車身外觀面涂不良的原因分析及改善措施

李春艷，曾 平

（廣汽乘用車有限公司，廣東 廣州 511434）

面對激烈的市場競爭，各個(gè)主機(jī)廠不斷提高轎車外觀零件的表面質(zhì)量。同時(shí)，為了降低車身涂裝對環(huán)境的污染，采用免中涂工藝，這導(dǎo)致涂料對零件表面形貌的遮蓋能力降低。為改善車身外觀零件的表面質(zhì)量，車身鋼板外觀、涂裝工藝及涂料均需作出相應(yīng)的優(yōu)化[1]。為了滿足車身外觀零件的表面質(zhì)量以及采用免中涂涂裝工藝，車身鋼板粗糙度已由0.6～1.6 μm，降低到0.6～1.3 μm[2]。這樣的變化，使車身外板鋼板的制造難度增大、成材率降低、成本增加。

1 面涂不良

某新車型在第二階段試制初期，出現(xiàn)了前后門外板面涂橘皮缺陷，如圖1 所示。該車型在免中涂涂裝產(chǎn)線與其他車型共線生產(chǎn)，并采用1K 清漆和粗糙度為0.6～1.3 μm 的鋼板。排查面涂關(guān)鍵參數(shù)鮮映性、長波及短波發(fā)現(xiàn)，僅長波數(shù)據(jù)不達(dá)標(biāo)，如表1 所示。面涂長波和短波數(shù)據(jù)超過一定值后，就會出現(xiàn)面涂橘皮缺陷。改善橘皮缺陷，需要降低面涂長波和短波數(shù)值。其他工序過程參數(shù)排查時(shí)，發(fā)現(xiàn)電泳粗糙度也存在不達(dá)標(biāo)，如表1所示。電泳粗糙主要影響短波，但短波可以疊加在長波上，加重橘皮缺陷。在免中涂產(chǎn)線，長波的主要影響因素是清漆[3]，包含清漆涂料和清漆噴涂工藝。而車身電泳后粗糙度的主要影響因素是鋼板外觀及電泳?？紤]到電泳工序的涂料和工藝是共線車型共用，優(yōu)化后會影響其他車型，不能優(yōu)化。因此，從鋼板外觀、清漆涂料及清漆噴涂工藝等三個(gè)方面開展優(yōu)化工作。

圖1 橘皮缺陷圖

表1 兩階段面涂長波和電泳粗糙度數(shù)據(jù)

2 鋼板外觀優(yōu)化

2.1 鋼板外觀分析

第一階段試制使用鋼板（簡稱：第一階段鋼板）和第二階段試制使用鋼板（簡稱：第二階段鋼板）均為連續(xù)熱鍍鋅鐵合金鍍層烘烤硬化鋼板HC220BD+ZF，分別由G 鋼廠和A 鋼廠供貨。

運(yùn)用掃描電鏡觀察第一階段鋼板和第二階段鋼板表面形態(tài)和鍍層相構(gòu)成，如圖2 所示。由圖2可見，兩個(gè)階段鋼板材料表面鍍層形態(tài)和相構(gòu)成相近。

圖2 鋼板鍍層表面形態(tài)及相結(jié)構(gòu)

運(yùn)用粗糙度儀及波紋度儀測量第一階段鋼板和第二階段鋼板的粗糙度和波紋度，如表2 所示?？梢?，第二階段鋼板粗糙度和波紋度明顯高于第一階段鋼板。結(jié)合表1 得出鋼板粗糙度和波紋度越小，電泳粗糙度越小。鍍鋅鋼板粗糙度是復(fù)制光整工序光整工作輥的粗糙度。根據(jù)鋼廠制造經(jīng)驗(yàn)，鍍鋅鋼板粗糙度是光整工作輥粗糙度70%左右即光整輥粗糙度70%左右復(fù)制給鍍鋅鋼板。因此，通過控制光整工作輥的粗糙度即可以控制鍍鋅鋼板粗糙度。波紋度是由軋輥的形狀誤差及軋機(jī)振動(dòng)造成的鋼板周期性波浪型偏差[4]。在汽車鋼板制造中，精確控制波紋度的方法不明確。因此，重點(diǎn)優(yōu)化鋼板粗糙度。

表2 鋼板外觀參數(shù)數(shù)據(jù)對比

2.2 光整工作輥粗糙度優(yōu)化

為了獲得低粗糙度的鍍鋅鋼板，必須降低光整工作輥的粗糙度。

大部分光整工作輥粗糙度是通過砂輪磨輥+電火花毛化技術(shù)獲得的。生產(chǎn)外板鋼板的新光整工作輥粗糙度，一般為1.8 μm 左右。為了加工小粗糙度輥?zhàn)?，電火花毛化電流就要小。這會導(dǎo)致電極與輥?zhàn)又g的距離變小，當(dāng)距離變小到一定數(shù)值時(shí)，電極擦傷的可能性比較大。另外，當(dāng)電流減小到一定數(shù)值時(shí)，會出現(xiàn)砂輪打磨缺陷殘留的問題。經(jīng)多輪優(yōu)化，在保證生產(chǎn)安全、加工質(zhì)量穩(wěn)定及成本可控的情況下，新光整工作輥?zhàn)钚〈植诙葹?.4 μm±0.1 μm。這樣可以獲得粗糙度為1.0 μm 左右鋼板。采用這樣的工藝，鋼板粗糙度也沒有達(dá)到G 鋼廠水平。

光整工作輥粗糙度，隨著輥?zhàn)庸ぷ鲿r(shí)間的延長會降低。經(jīng)過生產(chǎn)順序多輪優(yōu)化及驗(yàn)證，生產(chǎn)2 000～2 500 t 鋼板后，光整工作輥粗糙度可以降低0.1 μm。粗糙度為1.4 μm 新光整工作輥，生產(chǎn)4 000～5 000 t 鋼板后，再生產(chǎn)的鋼板粗糙度在0.8～0.9 μm。因此，通過優(yōu)化生產(chǎn)順序，可以獲得更低粗糙度的光整工作輥。但隨著光整工作輥工作時(shí)間的延長，輥?zhàn)颖砻鏁粍潅?、壓傷、粘污物等，這就會帶來鋼板表面質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

因此，綜合上述兩種降低光整工作輥粗糙度的方法，降低光整工作輥粗糙度都是有限的，同時(shí)不同程度地帶來制造成本的增加。

2.3 鋼板粗糙度優(yōu)化

經(jīng)過A 鋼廠兩輪光整工作輥粗糙度的優(yōu)化，鋼板粗糙度由1.264 μm 降低到0.8～1.0 μm，如表3 和表4 所示。鋼板粗糙度降低，前后門外板電泳粗糙度和面涂長波數(shù)據(jù)均隨之降低。鋼板粗糙度由1.264 μm 降低到1.0～1.1 μm 時(shí)，電泳粗糙度和面涂長波均顯著降低；當(dāng)鋼板粗糙度進(jìn)一步降低到0.8～1.0 μm 時(shí)，電泳粗糙度降低顯著，但面涂長波降低程度變緩。說明，鋼板粗糙與電泳粗糙度密切相關(guān)，鋼板粗糙度由1.264 μm 降低到1.0～1.1 μm 時(shí)，鋼板粗糙度的降低可顯著改善面涂橘皮缺陷，而鋼板粗糙度到降低1.0 μm 以下時(shí)，鋼板粗糙度對面涂橘皮缺陷影響小。

表3 前門外板鋼板粗糙度優(yōu)化后電泳粗糙度和面涂長波數(shù)據(jù)

表4 后門外板鋼板粗糙度優(yōu)化后電泳粗糙度和面涂長波數(shù)據(jù)

經(jīng)過鋼板粗糙度改善，前門外板電泳粗糙度和面涂長波達(dá)到基準(zhǔn)要求，后門外板電泳粗糙度及面涂漆長波均未達(dá)到基準(zhǔn)要求。但A 鋼廠受生產(chǎn)設(shè)備限制，其鋼板粗糙度僅可批量達(dá)到0.8～1.0 μm。若需進(jìn)一步降低，鋼板的制造成本大幅上升，并無法工業(yè)化供貨。因此，為消除面涂橘皮缺陷，鋼板粗糙度控制目標(biāo)為0.8～1.0 μm。

3 清漆涂料優(yōu)化

2 K 清漆較1 K 清漆具有優(yōu)異的目視效果，其長波數(shù)據(jù)可以下降4 個(gè)單位[5]。因此，基于鋼板粗糙為0.8～1.0 μm，開展2 K 清漆和1 K 清漆的實(shí)車面涂長波數(shù)據(jù)對比。對比結(jié)果，如表5 所示。可見，2 K 清漆可以改善面涂長波數(shù)據(jù)，但面涂長波數(shù)據(jù)降低幅度不大，沒有達(dá)到4 個(gè)單位。這可能與涂裝工藝參數(shù)有關(guān)系。從數(shù)據(jù)上看，前門外板面涂長波數(shù)據(jù)均值可以達(dá)到2 K 清漆基準(zhǔn)要求，后門外板依然超出基準(zhǔn)要求。

表5 2 K 清漆和1 K 清漆面涂長波數(shù)據(jù)對比

4 清漆噴涂工藝優(yōu)化

清漆層是實(shí)現(xiàn)保護(hù)性和裝飾性的重要涂層，其對整體涂層的耐候性和鮮映性、豐滿度等外觀指標(biāo)至關(guān)重要。一般清漆層越厚長波數(shù)值越小，面漆外觀效果也越好[6]。因此，基于鋼板粗糙度和涂料優(yōu)化，對清漆噴涂工藝進(jìn)行優(yōu)化，期望達(dá)到增加清漆膜厚降低長波數(shù)據(jù)的目的。優(yōu)化結(jié)果如表6 所示。清漆噴涂流量提高5%～11%并噴涂時(shí)間增加6.4%后，前門外板面涂長波數(shù)據(jù)達(dá)到基準(zhǔn)要求并獲得進(jìn)一步改善，后門外板面涂長波數(shù)據(jù)有局部點(diǎn)位超出基準(zhǔn)要求。考慮到繼續(xù)增加噴涂時(shí)間，對生產(chǎn)節(jié)拍影響大，因此，進(jìn)一步提高清漆噴涂流量驗(yàn)證。清漆噴涂流量進(jìn)一步提高后，前后門外板面涂長波數(shù)據(jù)進(jìn)一步改善，均達(dá)到2 K清漆基準(zhǔn)要求，并消除橘皮缺陷，如圖3 所示。為保證外觀質(zhì)量及控制成本，清漆涂裝工藝優(yōu)化目標(biāo)為清漆流量提高10%～15%、噴涂時(shí)間增加6.4%。

表6 涂裝工藝優(yōu)化及面涂長波數(shù)據(jù)

圖3 消除橘皮缺陷圖

5 結(jié)束語

該車型車身外觀橘皮缺陷雖然發(fā)生在試制階段，但驗(yàn)證和優(yōu)化過程均在現(xiàn)有涂裝線上進(jìn)行，因現(xiàn)有涂裝線是多車型共用，驗(yàn)證和優(yōu)化的前提條件是不能影響其它車型的生產(chǎn)，所以就導(dǎo)致不能對所有的影響因素進(jìn)行驗(yàn)證。通過對鋼板的外觀參數(shù)（表面粗糙度）、清漆及清漆噴涂工藝參數(shù)的優(yōu)化證明：1）將鋼板粗糙度由1.264 μm 降低到0.8～1.0 μm、清漆噴涂流量提高10%～15%、鏈速降低6.4%即噴涂時(shí)間增加，對改善車身外觀橘皮作用貢獻(xiàn)度較大；2）清漆由1 K 變?yōu)? K，對改善車身外觀橘皮有一定作用，但是貢獻(xiàn)度較小。