螺旋涂膠工藝在解決門蓋PVC氣泡問題中的應(yīng)用

董功杰，劉俊偉，田凱文，郝俊偉

摘 要：文章從汽車門蓋PVC氣泡問題出發(fā)，深入分析了該問題的行業(yè)現(xiàn)狀、產(chǎn)生原因，介紹了解決該問題的一種先進(jìn)工藝——螺旋涂膠，詳細(xì)闡述了該工藝的工作原理、質(zhì)量育成過程、核心參數(shù)、工藝優(yōu)勢，并進(jìn)一步歸納了應(yīng)對PVC氣泡問題的精細(xì)化控制方案，為相關(guān)領(lǐng)域工藝開發(fā)人員提供重要參考。

關(guān)鍵詞：門蓋PVC氣泡;螺旋涂膠;精細(xì)化控制

中圖分類號：TG494.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）23-182-04

Application of Spiral Gluing Process in Solving PVC Bubbles Problem of Door Cover

Dong Gongjie， Liu Junwei， Tian Kaiwen， Hao Junwei

（ Development Department， FAW Car Co.， Ltd.， Jilin Changchun 130012 ）

Abstract： Starting from the problem of PVC bubbles in automobile door cover， this article deeply analyses the present situation and reasons， and introduces an advanced technology to solve this problem--spiral gluing， The working principle， quality breeding process， core parameters and technological advantages of the process are described in detail. Ulteriorly， this article sums up a fine control scheme to deal with the problem of PVC bubbles. The scheme provides an important reference for process developers in related fields.

Keywords： Door cover PVC bubbles; Spiral gluing; Fine control

CLC NO.： TG494.2 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-182-04

前言

汽車的車門、前后蓋是消費(fèi)者最直接目視的重要表面件，它們的品質(zhì)直接關(guān)乎用戶滿意度和使用體驗(yàn)。目前市場上絕大部分車型，四門兩蓋包邊位置PVC膠條處均存在不同程度的氣泡問題。由于PVC氣泡問題影響因素較多、跨越焊裝涂裝兩大領(lǐng)域眾多工序，加上尚無直接有效的監(jiān)測控制手段，該問題的分析、解決、監(jiān)控一直是困擾各大主機(jī)廠的技術(shù)難題。本文從PVC氣泡問題分析入手，引入螺旋涂膠工藝，并歸納了一套應(yīng)對該問題的精細(xì)化控制方案。

1 PVC氣泡原因分析

1.1 PVC氣泡問題亟待解決

如圖1所示，氣泡問題發(fā)生在門蓋包邊位置PVC膠條區(qū)域，在涂裝烘干工序后出現(xiàn)，氣泡直徑從Φ3至Φ6mm不等，位置不固定，數(shù)量多的會達(dá)到5-7個氣泡/單總成，甚至?xí)霈F(xiàn)氣泡開裂鈑金露出的不可接受缺陷，以我公司在產(chǎn)的某B級轎車為例，量產(chǎn)前期四門兩蓋總成PVC氣泡數(shù)量約13-20個/單車，尤其是車門，用戶開啟后直接目視，十分影響用戶的滿意度，相應(yīng)地，在主機(jī)廠開展質(zhì)量Aduit評審時，門蓋區(qū)域氣泡直徑超過Φ5mm或者單總成氣泡數(shù)量超過3個時被判定為B類區(qū)域B類缺陷，要求必須得到控制解決。

如圖2所示，在汽車四門兩蓋包邊位置，焊裝車間在外板涂布折邊膠，涂裝車間在總成內(nèi)外板接縫位置涂布PVC密封膠，以提高包邊連接的剛度，提升車門的防腐、防銹、密封性能。該問題涉及焊裝、涂裝兩大領(lǐng)域的涂膠、包邊、前處理、電泳等多個工序，可能會受到人員操作、設(shè)備、溫度、膠料、工序等眾多因素影響，再加上氣泡問題僅在涂裝車間烘干后才會暴露出來，前面的工序沒有明顯的、可供監(jiān)測的問題征兆，目前尚無有效的監(jiān)測和控制手段。絕大多數(shù)主機(jī)廠僅是在涂裝車間油漆烘干后對車身包邊位置進(jìn)行檢查，對發(fā)現(xiàn)的PVC氣泡進(jìn)行返修，使用刀片鏟破氣泡后重新補(bǔ)膠刮平，單車返修時長約10-15分鐘，返修工時長，耗費(fèi)大量的人力、材料;甚至有的主機(jī)廠在生產(chǎn)車展用車時，會在涂布PVC密封膠前增加一步臨時工藝：刮膠，將PVC密封膠塞滿包邊位置縫隙處，來避免PVC氣泡問題的發(fā)生。

圖1 ?PVC氣泡示意

圖2 ?包邊位置剖切圖

1.2 包邊區(qū)域折邊膠形成“空腔”是產(chǎn)生PVC氣泡的根本原因

在我公司某B級轎車的質(zhì)量育成過程中，通過剖切多套涂裝完成后門蓋總成的包邊位置，發(fā)現(xiàn)了如圖3所示的共性現(xiàn)象：所有PVC氣泡所在包邊位置均存在折邊膠未完全覆蓋現(xiàn)象，即形成了 “空腔”。

圖3 ?包邊位置剖切圖

圖4 ?折邊膠完全溢出示意

為了進(jìn)一步驗(yàn)證“壓合位置空腔”是否是產(chǎn)生PVC氣泡問題的原因，開展了如下驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)：在車門外板包邊處涂布過量折邊膠，保證壓合后折邊膠在所有包邊位置均呈現(xiàn)100%溢出狀態(tài)，將溢出折邊膠擦除后裝車送至涂裝，以達(dá)到完全消除“空腔”的效果，經(jīng)過3輛份裝車驗(yàn)證，12個車門總成均未出現(xiàn)PVC氣泡問題，并且進(jìn)一步對3輛份涂裝后車門包邊位置進(jìn)行剖切實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)折邊膠擴(kuò)散均勻，完全覆蓋包邊區(qū)域，未出現(xiàn)如圖3所示“空腔”現(xiàn)象。由此可得出結(jié)論：包邊位置折邊膠形成“空腔”是產(chǎn)生PVC氣泡的根本原因，即如圖5所示，焊裝門蓋總成壓合邊存在“空腔”—折邊膠未完全覆蓋現(xiàn)象，白車身經(jīng)過涂裝高溫烘烤后，“空腔”內(nèi)水分或氣體受熱膨脹后無法排出，從而頂起PVC密封膠條產(chǎn)生氣泡現(xiàn)象。

圖5 ?PVC氣泡形成示意圖

然而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，如果按上述實(shí)驗(yàn)方式大量生產(chǎn)，必將導(dǎo)致巨大的折邊膠浪費(fèi)以及大量的擦膠工作，不具備推廣性，因此必須進(jìn)一步分析出“空腔”形成的原因，以便采取相應(yīng)措施從根本上避免“空腔”現(xiàn)象。

四門兩蓋折邊膠涂布之后、氣泡產(chǎn)生之前的工藝流程如圖6所示，PVC氣泡問題在第7步涂PVC密封膠烘干后顯現(xiàn)出來。通過分析與之相關(guān)的工藝流程，得出可能造成“空腔”的原因有：

（1）過程1涂布密封膠不合格，涂膠規(guī)范不合理或涂膠幾何形狀不滿足涂膠規(guī)范。

（2）過程2內(nèi)外板扣合操作不當(dāng)，折邊膠幾何形狀受到不理想破壞。

（3）過程3機(jī)器人滾邊壓合時滾頭和壓爪對板件的壓力不均勻，折邊膠受壓不均擴(kuò)散寬度不一致。

（4）過程5和過程6前處理和電泳工序中藥劑或電泳液中的水分進(jìn)入“空腔”。特別地，由于水分受熱蒸發(fā)膨脹體積比空氣更大，因此極大概率會出現(xiàn)氣泡開裂鈑金露出的不可接受缺陷。

（5）過程7手工涂PVC膠條時，涂抹量不均勻，部分區(qū)域PVC厚度不足，無法有效壓住內(nèi)部氣體膨脹，提高了氣泡產(chǎn)生的概率。

圖6 ?與氣泡相關(guān)的工藝流程圖

目前大多數(shù)主機(jī)廠通過以下兩種方式來降低氣泡發(fā)生的概率：①采用機(jī)器人自動涂膠并不斷優(yōu)化涂膠規(guī)范;②優(yōu)化壓合工藝盡量使?jié)L頭和壓爪對壓合邊的壓力均勻;由于滾頭和壓料機(jī)構(gòu)的調(diào)試優(yōu)化十分復(fù)雜、內(nèi)外板板材形狀也存在波動等因素，壓力不均問題無法完全消除。因此本文引入一種新型螺旋涂膠工藝，以其特殊的膠條幾何形狀，通過降低壓力對折邊膠擴(kuò)散的影響（見圖7），來最大程度降低氣泡問題的發(fā)生概率。

圖7 ?壓力不均對折邊膠擴(kuò)散影響示意圖

2 應(yīng)用螺旋涂膠工藝應(yīng)對PVC氣泡問題

2.1 螺旋涂膠工藝工作原理

我公司在一款B級SUV車型采用了AIR-SWIRL氣動螺旋涂膠工藝，從設(shè)備層面來講，該工藝與普通膠條式涂膠工藝相比，僅定量機(jī)前端的出膠系統(tǒng)不同，如圖8所示，該出膠系統(tǒng)包括比例閥、進(jìn)氣機(jī)構(gòu)、膠嘴、鎖緊組件四部分。

圖8 ?螺旋出膠系統(tǒng)示意圖

膠嘴四周的氣體通道是形成螺旋膠條的核心組件，如圖9所示，5個氣體通道寬度一致，均勻分布在膠嘴四周，分別以軸線方向?yàn)榛鶞?zhǔn)偏轉(zhuǎn)0°、12.5°、25°、37.5°、50°。外部壓縮氣體由比例閥控制經(jīng)氣管以一定壓力和流量的氣體接入膠嘴，通過膠嘴四周氣體通道按不同角度吹出后空間上形成螺旋氣體，綜合作用在從膠嘴壓出的膠料上，在板件上形成相互重疊的圓形膠圈。

圖9 ?螺旋出膠原理圖

如圖10所示，這種特殊的螺旋膠條在幾何形狀上與普通膠條有著明顯的區(qū)別：普通膠條是一個截面為Φ2～4mm的圓柱膠條，而螺旋膠條是一個個大小一致的圓形膠圈彼此均勻地重疊在一起，形成一個寬度為6-10mm的膠帶。該膠條成形有以下兩個顯著特點(diǎn)：

（1）6-10mm的膠帶可在內(nèi)外板扣合后、滾邊壓合前，完成更加均勻、更大面積的擴(kuò)散，接近70%的區(qū)域完成折邊膠的均勻平鋪，相比較普通膠條而言，均勻的寬膠帶對壓力的敏感性更低，則在總成包邊壓合時，最大程度上降低了壓力不均對折邊膠擴(kuò)散的影響，更能實(shí)現(xiàn)折邊膠完全、均勻充盈壓合邊的效果，即最大程度上避免“空腔”問題的發(fā)生。

（2）膠帶兩側(cè)的膠量更為集中，平鋪完成后，膠帶兩側(cè)實(shí)現(xiàn)了完全封堵，避免了液體、空氣從包邊兩側(cè)進(jìn)入折邊膠區(qū)域，即“空腔現(xiàn)象”，而“空腔”內(nèi)聚集較多的氣體或液體正是形成PVC氣泡的根本原因。

圖10 ?普通膠條和螺旋膠條對比示意

螺旋涂膠工藝以其特殊的膠條幾何形狀實(shí)現(xiàn)了完全充盈壓合區(qū)域的效果，不僅有效地解決了PVC氣泡問題，同時與普通圓柱膠條樣式涂膠相比，還具有以下優(yōu)勢：

（1）剛度和性能：更加充盈的折邊膠填充進(jìn)一步提升了包邊處的連接強(qiáng)度;顯著降低內(nèi)外板竄動的可能性，提升了總成尺寸穩(wěn)定性;提升車輛的密封、防水、防銹、防塵性能。

（2）面品質(zhì)量：螺旋涂膠是形成一個6～10mm的均勻膠帶，極限接近折邊膠最終擴(kuò)散狀態(tài)，更均勻的壓合邊厚度最大程度減少了滾壓受力不均問題，面品質(zhì)量更好。

（3）涂膠質(zhì)量：普通圓柱膠條工藝槍嘴距鈑金件垂直距離通常為一個膠徑（2～4mm），涂膠質(zhì)量容易受到鈑金件尺寸位置波動影響，出現(xiàn)膠條幾何形狀變形甚至膠槍嘴刮件的現(xiàn)象，尤其在機(jī)器人抓取前蓋外板涂折邊膠時常發(fā)，而螺旋涂膠因?yàn)闃屪炀噔k金件高度一般超過20mm，且當(dāng)距離超過25mm后所形成的螺旋膠圈直徑不變，從根本上避免這種問題。

2.2 螺旋涂膠工藝的質(zhì)量育成過程和核心參數(shù)

圖11 ?膠圈直徑與膠槍距工件距離關(guān)系

由于PVC氣泡問題跨越焊裝、涂裝兩大領(lǐng)域，涉及較多工藝過程，其中涂膠質(zhì)量優(yōu)化和壓合質(zhì)量優(yōu)化又密切相關(guān)，因此新車型的螺旋涂膠工藝質(zhì)量育成過程需要遵循一定的順序，前期規(guī)劃時需對選用的折邊膠膠料進(jìn)行成形狀態(tài)測試，質(zhì)量育成階段先調(diào)試壓合包邊質(zhì)量，再通過多次裝車驗(yàn)證和剖切總成來精調(diào)涂膠規(guī)范，并在日常生產(chǎn)中按照形成的涂膠規(guī)范開展監(jiān)測控制。

圖12 ?涂膠規(guī)范示意圖

相應(yīng)地，螺旋膠條的幾何形狀有三個核心參數(shù)，如圖12所示涂膠規(guī)范：

①膠徑：與膠嘴直徑直接相關(guān)，膠嘴范圍從0.6～1.5mm均有，直徑越細(xì)，折邊膠形成的膠帶越接近最終成形狀態(tài)，質(zhì)量更佳，相應(yīng)地，質(zhì)量育成難度會更高，推薦選取1mm，選定膠槍嘴后膠徑不需控制;

②膠帶寬度：膠帶寬度與吹氣量、槍嘴距板件高度兩個參數(shù)相關(guān)，當(dāng)槍嘴距板件高度≥25mm后，膠帶寬度只受吹氣量影響，推薦在6～10mm之間。

③距法蘭邊距離：與機(jī)器人示教軌跡唯一相關(guān)，推薦1～2mm之間。

其中②、③構(gòu)成了控制涂膠質(zhì)量、優(yōu)化涂膠狀態(tài)的涂膠規(guī)范，也是與包邊后折邊膠是否完全填充壓合邊最為相關(guān)的參數(shù)。圖12是我公司B級SUV車型所采用的涂膠規(guī)范：在常規(guī)翻邊高度（7.8mm）的位置，膠徑1～2mm，膠帶寬度6～8mm，距法蘭邊距離1.5～2mm。由于產(chǎn)品數(shù)據(jù)及造型因素，在外板翻邊高度變化、外板型面變化、外板拐角處，相應(yīng)的涂膠規(guī)范需要按實(shí)際的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通過調(diào)整②、③兩個涂膠參數(shù)來調(diào)試優(yōu)化，最佳的做法是對整個總成包邊區(qū)域進(jìn)行分段，大致劃分為40～60段，按段進(jìn)行調(diào)試優(yōu)化得出最佳涂膠規(guī)范，并且在實(shí)際生產(chǎn)中按段進(jìn)行監(jiān)測。

3 針對PVC氣泡問題的精細(xì)化控制方案

本套精細(xì)化控制方案從我公司B級SUV車型的成功案例中總結(jié)而來，從批量生產(chǎn)的質(zhì)量監(jiān)控角度出發(fā)，歸納了一套較為全面的控制方案，可用作日常生產(chǎn)的指導(dǎo)作業(yè)或核對表使用。

本控制方案跨越焊裝、涂裝兩大領(lǐng)域，對4個工藝過程明確了監(jiān)控和整改手段，表中的調(diào)整手段需要結(jié)合過程1和過程2的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過涂膠、壓合工藝的配合優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)，由于涂膠質(zhì)量易受到環(huán)境溫度、板件尺寸波動等因素影響，實(shí)際分析時應(yīng)全面考慮。

表1 ?針對PVC氣泡問題的精細(xì)化控制方案

4 結(jié)束語

螺旋涂膠工藝不僅能有效解決PVC氣泡問題，同時對提升包邊位置的連接強(qiáng)度和提升總成密封、防腐、防水、防銹性能等方面有顯著作用，已有較多主機(jī)廠開始逐漸應(yīng)用這種工藝，如大眾帕薩特四門、別克昂科威后背門、奧迪Q5后背門、奧迪A4L四門。目前新一代電子螺旋涂膠工藝E-swril使用電動馬達(dá)驅(qū)動產(chǎn)生螺旋膠條，螺旋控制更為線性，也避免了壓縮空氣低溫對折邊膠成形的影響，同時搭配直徑更小為0.7mm的膠嘴，采用涂膠視覺監(jiān)測系統(tǒng)，得到更為理想和穩(wěn)定的涂膠狀態(tài)，以求更加完美的連接，相信會得到更為廣泛的應(yīng)用。

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