塑料充電口蓋隨車噴涂

趙安偉，周 華，易新念 （北京汽車股份有限公司，北京 101300）

0 引言

隨著我國(guó)汽車保有量的逐年升高和人們生態(tài)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，汽車尾氣排放、環(huán)境污染成為社會(huì)關(guān)注、國(guó)家治理的焦點(diǎn)之一，國(guó)家更是大力發(fā)展新能源汽車和充電樁的普及建設(shè)，推進(jìn)節(jié)能減排和生態(tài)環(huán)境治理。無(wú)論是傳統(tǒng)油車還是油電混合或者純電新能源車，輕量化都是減少排放、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途經(jīng)。在充電資源和充電效率不足的大環(huán)境下，新能源車更是迫切需要進(jìn)行車身輕量化以提高續(xù)航里程。

汽車輕量化的方式方法有很多，如碳纖維機(jī)蓋及其它車身件的應(yīng)用、塑料翼子板和塑料后背門等塑料件的應(yīng)用，這些一般會(huì)作為外飾件由供應(yīng)商加工噴涂完成后直接送總裝車間裝配使用，對(duì)涂裝施工無(wú)不良影響；金屬件，如鋁合金車身以及鎂鋁合金件的應(yīng)用等則主要對(duì)涂裝前處理電泳過程產(chǎn)生影響。本研究針對(duì)塑料件中需隨車一起涂裝的塑料充電口蓋的噴涂工藝進(jìn)行分析討論。

1 塑料件的應(yīng)用

在塑料復(fù)合材料強(qiáng)度和表面加工等滿足汽車高品質(zhì)要求后，塑料件的應(yīng)用成為車身輕量化的一個(gè)重要途徑，相比傳統(tǒng)車身的金屬件，塑料件從根源上杜絕了生銹腐蝕的可能，但塑料材質(zhì)成本高、易于變形等問題也在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。

早期新能源車的充電口設(shè)置在前保險(xiǎn)杠上，便于與充電樁的連接，充電口蓋和保險(xiǎn)杠采用相同材質(zhì)，但對(duì)車身輕量化沒有貢獻(xiàn)。隨著社會(huì)需求和技術(shù)的進(jìn)步，新能源車充電口和傳統(tǒng)油車一樣設(shè)置在車身側(cè)圍甚至翼子板上，本研究所涉及的新能源車充電口設(shè)置在翼子板上（圖1），充電口蓋作為車身結(jié)構(gòu)的一部分繼續(xù)采用塑料件的方式為車身輕量化做出貢獻(xiàn)。

圖1 翼子板充電口蓋Figure 1 Flap charging port cover

2 塑料充電口蓋隨車涂裝方案設(shè)計(jì)

塑料充電口蓋隨車涂裝可以避免顏色上的外觀和色差匹配問題，同時(shí)保證高溫漆漆膜質(zhì)量與車身一致，在塑料充電口蓋可以滿足涂裝高溫烘烤的條件下設(shè)計(jì)為隨車涂裝，需進(jìn)行涂裝方案設(shè)計(jì)分析和噴涂驗(yàn)證。

2.1 充電口蓋樣式

充電口蓋設(shè)計(jì)樣式見圖2，其中只有蓋板部分進(jìn)入涂裝車間，開關(guān)口盒總成部分直接進(jìn)入總裝安裝，因此蓋板無(wú)法在焊裝隨車裝車進(jìn)入涂裝，只能作為零部件送貨，且需設(shè)計(jì)噴涂工裝才能安裝到車身進(jìn)行隨車噴涂。

圖2 塑料充電口樣式Figure 2 Plastic charging port style

2.2 塑料充電口蓋耐高溫設(shè)計(jì)

充電口蓋供貨為處理后的黑件，無(wú)需進(jìn)行前處理電泳。根據(jù)涂裝車間工位排布，充電口蓋的安裝工裝和安裝到車身設(shè)計(jì)為涂膠前的面漆工裝更換工位進(jìn)行，由于涂裝車間采用3C1B水性漆涂裝工藝，充電口蓋裝車后涉及到有涂膠烘干要求（130 ℃，10 min；140 ℃，20 min）的高溫烘烤以及不到100 ℃的中涂預(yù)烘干和色漆預(yù)烘干，實(shí)際爐溫最高可達(dá)155 ℃，同時(shí)考慮返修二次烘烤的的適應(yīng)性。

因此塑料充電口蓋在保證實(shí)車長(zhǎng)期使用過程中的各種開關(guān)和耐性性能測(cè)試之外，進(jìn)涂裝噴涂的蓋板還專門設(shè)計(jì)了高溫?zé)嶙冃螠囟葴y(cè)試，以保證在涂裝噴涂高溫烘烤過程中不會(huì)發(fā)生變形問題。

2.3 塑料充電口蓋噴涂工裝設(shè)計(jì)

充電口蓋只能通過噴涂工裝安裝到車身后進(jìn)行噴涂，工裝設(shè)計(jì)樣式成為充電口蓋噴涂效果和產(chǎn)品質(zhì)量能否達(dá)成的重要影響因素。

2.3.1 “靜電環(huán)”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在水性漆靜電噴涂工藝下，塑料充電口蓋同樣要求有一定的導(dǎo)電性，但受結(jié)構(gòu)影響且塑料畢竟與金屬不同，為避免充電口蓋邊緣的油漆靜電聚集效應(yīng)導(dǎo)致邊緣部位的質(zhì)量不良，建議設(shè)計(jì)“靜電環(huán)”結(jié)構(gòu)，如圖3所示，但“靜電環(huán)”結(jié)構(gòu)使工裝更加復(fù)雜、沉重，操作不便，可根據(jù)實(shí)際噴涂調(diào)試結(jié)果對(duì)“靜電環(huán)”進(jìn)行優(yōu)化，改為開口結(jié)構(gòu)甚至無(wú)“靜電環(huán)”結(jié)構(gòu)。

圖3 充電口蓋噴涂工裝設(shè)計(jì)Figure 3 The spraying tooling design for the changing port cover

2.3.2 充電口蓋固定方式和固定位置

只有充電口蓋板需要隨車噴涂，蓋板本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用于固定的結(jié)構(gòu)特征不多，因此主要通過局部卡接結(jié)構(gòu)利用重力作用進(jìn)行卡壓固定（圖3），與車身的連接則根據(jù)安裝位置不同進(jìn)行彈性設(shè)計(jì)，本車型將充電口蓋安裝在靠近翼子板安裝位置的窗框位置，安裝后周圍噴涂空間充足，和窗框其它部位之間不會(huì)造成相互的噴涂干擾。

2.3.3 噴涂部位要求

工裝設(shè)計(jì)不能遮擋充電口蓋的噴涂區(qū)域，尤其是不能遮擋總裝裝配后蓋板內(nèi)側(cè)外露區(qū)域，本工裝設(shè)計(jì)利用蓋板內(nèi)側(cè)的卡接區(qū)域進(jìn)行固定，工裝完全處在卡接點(diǎn)的內(nèi)部，不影響外露部位的噴涂。

3 塑料充電口蓋隨車涂裝調(diào)試

充電口蓋的噴涂調(diào)試和新車型噴涂調(diào)試流程一致，只是其不需要前處理電泳，因此從充電口蓋到貨和安裝到車身開始進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證。

3.1 安裝拆卸

（1） 充電口蓋的供貨采用紙箱方式，蓋板間有隔離保護(hù)，為防止蓋板本身的磕碰劃傷，供貨后不能直接拿出堆放，可直接將紙箱放到工位旁的貨架上，在工裝安裝時(shí)再單獨(dú)一個(gè)個(gè)取出并裝車，安裝需佩戴專用不掉毛潔凈手套以及注意安裝步驟，避免污染和劃傷充電口蓋。

（2） 充電口蓋工裝的放置和轉(zhuǎn)運(yùn)與其它面漆工裝一致，但充電口蓋工裝結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，建議可在工位旁設(shè)置貨架，工裝按次序掛到貨架上，取用方便。

（3） 受“靜電環(huán)”結(jié)構(gòu)影響，工裝沉重使用不便，在噴涂驗(yàn)證不會(huì)產(chǎn)生邊緣氣泡等油漆過厚問題后，將工裝改為了“山”字形的頂部開口且兩側(cè)立桿只有一半高度的“半環(huán)”設(shè)計(jì)，減輕了工裝質(zhì)量。

（4） 涂裝工裝不進(jìn)入總裝，因此報(bào)交時(shí)拆卸工裝，拆卸后的塑料充電口蓋需放到地板平整部位，避免車身運(yùn)行時(shí)磕碰劃傷。

3.2 噴涂調(diào)試

（1） 噴涂前準(zhǔn)備：充電口蓋安裝后同樣需要進(jìn)行表面質(zhì)量檢查和打磨擦拭，由于工裝安裝點(diǎn)僅有簡(jiǎn)易固定，操作時(shí)需一只手固定住充電口蓋避免用力過大脫落。

（2） 機(jī)器人仿形：新能源新車型生產(chǎn)車間的內(nèi)外板噴涂均為機(jī)器人自動(dòng)噴涂方式，充電口蓋的機(jī)器人仿形過程主體與車身其它部位仿形方式相同，但內(nèi)板機(jī)器人仿形時(shí)需略作噴涂角度調(diào)整，保證工裝立桿遮擋部位的蓋板內(nèi)側(cè)外露面噴涂不會(huì)產(chǎn)生虛噴現(xiàn)象。

（3） 色差外觀調(diào)試：塑料件與金屬件導(dǎo)電性不同，上漆率不同，如有條件可利用專用膜厚儀進(jìn)行分層膜厚調(diào)試，測(cè)量確認(rèn)各涂層膜厚是否滿足要求。各顏色尤其白色噴涂后由于涂層厚度不足，充電口蓋比車身明顯發(fā)青且桔皮短波明顯，見圖4，實(shí)際調(diào)試后通過增加中涂機(jī)器人噴涂吐出量解決了此問題。

圖4 桔皮和色差明顯Figure 4 Obvious orange peel and color difference

3.3 烘干變形驗(yàn)證

（1） 進(jìn)行了10個(gè)充電口蓋的兩輪噴涂烘烤驗(yàn)證，一次過線烘烤和二次過線烘烤效果相當(dāng)，三坐標(biāo)檢測(cè)后有多達(dá)4個(gè)件不同偏差方向的變形問題，變形規(guī)律性不足，不能通過充電口蓋供貨前的預(yù)調(diào)整進(jìn)行解決。

（2） 經(jīng)分析懷疑是工裝卡壓方式的壓力精度不足導(dǎo)致，調(diào)整卡簧壓力后變形問題明顯減少，但由于壓力固定不足，充電口蓋在車身運(yùn)行及打磨擦拭時(shí)容易出現(xiàn)脫落問題。

（3） 經(jīng)多輪調(diào)整，最終優(yōu)化了工裝設(shè)計(jì)，將卡簧壓力方式改為重力下機(jī)械限位方式，見圖5。在充電口蓋安裝完成后，通過限位桿選裝在重力作用下進(jìn)行機(jī)械限位，最終解決了充電口蓋受力變形的問題。

圖5 機(jī)械限位方式Figure 5 Mechanical limit mode

4 結(jié)語(yǔ)

汽車輕量化，尤其新能源車的輕量化是大勢(shì)所趨，各種材料的應(yīng)用為汽車生產(chǎn)帶來(lái)了更多工藝技術(shù)上的挑戰(zhàn)，隨著塑料件復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，塑料件的應(yīng)用會(huì)更加廣泛，塑料件隨車涂裝可以在保證匹配和漆膜質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低塑料件的開發(fā)成本，是涂裝新技術(shù)的發(fā)展方向之一，對(duì)塑料快充口蓋的應(yīng)用進(jìn)行了一定的分析和驗(yàn)證。后期會(huì)有更多塑料件隨車噴涂應(yīng)用，需要從更深層次挖掘塑料件的噴涂影響因素以進(jìn)一步提升產(chǎn)品品質(zhì)、降低制造成本。