車身桔皮外觀影響因素及控制方法探討

陳登閣，苗天浩，范海濤，趙 亮

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000）

0 引言

隨著汽車在中國市場的日漸普及，為適應(yīng)市場需求，汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代加快，市場競爭日趨激烈，消費者對產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高。面對日趨激烈的市場競爭環(huán)境，如何快速讓產(chǎn)品脫穎而出贏得消費者的青睞是各大汽車廠家面臨的重要課題。

車身外觀品質(zhì)是消費者第一感知的質(zhì)量，是決定消費者是否購買的重要因素。漆膜桔皮作為評價涂裝外觀品質(zhì)的一個重要指標(biāo)，其包括漆膜長短波、鮮映性等指標(biāo)，側(cè)面反映整車的目視效果，而目視效果的好壞將直接影響消費者對產(chǎn)品的第一印象。

漆膜產(chǎn)生桔皮的因素眾多，包括板材原始粗糙度、波紋度、鈑金成型平整度、電泳粗糙度、中間涂層光澤、各油漆層膜厚、油漆材料性能、施工干濕度、流平及烘烤時間、噴涂方式、噴涂參數(shù)等，影響因素眾多導(dǎo)致其控制難度增大。本研究以某整車生產(chǎn)基地傳統(tǒng)3C2B工藝下黑色水性金屬漆為例，進(jìn)行桔皮外觀優(yōu)化驗證，具有一定的指導(dǎo)意義，供同行參考。

1 中涂施工環(huán)節(jié)的優(yōu)化

中涂在整個涂裝過程中起到承上啟下的作用，在保證不產(chǎn)生流漆、痱子等漆膜弊病的前提下，既要實現(xiàn)對電泳層的有效覆蓋、填充，起到隔離紫外線的作用，又要求其具有較好的流平效果為后序涂層提供一個良好的涂層基礎(chǔ)。

本研究為獲得良好的桔皮效果，在中涂施工過程中重點從提升中涂膜厚、改善噴涂霧化效果及優(yōu)化機(jī)器人噴涂方式3個方面開展提升、優(yōu)化工作。

1.1 中涂膜厚

制作中涂梯度膜厚（25 μm、35 μm、45 μm）試板，放置在車身同一位置實施面涂噴涂后測量長短波數(shù)據(jù)，結(jié)果見圖1、2。每組膜厚進(jìn)行5個試板的平行噴涂以保證試驗數(shù)據(jù)的真實有效性。

圖1 中涂膜厚對面涂后長波的影響Figure 1 Effect of primer thickness on long wave of topcoat

圖2 中涂膜厚對面涂后短波的影響Figure 2 Effect of primer thickness on short wave of topcoat

由圖1、2可見，隨著中涂膜厚的增加，面涂后長短波呈現(xiàn)下降趨勢，因此在滿足中涂性能要求的前提下提高中涂膜厚有利于整車桔皮的控制。受現(xiàn)場節(jié)拍及機(jī)器人數(shù)量限制，最終將車身中涂膜厚控制在35～40 μm（涂層性能要求25～40 μm）之間。

1.2 噴涂霧化效果

良好的噴涂霧化狀態(tài)下中涂的外觀效果良好，桔皮效果較輕，反之則桔皮加重。機(jī)器人旋杯轉(zhuǎn)速是影響油漆霧化的最大因素之一，轉(zhuǎn)速過低，油漆霧化不良，導(dǎo)致漆膜粗糙；轉(zhuǎn)速越大，涂料霧化粒徑越小，漆膜平滑性越好，但油漆漆霧損失嚴(yán)重。細(xì)化的油漆霧化過程中表干快導(dǎo)致熔融效果差，流平后反而無法達(dá)到較好的外觀效果。同時較高的噴涂轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致機(jī)器人軸承及旋杯磨損加劇而影響設(shè)備的使用壽命。圖3～6為梯度轉(zhuǎn)速下（35 000 r/min、45 000 r/min、55 000 r/min）對中涂長、短波的影響。降低轉(zhuǎn)速和提升轉(zhuǎn)速兩組驗證，是將機(jī)器人噴涂車身時轉(zhuǎn)速整體降低或提升，降低轉(zhuǎn)速驗證選取前門棱線以下固定位置測量3次，提升轉(zhuǎn)速驗證選取后門棱線以下固定位置測量3次。

圖3 降低轉(zhuǎn)速對中涂長波的影響Figure 3 Effect of low cup speed on long wave of primer

圖4 降低轉(zhuǎn)速對中涂短波的影響Figure 4 Effect of low cup speed on short wave of primer

圖5 提升轉(zhuǎn)速對中涂長波的影響Figure 5 Effect of high cup speed on long wave of primer

圖6 提升轉(zhuǎn)速對中涂短波的影響Figure 6 Effect of high cup speed on short wave of primer

由圖3～6可見，轉(zhuǎn)速過高或過低都不利于桔皮的控制，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速有利于減少桔皮，建議水性中涂機(jī)器人噴涂轉(zhuǎn)速控制在40 000～45 000 r/min，最終車身中涂層噴涂轉(zhuǎn)速設(shè)定在45 000 r/min。

由于追求高閃度及亮度，目前我司色漆轉(zhuǎn)速普遍設(shè)置在45 000～55 000 r/min，清漆噴涂轉(zhuǎn)速對外觀的影響經(jīng)過噴涂驗證與中涂結(jié)論一致，最終清漆層機(jī)器人噴涂轉(zhuǎn)速設(shè)定在42 000 r/min。

1.3 機(jī)器人噴涂方式

車身立面中涂機(jī)器人噴涂順序為由上向下的方式，噴漆室送風(fēng)方式為上送下排，A區(qū)噴涂后漆霧會附著在B區(qū)（圖7），導(dǎo)致B區(qū)在噴涂前底面已經(jīng)粗糙不平，進(jìn)而影響上層漆膜的平整性。車身腰線以上部位為顧客感知的重點部位，將車身立面噴涂調(diào)整為由下向上噴涂后，可有效提升該部位中涂漆膜的平滑性。

圖7 噴涂方式對B區(qū)平滑性的影響Figure 7 Effect of spraying way on gliding property

2 色漆施工環(huán)節(jié)的優(yōu)化

色漆主要起到為車身提供顏色，對中涂表面進(jìn)行填充的作用。為達(dá)到車身顏色較高的亮度、閃爍感和質(zhì)感，色漆往往采用機(jī)器人兩站式噴涂，合理的兩站噴涂比例也有助于外觀的提升。色漆噴涂后合適的預(yù)烘干脫水率對外觀也起到至關(guān)重要的作用。針對黑色金屬漆外觀的優(yōu)化，主要從調(diào)整色漆機(jī)器人兩站噴涂比例，優(yōu)化預(yù)烘干脫水率兩方面開展工作。

2.1 機(jī)器人噴涂比例

色漆流平對桔皮影響明顯，機(jī)器人外板噴涂為杯加杯兩站設(shè)置，在保證總流量不變的前提下將噴涂比例由兩站噴涂5∶5比例調(diào)整為一站噴涂，提高色漆流平時間和對中涂表面的填充效果。表1為機(jī)器人噴涂比例調(diào)整后對面涂后長短波的影響。從表1中可以看出，機(jī)器人調(diào)整為一站噴涂后短波無明顯變化，長波則明顯下降。

表1 機(jī)器人噴涂比例調(diào)整前后長短波數(shù)據(jù)對比Table 1 Long wave and short wave data comparison before and after adjustment of spraying proportion

2.2 預(yù)烘干脫水率

由于采用“濕碰濕”工藝，因此金屬漆的干燥也很重要，在保證其與清漆層有足夠“潤濕”的前提下，為避免痱子等漆膜弊病，一般油漆廠家建議預(yù)烘干后脫水率≥85%，表2顯示了不同脫水率下面涂后的長短波數(shù)據(jù)。從表2中可以看出，隨著脫水率的增加，長波呈現(xiàn)增加趨勢，短波則呈現(xiàn)降低趨勢。綜合考慮，將脫水率設(shè)定在85%～88%之間。

表2 預(yù)烘干脫水率的影響Table 2 Effect of dehydration rate

3 清漆施工環(huán)節(jié)的優(yōu)化

清漆層是實現(xiàn)裝飾性的重要涂層，其對整體涂層的耐候性、鮮映性和豐滿度等指標(biāo)至關(guān)重要。通常可通過增加清漆層膜厚，延長流平時間（成熟線體流平時間固定，在此不作介紹）、提升清漆涂料自身流平性來提升漆膜外觀。

3.1 清漆膜厚

為減少漆膜的長波桔皮可通過增加清漆的膜厚來實現(xiàn)。表3為通過噴板驗證（試驗板垂直放置）不同清漆膜厚對漆膜長、短波的影響。從表3中可以看出，隨著清漆膜厚的增加，長波呈現(xiàn)下降趨勢，清漆膜厚對短波影響較小。且隨著清漆膜厚的增加，漆膜目視飽滿度增加。最終現(xiàn)場清漆膜厚確定在50～55 μm之間（涂層性能要求≥35 μm）。

表3 不同清漆膜厚對外觀的影響Table 3 Effect of CC thickness on appearance

3.2 清漆流平性

與油漆廠家共同制定方案：通過添加流平助劑來提升清漆流平性。表4為添加流平助劑前后車身長短波桔皮數(shù)據(jù)對比。清漆涂料流平性的優(yōu)化需謹(jǐn)慎開展，尤其需重點跟蹤確認(rèn)清漆內(nèi)板的流掛情況，及時開展相關(guān)工藝的調(diào)整。

表4 添加流平助劑前后長短波數(shù)據(jù)對比Table 4 Comparison of long wave and short wave before and after the addition of leveling additives

4 其它優(yōu)化措施

4.1 各涂層膜厚均勻性

在新車型各涂層膜厚調(diào)試的初期由于受制于調(diào)試方法或材料膜厚雖然滿足材料性能要求但各涂層膜厚均勻性較差，導(dǎo)致車身整體桔皮數(shù)據(jù)及目視效果“參差不齊”。此次，在提升各涂層膜厚均勻性上對以往調(diào)試流程及方法進(jìn)行優(yōu)化（圖8），在滿足中涂膜厚、清漆膜厚的前提下提升各涂層的膜厚均勻性。圖9為車身各涂層定點千點膜厚測量工具，以保證各涂層的膜厚均勻性，同時，調(diào)試時外板件的引入，也大大減少了調(diào)試用車數(shù)量，提升了調(diào)試效率。

圖8 中涂膜厚調(diào)試流程優(yōu)化Figure 8 Debugging process optimization of primer thickness

圖9 各涂層定點千點膜厚測量工具Figure 9 Fixed-point 1000-point film thickness measuring tool for each coating

4.2 內(nèi)板霧漆調(diào)整

車身內(nèi)外板均采用DURR機(jī)器人噴涂，噴涂工藝為內(nèi)板機(jī)器人噴涂（輸送為GO-STOP形式）+內(nèi)板點檢+外板機(jī)器人噴涂+外板點檢+外板流平+烘干。由于內(nèi)板噴涂到外板噴涂約歷時100 s。內(nèi)板漆霧在這段時間內(nèi)閃干，流平效果較差，且漆霧導(dǎo)致外板噴涂前基材表面不平整，在噴涂外板時影響油漆對于內(nèi)板漆霧的熔融及外板油漆的流平效果，導(dǎo)致各涂層漆霧部位桔皮嚴(yán)重，因此在內(nèi)板調(diào)試過程中需通過軌跡及參數(shù)優(yōu)化減少漆霧。

5 桔皮綜合調(diào)整結(jié)果

經(jīng)過重新調(diào)整中涂和清漆膜厚、提升各涂層膜厚均勻性、調(diào)整機(jī)器人噴涂霧化效果、色漆噴涂比例優(yōu)化、色漆預(yù)烘干脫水率控制、內(nèi)板漆霧調(diào)節(jié)等各方面綜合調(diào)整后，某SUV車型黑色金屬漆桔皮數(shù)據(jù)（表5）及目視效果均得到了顯著改善，目視上整體效果良好，整車漆面飽滿，漆膜均勻，光澤良好。

表5 綜合調(diào)整后某SUV車型黑色金屬漆外觀桔皮數(shù)據(jù)Table 5 The long wave and short wave of a SUV model black metallic paint after comprehensive adjustment

6 結(jié)語

車身桔皮的改善是一個相對復(fù)雜和綜合性的過程，需綜合考慮涂裝各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，除上面介紹的中涂及面涂提升的幾個措施外還需關(guān)注以下因素：

（1） 板材及電泳粗糙度：為獲得高品質(zhì)的外觀，需考慮從板材開始的各個涂層的表面指標(biāo)，一般要求Ra≤1 μm，電泳后表面粗糙度Ra≤0.3 μm；

（2） 涂料的更新：車型顏色從調(diào)試到完全批量生產(chǎn)往往需要很長一段時間，油漆投放后由于前期生產(chǎn)量少，涂料更新率低，涂料中的顏料、鋁粉、珠光等成分在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)剪切力作用下性能會發(fā)生變化，伴隨著色差、流掛等漆膜弊病問題，為保證生產(chǎn)而做出的一些臨時調(diào)整必然會破壞原有的外觀桔皮質(zhì)量，因此需把握油漆更新率，保證生產(chǎn)穩(wěn)定性；

（3） 噴涂環(huán)境（溫濕度）穩(wěn)定性：噴涂環(huán)境對于保證漆膜外觀質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，對水性漆尤為重要，噴房的溫濕度直接影響著漆膜的流平，因此水性涂料施工的溫濕度應(yīng)嚴(yán)格控制在溫度（23±2）℃，濕度（65±5）%范圍內(nèi)；

（4） 烘干爐溫：在滿足油漆固化窗口的前提下，盡可能使升溫平緩。這樣一方面能延長濕膜的流平時間，另一方面可避免由于急劇升溫而造成的漆膜針孔等缺陷；

（5） 涂層打磨：電泳或者中涂后對車身特殊部位（門把手下部、翼子板前角等）重新打磨是降低長短波的有效方法，但需綜合考慮生產(chǎn)節(jié)拍、人員勞動強(qiáng)度及車型產(chǎn)品定位等。