新車型開(kāi)發(fā)階段涂膠定義優(yōu)化及驗(yàn)證

董越，于超，聶振凱

（吉利汽車集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315336）

近年來(lái)客戶需求的多樣化引導(dǎo)汽車行業(yè)及其產(chǎn)品走向多元化、差異化。在中國(guó)市場(chǎng)，每年已有上百款全新及換代車型投放到各細(xì)分市場(chǎng)，形成差異化競(jìng)爭(zhēng)。新車型及換代車型的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為汽車企業(yè)發(fā)展和生存的必要條件。汽車輕量化是指在保證性能達(dá)標(biāo)的前提下盡可能減輕其整體質(zhì)量，以便提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染，已成為世界汽車發(fā)展的潮流。實(shí)驗(yàn)證明，汽車質(zhì)量降低一半，燃料消耗也會(huì)降低將近一半。

密封膠作為汽車生產(chǎn)必需的輔助材料，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。涂裝工藝用膠是汽車上用量最大的一類。因此減少汽車涂裝用膠量可以有效減輕整車質(zhì)量，減少排放。根據(jù)調(diào)研，目前主流汽車廠的單臺(tái)車涂膠量均在10 kg以上，占車身涂裝總質(zhì)量的一半以上，設(shè)計(jì)階段涂膠定義存在過(guò)定義、少定義、錯(cuò)定義等各類問(wèn)題，而后續(xù)實(shí)車又缺乏長(zhǎng)期的相關(guān)性能驗(yàn)證，導(dǎo)致涂膠輕量化推進(jìn)較慢。

本文基于某公司推進(jìn)新車型涂膠定義輕量化專項(xiàng)工作中的經(jīng)驗(yàn)，介紹了涂膠工序在輕量化工作中的應(yīng)用。

1 汽車涂裝用膠簡(jiǎn)介

涂裝用膠的品種不多，卻是用量最多的一類，主要包含焊縫密封膠、車底抗石擊涂料、LASD(水性可噴涂隔音材料)、裙邊膠和指壓膠。

1.1 焊縫密封膠

焊縫密封膠是一種膏狀密封膠，具有很好的觸變性，加熱塑化后具有一定的粘接強(qiáng)度、耐磨性、耐撓曲性，與電泳底漆有良好的結(jié)合力[1]。焊縫密封膠主要涂覆于車身鈑金件搭接焊縫區(qū)域，例如地板、機(jī)艙、外覆蓋件等需要密封與防腐的區(qū)域[1]。根據(jù)涂裝工藝，焊縫密封膠分為UBS(下車身自動(dòng)密封)、粗密封和細(xì)密封。

1.2 車底抗石擊涂料

車底抗石擊涂料，又稱UBC(也被指下車身自動(dòng)抗石擊噴涂)，主要應(yīng)用于車身底部、輪罩等容易發(fā)生石擊的部位，其作用是緩沖汽車高速行駛過(guò)程中諸如沙、石等物體對(duì)車身的強(qiáng)烈沖擊，提高車身抗腐蝕能力，延長(zhǎng)使用壽命[2]。

1.3 LASD

LASD是一種基于丙烯酸類聚合物的可噴涂水性隔音阻尼涂料。其涂附于電泳層表面，并在涂裝車間完成烘烤固化，用于降低車身的噪聲和振動(dòng)，提升NVH性能(即噪聲、振動(dòng)和不平順性)。

1.4 裙邊膠

裙邊膠是一種涂附在門檻裙邊位置的抗石擊膠，主要用于提升此處抗石擊性和防腐性，此外還需滿足涂層外觀要求和附著力指標(biāo)。

1.5 指壓膠

指壓膠是指壓密封膠的簡(jiǎn)稱，實(shí)際上是一種密封膩?zhàn)樱檬种竿磕?、壓?shí)。主要用于車身焊裝后所形成的較大縫隙的密封，以及凹凸不平處的修飾，等等。該材料在客車、越野車、重型卡車等車型中應(yīng)用較多，乘用車領(lǐng)域近年來(lái)因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，其應(yīng)用越來(lái)越少。

2 行業(yè)內(nèi)涂膠對(duì)標(biāo)

通過(guò)大量調(diào)研，結(jié)合拆解競(jìng)品車所得信息，收集了行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀競(jìng)品的涂膠量及實(shí)車涂膠照片用于分析并尋找差距，部分結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同公司轎車(a)與多功能越野車(b)的涂膠用量Figure 1 Dosage of sealant for sedans (a) and sport utility vehicles (b) manufactured by different companies

可見(jiàn)筆者所在公司現(xiàn)有產(chǎn)品的涂膠質(zhì)量較主流競(jìng)品高出25% ~ 50%不等，涂膠存在較大的優(yōu)化空間。通過(guò)對(duì)比膠條長(zhǎng)度、車身結(jié)構(gòu)、鈑金數(shù)量、底盤覆蓋件等方面，發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)車型涂膠定義主要存在如下問(wèn)題：

(1) 下車身多數(shù)焊縫采用“三道膠”(即“焊裝膠 + UBS + 涂裝內(nèi)部涂膠”)定義，內(nèi)涂過(guò)多。

(2) 車底UBS與UBC大量重疊，UBS過(guò)定義。

(3) 車身有底護(hù)板或底盤件遮擋區(qū)仍使用了UBC，過(guò)度使用了抗石擊膠。

(4) UBC層過(guò)厚，且缺少區(qū)域細(xì)分。

(5) 車身鈑金分件過(guò)多，導(dǎo)致焊縫總長(zhǎng)度過(guò)大，涂膠長(zhǎng)度增加。

(6) 單防腐用膠運(yùn)用過(guò)多，需要優(yōu)化鍍鋅板的使用。

3 涂膠定義優(yōu)化策略的制定

通過(guò)組織屬性、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造等相關(guān)部門根據(jù)對(duì)標(biāo)結(jié)果共同制定了涂膠優(yōu)化方案及驗(yàn)證計(jì)劃(見(jiàn)表1)，用于指導(dǎo)各車型具體工作的開(kāi)展。

表1 涂膠方案優(yōu)化策略及驗(yàn)證計(jì)劃Table 1 Optimization strategies and verification methods of gluing plans

3.1 抗石擊涂料定義策略細(xì)化

3.1.1 底板下部

有護(hù)板防護(hù)的區(qū)域(如隔熱板、油箱、排氣管等大面積遮擋可視為護(hù)板)不再采用抗石擊膠。根據(jù)石擊頻次及強(qiáng)度，將無(wú)護(hù)板防護(hù)的區(qū)域細(xì)分為重點(diǎn)和一般防護(hù)區(qū)域(如圖2所示)，UBC層厚度相應(yīng)設(shè)定為0.8 ~ 1.2 mm和0.6 ~ 1.0 mm。

圖2 車身底板下部防護(hù)程度分級(jí)Figure 2 Classification of protection levels for lower underbody

3.1.2 輪罩

輪罩區(qū)為石擊極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，對(duì)抗石擊性能的要求為全車之最，所需厚度建議參考表2。

表2 輪罩區(qū)域UBC厚度建議Table 2 Thickness of underbody coating for wheel house

3.1.3 其他

迎風(fēng)面區(qū)域應(yīng)噴涂UBC，如圖3所示。針對(duì)護(hù)板覆蓋區(qū)域，小于覆蓋邊界30 mm的區(qū)域應(yīng)涂覆UBC，但應(yīng)避開(kāi)安裝點(diǎn)(見(jiàn)圖4)。需要進(jìn)行遮蔽的孔及螺栓，遮蔽區(qū)域最多不能超過(guò)邊緣以外25 mm(見(jiàn)圖5)。

圖3 車底迎風(fēng)面涂覆UBC示例Figure 3 Example showing how to spray underbody coating for windward of underbody

圖4 在護(hù)板覆蓋區(qū)域噴涂UBC的示意圖Figure 4 Schematic diagram of spraying underbody coating at the area covered by guard plate

圖5 孔及螺栓周圍UBC噴涂示意圖Figure 5 Schematic diagram of spraying underbody coating around holes and bolts

3.2 焊縫密封膠定義策略細(xì)化

車身涂裝焊縫密封膠按作用可分為兩種：一種只起防腐作用，另一種同時(shí)起密封和防腐作用。原則上設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮優(yōu)化結(jié)構(gòu)，盡量減少使用單一作用的焊縫密封膠。在設(shè)計(jì)焊縫密封膠時(shí)需緊密結(jié)合焊裝膠，減少膠定義，避免過(guò)定義。

車身焊縫密封膠因各車型結(jié)構(gòu)不同而存在較大差異，首先對(duì)全車焊縫進(jìn)行分類(如圖6所示)，再按照以下策略執(zhí)行：

圖6 車身焊縫的分類Figure 6 Classification of body weld

(1) 所有直通車內(nèi)的焊縫要求采用“焊裝膠 + 車外涂裝膠”，車內(nèi)涂裝膠建議取消或盡量減少，如將三道膠減少為二道。

(2) 對(duì)于所有不通外的焊縫，不定義涂裝膠。

(3) 對(duì)于所有不通車內(nèi)的焊縫，根據(jù)所處區(qū)域、所選板材及結(jié)構(gòu)，建議對(duì)存在中高風(fēng)險(xiǎn)的焊縫定義焊縫密封膠，低風(fēng)險(xiǎn)的焊縫則不定義或少定義，通過(guò)板材選型來(lái)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，如采用鍍鋅板等自身具有較好耐腐蝕能力的板材。

(4) 車外焊縫如處在UBC定義范圍內(nèi)，建議取消焊縫密封膠，只保留UBC。

(5) 對(duì)于拼接或加強(qiáng)板等的焊接，建議連接焊縫設(shè)計(jì)為不直通車外的焊縫，取消搭接縫密封膠定義。

(6) 對(duì)于可成型的沖壓件，在平衡工藝、成本的同時(shí)，盡量減少鈑金分件，從而縮短需要定義焊縫密封膠的焊接縫長(zhǎng)度。

(7) 能設(shè)計(jì)不通車外的焊縫時(shí)應(yīng)盡量避免，如后圍內(nèi)外板搭接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖7)。

圖7 后圍內(nèi)板、外板焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)Figure 7 Weld structures of rear internal and exterior plates

3.3 裙邊膠定義策略細(xì)化

(1) SUV、MPV車型以及中高檔轎車全部采用門檻護(hù)板方案，從而取消裙邊膠。

(2) 低檔轎車盡量采用門檻護(hù)板，如無(wú)護(hù)板，參考圖8來(lái)定義噴涂區(qū)域。

圖8 裙邊膠噴涂區(qū)域Figure 8 Areas to be sprayed with side skirt adhesive

(3) 裙邊膠噴涂厚度300 ~ 500 μm。

3.4 LASD定義策略細(xì)化

(1) 水平面的LASD厚度不大于3 mm，立面的LASD厚度不大于2 mm，頂面不建議采用LASD。

(2) LASD噴涂區(qū)域尺寸要求50 ~ 100 mm寬，或?yàn)槠浔稊?shù)，以滿足機(jī)器人噴涂的要求。

(3) LASD噴涂避免覆蓋堵蓋、貼片和焊縫密封膠。

3.5 指壓膠定義策略

因指壓膠存在易老化、脫落等風(fēng)險(xiǎn)，新車型、新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要避免較大孔洞或縫隙的存在，不考慮使用指壓膠，代之以焊縫密封膠，以滿足密封要求。

4 實(shí)車驗(yàn)證

涂裝膠按用途主要分為2類，即NVH性能和防腐性，而匹配的驗(yàn)證方法有白車身氣密性測(cè)試[3]、整車氣密性測(cè)試(見(jiàn)圖9)、整車NVH性能評(píng)估以及整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)。所有車型的涂膠策略都需要經(jīng)過(guò)實(shí)車整車驗(yàn)證，評(píng)價(jià)合格后方能批量推廣應(yīng)用。選取目標(biāo)車型，依據(jù)上述策略制定了適合該車型的涂膠優(yōu)化方案，并制作樣車開(kāi)展了試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

圖9 白車身(a)和整車(b)氣密性驗(yàn)證試驗(yàn)Figure 9 Air tightness test for white body (a) and whole vehicle (b)

根據(jù)實(shí)車評(píng)價(jià)結(jié)果，涂膠策略實(shí)施前后，白車身和整車氣密性均能達(dá)成設(shè)計(jì)指標(biāo)，數(shù)據(jù)上無(wú)明顯差異。整車NVH性能主觀評(píng)價(jià)方面無(wú)明顯差別，滿足車型設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。NVH性能滿足企標(biāo)和車型設(shè)計(jì)要求。而從強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)靜態(tài)以及拆解后評(píng)價(jià)的結(jié)果(見(jiàn)圖10)可知，涂膠實(shí)施后車身的腐蝕等級(jí)及狀態(tài)滿足企標(biāo)的要求，符合車型設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖10 強(qiáng)化腐蝕車驗(yàn)證Figure 10 Evaluation of whole-vehicle accelerated corrosion test

5 涂膠定義策略的標(biāo)準(zhǔn)化及輸出

根據(jù)前期策略制定了各車型分別對(duì)應(yīng)的涂膠方案，并經(jīng)過(guò)實(shí)車驗(yàn)證，部分車型的實(shí)施效果列于表3。

表3 部分優(yōu)化方案及成果Table 3 Some optimized schemes and the results of their implementation

通過(guò)多車型多輪實(shí)車驗(yàn)證，筆者的團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步優(yōu)化和提升了前期制定的策略，并整理成冊(cè)，完善到企業(yè)內(nèi)部的《車身防腐設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)文件中，用于支持后續(xù)新車型的設(shè)計(jì)。

同時(shí)，將涂膠定義相關(guān)要求完善到了MR(制造需求)清單中，用于支持后續(xù)新車型開(kāi)發(fā)過(guò)程中的SE(同步工程)分析工作，確保在滿足整車質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)涂膠定義及涂裝制造成本的最優(yōu)化。

6 結(jié)語(yǔ)

輕量化已成為汽車發(fā)展的主要方向，涂膠是涂裝減重的關(guān)鍵工序，而涂膠實(shí)施結(jié)果對(duì)整車防腐及NVH性能起著至關(guān)重要的作用，涂膠定義的優(yōu)化已成為新車型開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)工作之一。

為保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低單車制造成本，達(dá)成整車降重，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的需求，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、驗(yàn)證階段都需要對(duì)產(chǎn)品的搭接結(jié)構(gòu)、板材選用、密封膠條的定義等多方面進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龊蛧?yán)格的驗(yàn)證。既要避免設(shè)計(jì)不良而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格，也要嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)剩，避免造成制造成本增加、車輛增重、設(shè)備改造投資浪費(fèi)等問(wèn)題。

涂膠定義優(yōu)化驗(yàn)證是一個(gè)多部門統(tǒng)籌工作，在實(shí)際工作中要充分協(xié)調(diào)好上下游部門，共同參與組織方案的評(píng)審、制作與驗(yàn)證，并嚴(yán)格根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果推進(jìn)落實(shí)，做好質(zhì)量、成本的平衡。同時(shí)，在開(kāi)展工作時(shí)，要做好組織過(guò)程資產(chǎn)的積累，及時(shí)總結(jié)，推進(jìn)產(chǎn)品、涂膠定義等項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化，提升后續(xù)新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力。