汽車ABS外飾件噴漆印痕問題的解決方案

李強

（浙江福林國潤汽車零部件有限公司，浙江 臺州 318050）

ABS(丙烯腈?丁二烯?苯乙烯共聚體)材質(zhì)的塑料件在注塑完成后有著較大的內(nèi)應(yīng)力[1]，需要釋放才能進行涂裝作業(yè)。筆者所在公司于年款車型的投產(chǎn)過程中發(fā)生了一起非常嚴重的因ABS背門裝飾板注塑后內(nèi)應(yīng)力沒有完全釋放，涂裝作業(yè)后導致漆面出現(xiàn)印痕問題的質(zhì)量事故。本文就事故的發(fā)生和解決的整個過程進行回顧和思考。

1 問題描述

自2021年3月起，筆者所在的工廠對所生產(chǎn)的車型進行了年度的改款，重點是針對外飾件及內(nèi)飾進行了重新設(shè)計和優(yōu)化，其中背門裝飾板在原模具的基礎(chǔ)上進行了改造。自改造后的第一批供貨開始，小涂裝廠在生產(chǎn)時就發(fā)現(xiàn)漆面出現(xiàn)印痕和澆口處有印痕的質(zhì)量問題，其嚴重程度不一，有時嚴重有時輕微，在反饋問題的同時也督促毛坯件供應(yīng)商解決問題。毛坯件供應(yīng)商在五一期間對模具進行了精修，由于進展不順利，維修時間延長導致庫存短缺，模具修復后便立即緊急生產(chǎn)，但產(chǎn)品出現(xiàn)了嚴重的漆面印痕(見圖1)和澆口縮影印痕(見圖2)，所有顏色的合格率為零。該批量事故隨即導致總裝因背門裝飾板缺件而下線，如不能快速解決，將會導致主機廠生產(chǎn)停線，公司要求立即介入以解決該問題。

圖1 背門裝飾板漆面印痕Figure 1 Imprint defect on painted back door trim

圖2 背門裝飾板澆口處縮影印痕Figure 2 Shrinkage imprint defect on molding gate of back door trim

2 原因調(diào)查

通過與毛坯件供應(yīng)商及涂料供應(yīng)商進行詳細溝通和了解，并組織相關(guān)人員進行多輪會診，初步鎖定問題的根本原因為毛坯件供應(yīng)商精修模具后，由于主機廠缺件催貨等原因，毛坯件生產(chǎn)下線后隨即開展除毛刺等工作，并立即發(fā)給小涂裝進行生產(chǎn)，沒有經(jīng)過預烘烤或自然放置，內(nèi)應(yīng)力釋放不充分而導致漆面出現(xiàn)印痕和澆口出現(xiàn)縮影印痕[2]。

3 解決方案的確定

文獻資料中記載的釋放內(nèi)應(yīng)力的方法主要為強制加熱(通常是在65 ~ 70 °C下烘4 h)和自然放置，于是對這兩種方法進行了試驗。

3.1 強制加熱方案的探索

對背門裝飾板毛坯件進行烘烤，烘烤溫度60 °C，時間4 h。然后按照正常的涂裝工藝進行施工，對漆面進行檢查時發(fā)現(xiàn)冰晶白素色漆表面的印痕問題基本得到消除，但澆口仍然存在不太明顯的印痕，而流光金等金屬漆的噴涂面印痕不太明顯，澆口位置的印痕問題盡管與沒有烘烤的工件相比有所好轉(zhuǎn)，但仍然比較明顯。由此可見，通過加熱方式能夠釋放背門裝飾板的內(nèi)應(yīng)力，但仍然不完全，可能內(nèi)應(yīng)力釋放需要更高的溫度或更長的時間。

有文獻[3]指出，ABS塑料件強制烘烤溫度應(yīng)為60 ~ 70 °C，一旦在該溫度范圍之上，塑料件就會出現(xiàn)變形。為此，決定冒險將烘烤溫度設(shè)定至80 °C，烘烤時間4 h不變。經(jīng)試驗確認，這樣做沒有問題，變形量不大。然后拿最容易出現(xiàn)印痕的流光金顏色進行噴涂試驗，結(jié)果漆面印痕和澆口印痕現(xiàn)象均沒有出現(xiàn)，問題得到解決。延長烘烤時間至10 h再驗證一次，同樣沒有出現(xiàn)印痕問題。于是變更了背門裝飾板來料要求：必須預烘烤再涂裝，烘烤條件為80 °C × 10 h。按照此工藝生產(chǎn)的毛坯件沒有再出現(xiàn)漆面印痕和澆口印痕的問題。這就臨時解決了漆面印痕和澆口印痕的問題。

3.2 自然放置方案的探索

在確定了通過強制加熱方式釋放內(nèi)應(yīng)力來消除印痕缺陷后，也根據(jù)文獻[4]進行了自然條件下靜置來釋放內(nèi)應(yīng)力的實驗。實驗共分4組(見表1)，在自然條件下靜置不同時間后噴涂最容易出現(xiàn)印痕的流光金顏色，觀察印痕產(chǎn)生的位置以及問題的嚴重程度。

實驗結(jié)果表明，在自然條件下放置7 d左右后，噴涂面的印痕基本消除，但澆口印痕在放置15 d的情況下仍然無法完全消除，只是隨著時間的延長越來越輕微，而15 d以上的庫存時間已大大超出供應(yīng)商一般能夠承受的范圍，因此判定自然放置不適用于背門裝飾板噴漆件的生產(chǎn)。更何況經(jīng)與毛坯件供應(yīng)商確認，他們一般生產(chǎn)后會進行強制加熱預烘烤來釋放內(nèi)應(yīng)力，因此確定自然放置不能快速解決印痕問題。

3.3 后續(xù)印痕問題零星反復的調(diào)查

毛坯件預烘烤本來應(yīng)該由毛坯件供應(yīng)商來執(zhí)行，因此要求供應(yīng)商必須嚴格按照80 °C × 10 h預烘烤工藝對毛坯件處理后再送貨。但后續(xù)在生產(chǎn)中仍然發(fā)現(xiàn)部分批次毛坯件在噴涂流光金等顏色的金屬漆時在澆口位置零星出現(xiàn)輕微印痕問題，而同批次素色漆(如冰晶白)沒有印痕問題。通過現(xiàn)場核查后確認供應(yīng)商并沒有完全嚴格執(zhí)行烘烤工藝規(guī)范，有時烘烤到快下班時就把烘房電源關(guān)了，把工件悶在烘房里保溫4 h以上，這樣烘烤時間和溫度都不達標。毛坯件供應(yīng)商在發(fā)現(xiàn)問題后進行了整改，后續(xù)生產(chǎn)過程中沒有再出現(xiàn)澆口印痕問題。

4 內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因分析

在問題得到初步有效的控制后，與毛坯件供應(yīng)商進行了探討，他們認為漆面出現(xiàn)印痕是注塑時取向內(nèi)應(yīng)力造成的。取向內(nèi)應(yīng)力是塑料熔體在流動中進行充填模具以及保壓補料的過程中，比較大的分子鏈沿著充模流動方向排列而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。它的主要產(chǎn)生過程是：靠近流道壁的熔體因溫度低、冷卻快而黏度增大，流速下降，熔體內(nèi)部的流速遠大于表層流速，于是產(chǎn)生了沿流動方向的剪切應(yīng)力。因此，取向內(nèi)應(yīng)力主要集中在塑料件的表面，越往內(nèi)層就越小。這種應(yīng)力一般用熱處理的辦法可以降低或消除。

同樣他們認為澆口的縮影印痕是由脫模內(nèi)應(yīng)力和澆口的取向內(nèi)應(yīng)力共同造成的。脫模內(nèi)應(yīng)力，顧名思義就是跟模具相關(guān)的內(nèi)應(yīng)力，主要是與開模的條件以及模具頂出機構(gòu)的設(shè)計有關(guān)。應(yīng)選擇合適的開模條件，將開模前的模腔壓力調(diào)整到零以及根據(jù)塑料件的結(jié)構(gòu)和形狀來合理設(shè)計頂出機構(gòu)，使制件在頂出時不變形或不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

5 毛坯供應(yīng)商的后續(xù)整改措施

自毛坯供應(yīng)商明確了噴涂面印痕問題的主要原因是注塑取向內(nèi)應(yīng)力，而澆口的印痕問題則主要由脫模內(nèi)應(yīng)力和注塑取向內(nèi)應(yīng)力引起之后，他們采取了更進一步的方案來減小內(nèi)應(yīng)力，具體如下：

(1) 固化預烘烤的時間和溫度。針對噴涂面的印痕問題，適當縮短了成型后的保壓時間，以減小取向內(nèi)應(yīng)力的形成。塑料件成型后在80 °C × 4 h的條件下預烘烤，使取向內(nèi)應(yīng)力得到充分釋放。

(2) 降低注塑的壓力。注塑壓力由12 MPa調(diào)整到了11 MPa，減小熔體表面和核心部位的流速差，同時進一步消除澆口處的取向內(nèi)應(yīng)力和脫模內(nèi)應(yīng)力。

(3) 加大澆口尺寸。背門裝飾板所有澆口尺寸從兩側(cè)分別增加了2.5 mm(見圖3)，以減輕澆口位置內(nèi)應(yīng)力的形成。

6 結(jié)語

本文通過對背門裝飾板漆面印痕問題的發(fā)生及解決過程的如實描述，希望為同行們遇到相關(guān)問題時提供一些解決思路和幫助，在此也簡單地總結(jié)兩點經(jīng)驗：

(1) 在問題發(fā)生的初期，根據(jù)相關(guān)資料和文獻采用了較為保守的60 °C × 4 h預烘烤來消除應(yīng)力，由于問題無法得到有效解決，因此嘗試對80 °C × 4 h的激進方案進行驗證。這也提醒了研究者，對有些問題的探索不能淺嘗輒止，一定要根據(jù)材料的實際情況來調(diào)整策略。

(2) 通過在自然條件靜置來消除應(yīng)力的方法在本次改善過程中被認為是不可取的。雖然這個辦法也能夠減小或消除應(yīng)力，成本也較低，但主要的問題是靜置時間太長，增加了供應(yīng)商庫存壓力和延長了供貨周期，在需要大批量生產(chǎn)的汽車行業(yè)尤其是行不通的。