終刻出相應(yīng)的字符。本文中研究的刻劃頭為錐形頭。

圖1　刻劃工藝幾何模型

1.2刻劃字深的影響因素

刻劃字深h與刻針材質(zhì)的硬度H1、車身基材材質(zhì)的硬度H2、接觸面積Ac［4，7-8］、刻劃壓力P［4，9］、車身漆膜厚度D等因素緊密相關(guān)。

譚孟曦［4］、劉美林［9］發(fā)現(xiàn)一般金屬材料的硬度并不是一個常量。當壓入深度較小時，材料的硬度較大；隨著壓入深度的增加，硬度趨近一恒定值。當壓入深度達到200nm以上，金屬材料的硬度基本為恒定值。漆膜厚度穩(wěn)定在60μm，每次刻劃時使用同樣硬度的刻劃針。本文中主要研究字深為200～300μm，刻劃實際工況下的字深數(shù)學模型，在此字深范圍內(nèi)可以假定材料硬度為恒定值，漆膜厚度對字深的影響為恒定值。此時字深h的影響因素為接觸面積Ac和刻劃壓力P。

式中：h的單位為nm，k1為常數(shù)，Ac的單位為nm，P的單位為Pa。

1.3錐形針頭字深的數(shù)學模型

Olive.W C［5-6］提出了有效接觸面積的計算公式：

譚孟曦［4］根據(jù)

對錐形頭的硬度與位移關(guān)系進行了模擬計算及實驗驗證，理論計算與實驗結(jié)果高度符合。參照式（3）建立字深h、有效接觸面積Ac及刻劃氣壓P的冪指數(shù)關(guān)系：

式中：a，b為冪指數(shù)。將式（3）代入式（4），可得

式中：k為修正系數(shù)nm·Pa-c，k=k11/（1-2a）24.56a/（1-2a）；c為修正指數(shù)，c=b/（1-2a）。

2　實驗方法

參考讀數(shù)顯微鏡測試試樣斷面裂紋長度的方法［10］，使用體式顯微鏡對刻劃字深進行測量。首先挑選一組沖壓成型的翼子板，這樣可以保證測試樣板的材質(zhì)與實車鈑金處一樣，接著對樣件進行電泳、噴涂等油漆工藝，最終制成刻劃樣板。采用不同的氣壓對樣板進行VIN號刻劃，然后通過切割法制作樣件并置于體式顯微鏡下測量出相應(yīng)的字深。

2.1實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

采用4.8 bar壓力刻劃的樣板字深截面（圖2），測量的尺寸精度達到0.1 μm。圖2中白色部分為金屬基材，基材刻劃深度為104.04 μm；上面2層為油漆層及過渡層，刻劃深度為65.83 μm，該氣壓下的字深為169.87 μm。

圖2　樣件字深顯微讀數(shù)

圖3為不同氣壓下的字深曲線。采用冪函數(shù)對數(shù)據(jù)進行擬合，當修正系數(shù)k為9.202 5，冪指數(shù)為c為1.824時，擬合度較高，擬合相關(guān)系數(shù)R為0.999 4。式（5）經(jīng)整理可得：

圖3　氣壓-字深擬合曲線

采用式（6）可以計算目標字深下的氣壓值。如滿足國標要求的字深，氣壓P設(shè)置至少為5.4×105Pa。

2.2刻劃氣壓值選擇

在刻劃VIN號的過程中，當刻劃氣壓偏低時，將刻劃頭壓在車身鈑金上的力過小，刻劃頭容易受環(huán)境震動的影響而抖動，進而導致字體變形。以本文中選用的刻劃系統(tǒng)為例，當刻劃氣壓低于4.4 bar時刻劃字體將發(fā)生變形，如圖4所示。

當刻劃氣壓偏高時，將刻劃頭壓在車身鈑金上的力過大，字體容易發(fā)生凹陷。以本文中選用的刻劃系統(tǒng)為例，當刻劃氣壓高于6.2 bar時VIN號刻劃部位將發(fā)生字體凹陷，如圖5所示。

圖4　字體變形

圖5　字體凹陷

3　VIN號刻劃質(zhì)量控制

在VIN號刻劃過程中，除了優(yōu)化氣壓設(shè)置外，還需要針對各種特殊的質(zhì)量缺陷采取相應(yīng)的措施，才能確?？虅澷|(zhì)量。

第1類是刻劃過程中常常會發(fā)生的漆面毛邊、炸漆問題［11］。該類缺陷產(chǎn)生的原因是多方面：其一是油漆工藝，當鋼板表面被蠟，油脂等物質(zhì)污染，或鋼板表面生銹時，漆面與基材結(jié)合力將會下降，這類缺陷需要通過原材料的輸入以及前處理的質(zhì)量；其二是漆膜過厚，當漆膜厚度過大時，漆膜應(yīng)力增大，刻劃VIN號時容易造成周邊漆膜的損傷，控制合適的漆膜厚度就能降低炸漆問題的發(fā)生，特別是需要防止對漆面漆面進行多次噴涂。

第2類是VIN號字體變形問題，具體表現(xiàn)是字體相比于相鄰的字體明顯變形。解決這類質(zhì)量缺陷，首先需要控制好鈑金原材料輸入的質(zhì)量，保證材料型面平整、硬度均勻；此外需要確保生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止車身抖動及刻劃頭機械部件卡滯導致的字體變形。

第3類是字體生銹，是一種偶發(fā)的質(zhì)量缺陷，在一定程度上影響客戶對產(chǎn)品的認可度。字體生銹的機理與金屬生銹的機理完全相同，原因是在字體附近發(fā)生了導致金屬生銹的原電池反應(yīng)。當金屬與水份、空氣接觸時，將會在金屬表面吸附了一層非常薄的水膜。該膜中溶解的氧氣在水中形成氫離子與氫氧根離子，形成電解質(zhì)溶液。鋼板中的鐵和其中的碳元素、電解質(zhì)溶液形成數(shù)量眾多的微型原電池，在發(fā)生電化學反應(yīng)的同時，字體生銹。

為了避免字體生銹，在刻劃全過程中必須保證VIN號破漆處干凈、干燥。為此在刻劃結(jié)束后需要將刻劃下來的殘漆和金屬殘削清理干凈，防止這些物質(zhì)加重生銹過程。

此外，針對自身的油漆工藝特點，需要選擇合適的刻劃頭，確保工藝質(zhì)量得到系統(tǒng)性提升。

［1］邵元和.車輛識別代號_VIN_系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用［J］.世界汽車，2001，32（2）：27-29.

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［11］李梅.車架VIN碼打字崩漆_拓印不清原因分析及解決［J］.摩托車技術(shù)，1997，10（3）：52-54.

Quality Control of VIN Number Marking

Duan Jingfang，Song Shun，Yu Benxiong，Jiang Hai
（Foshan Quality Assurence Department，F(xiàn)AW-Volkswagen Automotive Co.Ltd.，F(xiàn)oshan 528000，China）

The mathematic relationship between the font depth of VIN number and the marking pressure，contact area，and other influencing factors was researched，and the experimental data were fitted by the mathematic model，the calculating formula under the special conditions between the font depth and marking pressure was obtained.Moreover，some optimized suggestions were made to solve some common qualityproblemsinVINnumbermarkingprocess.

VIN number；font depth mathematic model；quality control

U466

A

1008-5483（2016）03-0023-03

10.3969/j.issn.1008-5483.2016.03.006

2016-04-06

段競芳（1986-），男，湖北荊州人，工程師，從事汽車制造、質(zhì)量控制研究。E-mail：jingfangduan2016@163.com