汽車(chē)門(mén)蓋PVC氣泡影響因素及控制方法

劉冬

（一汽-大眾汽車(chē)有限公司，天津301509）

1 前言

PVC 膠也稱(chēng)為聚氯乙烯涂料，其主要功能是保證車(chē)身的防腐性能，同時(shí)PVC 膠條的均勻性也是PVC 外觀質(zhì)量的一個(gè)重要考察項(xiàng)。在汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中，門(mén)蓋折邊區(qū)域特別容易出現(xiàn)PVC 氣泡，不僅影響整車(chē)外觀質(zhì)量，一旦破裂還會(huì)影響整車(chē)的防腐性能。PVC 氣泡是國(guó)內(nèi)外車(chē)企公認(rèn)的世界性難題，往往是伴隨車(chē)型整個(gè)生命周期的產(chǎn)物，是各個(gè)整車(chē)廠的重點(diǎn)研究課題。某款車(chē)型在項(xiàng)目初期PVC 氣泡問(wèn)題嚴(yán)重，單車(chē)PVC 氣泡總數(shù)高達(dá)38 個(gè)，單車(chē)返修率85%，通過(guò)1 年多時(shí)間的摸索和實(shí)踐，目前已經(jīng)成功達(dá)到了單車(chē)氣泡總數(shù)平均1.26 個(gè)、單車(chē)返修率0.95%的行業(yè)領(lǐng)先水平。將就積累的優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)做細(xì)致介紹，為整車(chē)廠PVC 氣泡控制提供參考。

2 PVC氣泡的形成原因

汽車(chē)門(mén)蓋折邊處的PVC 膠具有良好的觸變性，堆積一定厚度時(shí)能保持棱角狀態(tài)，不產(chǎn)生流淌。在熱烘烤下，PVC 膠發(fā)生膠化反應(yīng)，變成不可逆轉(zhuǎn)的彈性物質(zhì)。在PVC 膠條不斷固化的過(guò)程中，由于壓合邊有空腔存留空氣或水分，高溫烘烤過(guò)程中氣體膨脹導(dǎo)致局部形成高壓，將PVC 膠表面頂出氣泡，氣泡形態(tài)如圖1 所示。

圖1 PVC膠條鼓起形成PVC氣泡

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生氣泡的主要原因如下：

a.空腔形成因素

主要有折邊膠壓合后涂膠狀態(tài)不均勻、壓合開(kāi)口過(guò)大、外板單件法蘭邊翹邊。

b.環(huán)境因素

包括環(huán)境溫度和PVC 烘干爐溫度。

c.PVC 材料與工藝因素

PVC 厚度、PVC 與外板端面對(duì)中性和PVC 性能等。

3 PVC氣泡影響因素和控制方法

3.1 空腔形成因素

圖2 所示為焊裝折邊膠涂膠標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)外板貼合面a 區(qū)折邊膠100%填充，d 區(qū)有膠反向溢出，c 區(qū)（又稱(chēng)c 腔）折邊膠100%填充，折邊面b 區(qū)折邊膠填充≥30%，以滿(mǎn)足整體密封和防腐效果。如圖3 所示，在涂裝車(chē)間，為進(jìn)一步提高四門(mén)兩蓋的防腐性能，會(huì)以外板翻邊端面為中心，涂上1 道PVC 膠，這樣就形成了圖2 中所示的密封空腔區(qū)域。密封空腔區(qū)域殘留的氣體可能造成PVC 氣泡的產(chǎn)生。

圖2 折邊膠涂膠標(biāo)準(zhǔn)

那么能否通過(guò)消除密封空腔區(qū)域，從而在原理上減少或者消除氣泡呢，答案是可以的。當(dāng)b 面的折邊膠達(dá)到100%時(shí)，密封空腔區(qū)域會(huì)消失，我公司的某車(chē)型前后蓋即采用了該方法控制氣泡數(shù)量。但是該方法的弊端是會(huì)造成圖4 所示的折邊區(qū)域大量折邊膠溢出，需設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的清膠工位并配置專(zhuān)門(mén)的清膠人員進(jìn)行清擦，增加了成本；同時(shí)壓合模設(shè)備會(huì)大量粘膠，每2 h 左右就需要進(jìn)生產(chǎn)線進(jìn)行壓合模清擦，造成生產(chǎn)節(jié)拍嚴(yán)重脫節(jié)，因此b 面100%涂膠并不是第一選擇。

圖3 PVC打膠示意

圖4 b面100%膠量時(shí)大量折邊膠溢出

3.1.1 折邊膠壓合后涂膠狀態(tài)不均勻

從原理上講，如果b 面的折邊膠涂膠可以達(dá)到均勻的30%，那么在門(mén)或蓋的折邊位置會(huì)形成1 條擁有70%空腔的氣道，在PVC膠條加熱烘干過(guò)程中，密封空腔區(qū)域內(nèi)的氣體可以在長(zhǎng)長(zhǎng)的氣道內(nèi)均勻流通，不會(huì)對(duì)PVC 膠條產(chǎn)生猛烈沖擊，產(chǎn)生氣泡的幾率會(huì)大大減小。但實(shí)際上，穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)門(mén)/蓋整個(gè)總成折邊區(qū)域b 面膠量為均勻的30%十分困難，主要原因有如下2 點(diǎn)：一是折邊膠涂膠位置的穩(wěn)定性較難控制，抓手抓取外板旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，固定不動(dòng)的SCA涂膠機(jī)噴涂出折邊膠，隨著外板的回彈量不同，折邊膠噴涂在外板上的相對(duì)位置會(huì)有波動(dòng)；二是隨著夾具的調(diào)整或新批次內(nèi)外板單件切換，內(nèi)外板之間的匹配狀態(tài)會(huì)隨之改變，匹配變緊的位置折邊膠會(huì)被擠出的更多，反之則擠出的少。綜上，很難長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地保持b 面膠量為均勻的30%，只能通過(guò)定期破檢檢查，及時(shí)調(diào)整折邊膠的軌跡或者膠量來(lái)保持折邊膠涂膠的均勻性。

在收到PVC 氣泡問(wèn)題反饋后，通過(guò)破檢檢查b面折邊膠涂膠均勻性是1 個(gè)常見(jiàn)的辦法，那么一旦發(fā)現(xiàn)涂膠均勻性出現(xiàn)問(wèn)題，如何快速高效地進(jìn)行調(diào)整呢？通過(guò)調(diào)整涂膠軌跡是1 個(gè)辦法，但是調(diào)整涂膠軌跡需要將整個(gè)生產(chǎn)線停下來(lái)，造成20～30 min停臺(tái)，對(duì)于一個(gè)生產(chǎn)節(jié)拍為60 JPH 的工廠來(lái)說(shuō)，意味著損失了20～30 臺(tái)車(chē)的產(chǎn)量。因此調(diào)整涂膠量就成了1個(gè)更理想更經(jīng)濟(jì)的解決辦法。調(diào)整膠量不需要停線，只需要更改SCA 面板參數(shù)即可，為了更精確實(shí)現(xiàn)小范圍所需區(qū)域膠量更改，將整個(gè)涂膠膠道細(xì)化成多個(gè)分段是1個(gè)很好的辦法，如圖5所示，我公司的某車(chē)型前門(mén)折邊膠分成了109 段，可快速實(shí)現(xiàn)各區(qū)域膠量精細(xì)化調(diào)整。

圖5 涂膠分段細(xì)化

3.1.2 壓合開(kāi)口過(guò)大

壓合開(kāi)口代表了外板折邊后其翻邊最外沿張口的大小，其標(biāo)準(zhǔn)要求為≤0.3 mm。如圖6a 所示為正常壓合開(kāi)口狀態(tài)，外板折邊幾乎與內(nèi)板平行；圖6b 為壓合開(kāi)口過(guò)大狀態(tài)，外板折邊明顯未被壓緊。壓合開(kāi)口過(guò)大帶來(lái)的危害是使密封空腔區(qū)域體積大大增加，密封區(qū)域內(nèi)空氣量隨之增加，在加熱過(guò)程中更容易將PVC 膠條鼓起形成PVC 氣泡。

圖6 壓合開(kāi)口狀態(tài)示意

對(duì)于機(jī)械式壓合（整體式壓合），主要通過(guò)調(diào)整終壓合鑲塊墊片、燒焊和研磨終壓合鑲塊型面，提升鑲塊與工件的匹配程度實(shí)現(xiàn)壓合開(kāi)口的整體減小。對(duì)于滾輪式壓合，主要通過(guò)調(diào)整滾輪與工件的角度和距離來(lái)調(diào)整壓合開(kāi)口大小，滾邊壓合為多序滾邊，其中最后一序?qū)τ诳刂茐汉祥_(kāi)口最為關(guān)鍵。

3.1.3 外板單件法蘭邊翹邊

外板單件法蘭邊翹邊是指外板單件法蘭邊最外沿呈翹起狀態(tài)，如圖7a 所示為單件法蘭邊呈平順狀態(tài)，圖7b 為單件法蘭邊翹邊狀態(tài)。單件法蘭邊翹邊帶來(lái)的最大危害就是使壓合開(kāi)口變大，因?yàn)榉ㄌm邊尺寸較小，終壓合鑲塊壓緊再松開(kāi)后，外板法蘭邊又反彈回翹邊形態(tài)，也就是說(shuō)壓合過(guò)程無(wú)法緩解單件翹邊缺陷。壓合開(kāi)口變大帶來(lái)了PVC 氣泡發(fā)生概率的增加，因此單件法蘭邊翹邊對(duì)PVC 氣泡的控制尤為不利。圖8 展示了我公司某款車(chē)型前蓋在單件法蘭邊平順和翹邊2 種狀態(tài)下的試驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)單件法蘭邊平順時(shí)氣泡狀態(tài)明顯優(yōu)于單件翹邊時(shí)的狀態(tài)。

圖7 單件法蘭邊狀態(tài)

圖8 單件不同的法蘭邊狀態(tài)對(duì)應(yīng)氣泡情況

在沖壓?jiǎn)渭a(chǎn)過(guò)程中，為了保證表面質(zhì)量良好、板材充分成型，選擇性地對(duì)部分單件使用了夾持翻邊工藝，夾持翻邊工藝對(duì)單件的成型、表面質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性均非常有利，但是帶來(lái)的1 個(gè)副作用就是法蘭邊翹邊。當(dāng)發(fā)現(xiàn)單件法蘭邊翹邊嚴(yán)重影響了PVC 氣泡后，最好的辦法是聯(lián)合沖壓車(chē)間對(duì)單件的夾持翻邊力進(jìn)行優(yōu)化，找到1 個(gè)翹邊與表面質(zhì)量、尺寸穩(wěn)定性都可接受的狀態(tài)，鎖定此時(shí)的夾持翻邊工藝參數(shù)，做到綜合性能最優(yōu)。

3.2 環(huán)境因素

3.2.1 環(huán)境溫度

在各整車(chē)廠實(shí)際批量生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，夏季隨著溫度的不斷升高，PVC氣泡的狀態(tài)急劇惡化，這主要是因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，折邊膠的黏度降低，折邊膠保持其原有涂膠狀態(tài)的能力變差，導(dǎo)致涂膠均勻性變差進(jìn)而容易產(chǎn)生氣泡。同時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)經(jīng)過(guò)2天的周末停產(chǎn)后，再生產(chǎn)時(shí)氣泡狀態(tài)普遍較差。如圖9所示展示了某周統(tǒng)計(jì)的每日氣泡返修數(shù)據(jù)，周中氣泡每日返修平均值為12個(gè)，在周一的時(shí)候氣泡狀態(tài)出現(xiàn)波動(dòng)，需返修氣泡數(shù)為19個(gè)，返修量增加了42%。氣泡狀態(tài)波動(dòng)與門(mén)/蓋總成儲(chǔ)備有關(guān)系，在經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)間的放置后，一方面門(mén)/蓋總成折邊內(nèi)的折邊膠狀態(tài)發(fā)生了變化，變得不均勻，使得氣道出現(xiàn)堵塞；另一方面折邊膠吸收了空氣中的水分，使得氣體來(lái)源增加。這2個(gè)不利因素導(dǎo)致PVC氣泡發(fā)生概率大大增加，因此在面臨較長(zhǎng)時(shí)間的停產(chǎn)放假時(shí)，降低在線儲(chǔ)備數(shù)量對(duì)PVC氣泡的控制是有利的。

圖9 某周統(tǒng)計(jì)的每日氣泡返修數(shù)據(jù)

3.2.2 PVC 烘干爐溫度

PVC氣泡產(chǎn)生的原理是加熱時(shí)門(mén)鈑金折邊內(nèi)的氣體向外擴(kuò)散，將PVC 膠鼓起來(lái)，因此烘干爐的峰值溫度越高、升溫速率越快，PVC氣泡產(chǎn)生的動(dòng)力就更足，在滿(mǎn)足PVC膠條烘干的前提下適當(dāng)降低峰值溫度和升溫速率對(duì)控制PVC 氣泡有正向作用。我公司某車(chē)型采用降低烘干爐峰值溫度和升溫速率的方法，實(shí)現(xiàn)了單車(chē)平均氣泡數(shù)下降2.5 個(gè)。如圖10所示，優(yōu)化前的烘干爐峰值溫度為145 ℃，加熱5.5 min 后接近溫度峰值，升溫速率為26 ℃/min(曲線1，循環(huán)空氣溫度)；優(yōu)化后的烘干爐峰值溫度為136 ℃，加熱8 min 后接近溫度峰值,升溫速率為17 ℃/min（曲線2）。優(yōu)化后的爐溫曲線可滿(mǎn)足PVC膠條的烘干需求和生產(chǎn)節(jié)拍需求，對(duì)PVC氣泡的控制起到了正向作用。

3.3 PVC材料工藝因素

3.3.1 PVC 厚度

PVC厚度的標(biāo)準(zhǔn)范圍為1.5～2.0 mm，PVC的厚度越大，氣體需要將PVC 頂起的力就越大，因此對(duì)于PVC厚度，取上限進(jìn)行控制對(duì)PVC氣泡有利。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，PVC 厚度最高達(dá)到了2.5 mm 左右。另外需要關(guān)注的是PVC 厚度過(guò)大時(shí)在車(chē)門(mén)調(diào)整時(shí)容易發(fā)生PVC磕裂，因此PVC厚度要根據(jù)氣泡和車(chē)身匹配間隙綜合進(jìn)行考量。

3.3.2 PVC 與外板端面對(duì)中性

PVC 膠條與外板端面的對(duì)中性對(duì)氣泡產(chǎn)生也是有影響的。PVC 膠條在涂覆后呈現(xiàn)中間最厚，兩邊逐漸變薄的圓弧狀。如圖11a 所示，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下PVC 涂覆時(shí)以外板翻邊端面為中心，這樣可以有效保證PVC 膠條最厚的位置恰好處于外板翻邊端面處，其抵抗氣體逸出的能力更強(qiáng)，氣泡發(fā)生的概率更低。如圖11b 所示，如果PVC 膠條與外板端面的對(duì)中性不好，PVC 膠條的有效厚度會(huì)變小，抵抗氣體逸出的能力變?nèi)?，出現(xiàn)PVC 氣泡的概率會(huì)增加。整車(chē)廠涂裝車(chē)間一般設(shè)置有PVC 雙線，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)PVC 雙線的PVC 氣泡發(fā)生概率有明顯差異時(shí)，可以對(duì)2 條PVC 生產(chǎn)線的PVC厚度和PVC 與外板端面對(duì)中性進(jìn)行對(duì)比分析，尋求問(wèn)題解決方案。

3.3.3 PVC 性能

PVC 膠的性能對(duì)PVC 氣泡有顯著影響，在探究PVC 氣泡的影響因素過(guò)程中，我公司對(duì)甲乙廠家2 款PVC 膠產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，如圖12a 所示，結(jié)果顯示甲乙廠家PVC 氣泡總數(shù)基本相同，但是乙廠家的＞8 mm 氣泡數(shù)明顯少于甲廠家?；谠囼?yàn)結(jié)果，甲廠家對(duì)自身產(chǎn)品進(jìn)行性能改進(jìn)，調(diào)整PVC 膠中樹(shù)脂A 和樹(shù)脂B 的比例，PVC 膠的斷裂延伸率由165%提升至190%、拉伸強(qiáng)度由1.6 MPa 提升至2 MPa。如圖12b 所示，PVC 膠優(yōu)化后的單車(chē)氣泡數(shù)和單車(chē)＞8 mm 氣泡數(shù)均明顯下降，取得了良好的優(yōu)化效果。在PVC 膠的性能穩(wěn)定后，應(yīng)組織對(duì)PVC 膠進(jìn)行定期檢驗(yàn)，以鞏固PVC 膠性能的優(yōu)化效果，一旦性能出現(xiàn)波動(dòng)，及時(shí)通知廠家優(yōu)化。

圖10 烘干爐溫度曲線

圖11 PVC與外板端面對(duì)中情況

4 PVC氣泡控制流程

PVC 氣泡成因復(fù)雜，主要核心影響因素在于焊裝車(chē)間和涂裝車(chē)間，只有實(shí)現(xiàn)焊涂車(chē)間合理的任務(wù)分工，相互合作才能實(shí)現(xiàn)快速聯(lián)動(dòng)，減少甚至消除氣泡對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，如表1 所示為焊裝車(chē)間和涂裝車(chē)間各區(qū)域任務(wù)分工。

4.1 氣泡統(tǒng)計(jì)

由涂裝車(chē)間安排專(zhuān)人每日進(jìn)行25 臺(tái)車(chē)的四門(mén)兩蓋氣泡統(tǒng)計(jì)工作，確定氣泡發(fā)生位置和概率。統(tǒng)計(jì)的氣泡類(lèi)型分為3 種，第1 種為凹陷/破損氣泡、第2 種為直徑＞8 mm 的氣泡、第3 種為直徑3～8 mm 的氣泡，＜3 mm 氣泡不計(jì)入統(tǒng)計(jì)。氣泡統(tǒng)計(jì)模板如圖13 所示，在統(tǒng)計(jì)時(shí)采用畫(huà)正字的方法記錄氣泡發(fā)生頻次。

圖12 PVC氣泡對(duì)比情況

氣泡統(tǒng)計(jì)有三要素，首先是專(zhuān)人統(tǒng)計(jì)。固定專(zhuān)人統(tǒng)計(jì)能保證不會(huì)因?yàn)槿说囊蛩貙?dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果突變，對(duì)氣泡控制方向造成誤導(dǎo)；其次是至少有25臺(tái)的數(shù)據(jù)，氣泡發(fā)生是一種概率事件，只有樣本量足夠時(shí)才能統(tǒng)計(jì)出氣泡的真實(shí)發(fā)生率；最后是使用皮尺測(cè)量氣泡的位置坐標(biāo)（圖14 所示，皮尺需要去掉金屬頭，防止劃傷零件表面），精準(zhǔn)識(shí)別氣泡位置，便于氣泡原因分析。考慮到人的臂展、實(shí)際總成大小以及操作時(shí)的方便程度，如圖15 所示對(duì)總成設(shè)定了測(cè)量起始點(diǎn)，從起始點(diǎn)開(kāi)始抻皮尺，直線到達(dá)氣泡位置便為氣泡的坐標(biāo)，同時(shí)朝不同的方向設(shè)定為了正值和負(fù)值。

表1 焊裝和涂裝各區(qū)域任務(wù)分工

圖13 氣泡統(tǒng)計(jì)模板

圖14 皮尺

4.2 氣泡分析和優(yōu)化

在獲取PVC 氣泡具體位置和發(fā)生概率后，針對(duì)發(fā)生概率≥20%的位置進(jìn)行原因分析，如圖16 所示，前蓋共識(shí)別出9 個(gè)固定點(diǎn)，集中于前蓋前沿和后沿。通過(guò)檢查固定氣泡位置的折邊膠涂膠狀態(tài)、壓合開(kāi)口情況、PVC 膠條狀態(tài)，可以鎖定問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因。

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集和分析，9 個(gè)固定氣泡產(chǎn)生的原因梳理完畢，如圖17 所示，分別為壓合開(kāi)口大、單件翹邊、PVC 膠條不居中、單件接刀口和b 面涂膠不均勻，可根據(jù)上文所述方法開(kāi)展固定點(diǎn)的PVC氣泡控制工作。

圖15 不同總成的測(cè)量起始點(diǎn)和方向設(shè)置

圖16 固定氣泡位置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

圖17 固定氣泡根因分析

通過(guò)應(yīng)用上文所述的PVC 氣泡控制方法，經(jīng)過(guò)1 年多時(shí)間的摸索和實(shí)踐，如圖18 所示，我公司某款車(chē)型實(shí)現(xiàn)了從項(xiàng)目初期單車(chē)氣泡數(shù)38 個(gè)到目前單車(chē)氣泡數(shù)1.26 個(gè)，單車(chē)返修率由85%下降至0.95%。

圖18 單車(chē)氣泡數(shù)與返修率下降情況

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)汽車(chē)門(mén)蓋PVC 氣泡影響因素進(jìn)行了深入分析，共總結(jié)出3 大類(lèi)影響因素：包括空腔形成因素、環(huán)境因素和PVC 材料工藝因素，并對(duì)每種因素細(xì)分小類(lèi)，每小類(lèi)因素對(duì)PVC 氣泡的影響規(guī)律做了細(xì)致的分析和介紹，總結(jié)了對(duì)應(yīng)每類(lèi)因素應(yīng)對(duì)PVC 氣泡的控制方法。同時(shí)介紹了整車(chē)廠的PVC氣泡改善責(zé)任分工和完整的控制流程，可參考文中使用的工具、統(tǒng)計(jì)模板和分析思路開(kāi)展實(shí)際的PVC 氣泡控制工作。同時(shí)需要指出，PVC 氣泡是1個(gè)普遍存在的且得到公認(rèn)的世界性難題，往往是伴隨車(chē)型整個(gè)生命周期的產(chǎn)物，但是只要掌握氣泡的發(fā)生規(guī)律，做好各項(xiàng)因素控制，就可將PVC 氣泡的影響控制在工廠可接受范圍之內(nèi)，保證工廠的生產(chǎn)平順性。