塑料加油口蓋廠內噴涂工藝規劃研究

冉明浩，武京斌，許瑆琥，劉曉煒

塑料加油口蓋廠內噴涂工藝規劃研究

冉明浩，武京斌，許瑆琥，劉曉煒

（上汽通用汽車有限公司，上海 201201）

文章首先介紹了塑料加油口蓋基材選擇及驗證的要點，然后從加油口蓋及其夾具的安裝、加油口蓋噴漆及烘烤、質量檢查及報交三個方面闡述了塑料加油口蓋廠內噴涂工藝規劃過程中的注意事項。最后列舉了加油口蓋可視區漆薄、卡扣漆厚、零件變形和邊緣針孔等常見質量問題并分別介紹了其解決方法和控制措施。

塑料加油口蓋；廠內噴涂；在線噴涂；工藝規劃

引言

汽車加油口蓋是一個重要的功能及外觀部件，大多位于車身側圍后輪罩上部。相較于前后保險杠，加油口蓋的位置高度更接近于顧客的站立平視高度，較為醒目。另外，加油口蓋一般被車身側圍環繞包圍且與側圍共面，這使得加油口蓋的外觀、顏色及光澤與車身側圍的差異更容易被顧客感知，加油口蓋的尺寸變形問題也更易被察覺。因此，如何提高加油口蓋的外觀質量正成為汽車制造企業愈發關注的課題[1]。

目前加油口蓋的材質主要分為鋼鐵基材和塑料基材兩類[2]。出于輕量化、精致化等方面的考量，塑料材質的加油口蓋已經被許多汽車制造企業運用在多款汽車產品上。而塑料加油口蓋的噴漆又分為廠外供應商噴涂和廠內在線噴涂兩種方式[3]。其中對于廠內在線噴涂工藝而言，供應商只需提供塑料加油口蓋的注塑件，免去了供應商噴漆環節，這就大幅降低了零件采購成本。另一方面，采用廠內噴涂工藝時塑料加油口蓋和車身側圍是采用相同的油漆材料和相同的工藝完成噴涂的，因此廠內噴涂方式也更有利于加油口蓋的外觀及顏色匹配。

相比塑料加油口蓋廠外噴漆工藝，盡管廠內噴漆工藝具有低成本、高質量等優點，但若想要實現廠外到廠內的轉變，也絕非簡單的“換個地點噴漆”而已，若處理不當可能出現塑料加油口蓋漆薄、邊緣針孔以及零件尺寸變形等各種問題。本文將從加油口蓋基材選擇及驗證、廠內噴涂工藝規劃和塑料加油口蓋噴涂質量控制三個方面進行討論分析。

1 塑料加油口蓋基材選擇及驗證

要實現廠內噴涂的第一步就是選擇合適的加油口蓋塑料基材。目前，塑料加油口蓋廠外噴涂多采用溶劑型漆噴涂工藝，其漆膜烘烤溫度一般不高于120℃。而對于廠內噴涂工藝而言，塑料加油小門隨金屬白車身一起進行噴漆和烘烤，其烘烤溫度較高，最高烘烤溫度可達140~175℃，烘烤時間為30~60 min（取決于目標工廠油漆車間的油漆材料特性及噴涂工藝），因此，應選用更耐高溫的塑料作為加油口蓋的基材，例如PA+PPE、PA+PPO、PA+ABS+GF9、TPO-M30等[4]。當然，除了耐高溫性能以外，塑料基材與油漆涂層之間也必須具有良好的附著力，并通過濕熱老化試驗、耐汽油試驗、耐石擊試驗等相關試驗，驗證合格后方能確定所選用的加油口蓋塑料基材與目標工廠的油漆工藝及材料是匹配的。

2 廠內噴涂工藝規劃

塑料加油口蓋廠內噴涂工藝的實施通常情況下不涉及大范圍車間改造，只需在相關工位增設加油口蓋零件和夾具料架，并確保有物流通道能夠將零件和夾具方便地送至線旁。對于油漆車間，廠內噴涂工藝的基本流程主要可分為三個步驟：（1）加油口蓋及其夾具的安裝；（2）加油口蓋噴漆及烘烤；（3）質量檢查及報交。

2.1 加油口蓋及其夾具的安裝

廠內噴涂工藝的第一步就是將塑料加油口蓋來料零件通過特制的夾具固定在白車身上以便后續隨車進行噴漆，此步驟的關鍵在于解決“在哪里安裝”和“安裝在哪里”這兩個問題。

“在哪里安裝”是指要規劃好在哪個工位將塑料加油口蓋及其夾具安裝到車身上。對于傳統3C2B工藝油漆車間，可在電泳打磨線到中涂噴房擦凈室之間尋找合適的工位，一般來說加油口蓋安裝工位越靠近中涂噴房越好，可減少噴漆前加油口蓋表面受到二次污染的風險。另外，如果該油漆車間具有機器人車內涂膠工藝或車內LASD噴涂工藝，那么加油口蓋安裝工位應盡量設置在這些車內自動化涂膠/LASD工位之后，以避免機器人手臂伸入車門窗框進行作業的過程中與安裝在此處的加油口蓋發生碰撞的情況發生。而對于有單獨密封膠烘房的3-wet工藝油漆車間，加油口蓋安裝工位應盡量設置在密封膠烘房之后，以避免額外的烘烤過程對塑料加油口蓋的尺寸產生影響。

“安裝在哪里”是指要規劃好塑料加油口蓋與夾具組合后一同安裝至白車身上的什么位置。最為常見的安裝位置是側門窗框，此方式的優點是便于加油口蓋及其夾具的安裝與拆卸，并且在后續噴漆時也能在打開車門噴涂門框和門內板的同時方便地對加油口蓋的內表面進行噴涂，無須設計特殊的翻折式夾具來噴涂加油口蓋的內表面。此外，豎直放置的加油口蓋在噴漆后的油漆流平過程及狀態也與車身側圍后翼子板接近，更有利于加油口蓋與車身側圍的油漆外觀匹配。

2.2 加油口蓋噴漆及烘烤

加油口蓋內、外表面的噴漆方式基本與車身噴漆方式一致。以加油口蓋安裝在側門窗框位置為例，對于外表面為機器人噴涂、內表面為手工噴涂的工廠，需要對外噴機器人的噴漆程序進行調整，為塑料加油口蓋增加額外的噴涂仿形軌跡并設立獨立的噴涂參數，加油口蓋背面的噴漆工作則由內噴員工打開車門完成噴涂。對于內外表面均為機器人噴涂的工廠，除了需要增加內噴機器人的仿形和參數外，還需調整開門機器人的抓勾位置以避免與安裝在側門窗框上的加油口蓋夾具發生干涉的情況發生。

由于塑料加油口蓋基材的特性，經多次烘烤后通常會有零件變形的問題發生，其變形程度取決于塑料基材的種類、加油口蓋的大小和形狀以及烘烤的溫度和時間，在基材種類和零件形狀一定的情況下，烘烤過程就成為零件變形的主要原因。因此，在塑料口蓋廠內噴涂工藝規劃時，應對塑料口蓋的整返烘烤變形量、空放烘烤變形量及點修加熱變形量進行驗證，根據驗證結果判斷該項目的加油口蓋是否允許或允許幾次整返、空放并制定其噴漆工藝流程。需要注意的是，若該車型有雙色（2-tone）工藝，在第二遍進噴房噴涂車頂色時，加油口蓋會隨車身再次進入烘房烘烤，相當于一次空放，這種情況下同樣需要根據烘烤變形驗證結果來判斷是否需要在第二遍噴涂車頂色前將塑料加油口蓋暫時取下以防止烘烤變形。

2.3 質量檢查及報交

塑料加油口蓋在線質量檢查方式以目視為主，檢查內容包括表面灰粒、縮孔、針孔、漆薄、肥邊、橘皮等，而抽檢內容通常包括膜厚、橘皮、色相、光澤及鮮映性等。不過由于塑料加油口蓋形狀的特殊性，例如零件太小或其表面為大弧度曲面，則可能會出現無法利用傳統儀器測取橘皮、色相、光澤及鮮映性的情況。對于塑料加油口蓋表面漆膜厚度，則可以采用破壞性的零件切片測量法（利用顯微鏡觀察和測量零件斷面處各層漆膜的厚度）或者非破壞性的超聲波測量法（利用基于超聲波原理的多層膜厚儀）進行測量。

圖1 塑料加油小門備件批量制備零件架

此外，為了減少報交車輛下線數、實現更好的生產協調，避免因加油口蓋有缺陷需要返工而使整個車身無法及時報交的情況出現，可在精飾報交線旁存放若干近期噴涂完成的合格零件用于替換。替換用的備件可采用特制的零件架（如圖1所示）進行批量制備或者隨車（例如將待噴漆備件安裝在另一側車門窗框位置）進行逐個制備。

3 塑料加油口蓋噴涂質量控制

塑料口蓋廠內噴涂質量的控制不僅與宏觀層面的工藝規劃有關，也與生產過程中的一些細節規劃息息相關，下文將舉例闡述塑料加油口蓋的常見質量問題及其解決方法。

3.1 加油口蓋背面可視區域漆薄

塑料加油口蓋與鉸鏈零件組合安裝完成后，仍然會有部分區域是客戶可見的，這些區域同樣要求具有良好的油漆表面，不允許出現漆薄等缺陷。因此在設計加油口蓋夾具的時候，首先要明確可視區域和非可視區域分界線的位置，夾具與加油口蓋背面的接觸部位必須完全處于非可視區域，避免由于夾具遮擋而導致可視區域漆薄。圖2列舉了兩種典型的加油口蓋設計及其可視/非可視面分界線位置，值得注意的是，案例B中加油口蓋背面立邊的外側面也為可視面（如圖3所示），噴涂背面時應特別關注此處的噴涂質量，以免漆薄。

圖2 可視/非可視面分界線案例

圖3 案例B加油口蓋背面立邊

3.2 加油口蓋背面卡槽/卡扣漆厚

塑料加油口蓋與鉸鏈板的組合安裝是通過其背面的卡槽/卡扣結構實現的，并且由于塑料口蓋在車身側圍上的位置匹配精度需要，卡槽/卡扣上的某些面/邊是與鉸鏈零貼安裝配合的，如果在這些部位存在過多的油漆，則可能導致加油口蓋與車身側圍的平整度變差，嚴重時甚至影響總裝裝配（加油口蓋與鉸鏈板的裝配困難）。例如圖4中的加油口蓋，其背面的10個卡扣是與鉸鏈板固定的關鍵，因此需在夾具上的對應位置設計遮擋，避免在噴涂加油口蓋背面時有過多漆霧沉積在卡扣上。

圖4 加油口蓋卡扣遮蔽案例

塑料加油口蓋的設計各有不同，應針對每個零件的結構特點，識別其可視面/非可視面以及需要遮蔽的“關鍵卡扣”，并制作塑料口蓋噴漆區域要求示意圖，分別標識出直接可視區域（噴漆質量高要求區域）、非直接可視區域（噴漆質量低要求區域）、無噴漆要求區域（有漆霧無漆霧均可）以及無漆霧/少量漆霧區域（需遮蔽區域），以指導夾具設計和噴漆操作。圖5為某車型塑料口蓋噴漆區域要求示意圖案例。

圖5 塑料口蓋噴漆區域要求示意圖

3.3 夾具導致加油口蓋變形

在設計加油口蓋夾具時，同樣也會利用其背面的卡槽結構來實現加油口蓋和夾具的固定。對于金屬夾具，由于金屬與塑料材質受熱時的膨脹/收縮率不同，如果夾具與加油口蓋卡槽完全卡緊，烘烤后可能導致塑料加油口蓋發生變形。為了避免這種情況，夾具與加油口蓋必須采用非卡緊的方式進行固定，即夾具上的插片與加油口蓋背面的卡槽之間應保留一定的間隙，使加油口蓋在夾具上有至少1mm的晃動量。同時，為了避免加油口蓋從夾具上掉落，可以在夾具上增加彈簧片或者利用加油口蓋自身重力使其固定在夾具上，如圖6所示。

圖6 加油口蓋非卡緊接觸的兩種固定方式

此外，如果夾具與加油口蓋之間形成了一個相對封閉的空間，則應在夾具上增加若干排氣孔以避免烘烤過后由于加油口蓋冷熱不均（局部過熱）而導致的零件變形問題。圖7為帶排氣孔的夾具案例。

圖7 夾具上的排氣孔

3.4 加油口蓋邊緣針孔

由于靜電噴涂時的“邊緣效應”以及油漆流平和溶劑揮發過程中的“厚邊效應”，加油口蓋四周邊緣的漆膜會略厚于中心平面，容易產生針孔缺陷。通常的解決方法就是在加油口蓋夾具上增加靜電吸附環[1]，不過增加靜電吸附環會導致夾具變得體積更大且更重，給夾具的清洗、運輸和維護帶來不便。因此可以嘗試僅在針孔缺陷最易發生的下邊緣增加局部靜電吸附環，或者將加油口蓋放在盡可能靠近側門窗框鈑金的位置，如圖8所示，靠近加油口蓋的后門外板與窗框鈑金可以起到“靜電吸附環”的作用，因此僅需在剩余部分按需增加“半包式”靜電吸附環。

圖8 加油口蓋靠近門框鈑金安裝案例

另一方面，邊緣針孔缺陷的形成還可能與塑料加油口蓋零件設計有關，例如加油口蓋周邊分模線位置的針孔缺陷。該問題可通過將分模線位置調整到靠近加油口蓋內表面一側的方法來解決，如圖9所示。

圖9 加油口蓋分模線

4 結語

塑料加油口蓋廠內噴涂工藝開發及應用是一個系統性課題，涉及到多個部門和科室，包括設計、產品、材料、物流、質量、尺寸、油漆和總裝工藝等，各部門之間需默契的配合與高效的協作。本文從前期的材料選擇和工藝規劃這兩個方面對塑料加油口蓋廠內噴涂工藝開發過程中的要點進行了闡述，并列舉了制造過程中的常見質量問題及其控制措施。

[1] 孫計晨,杜成成,張濤,吳明磊.某車型塑料加油口門與側圍外板實車光順問題的解決方案[J].汽車實用技術,2017,03:28~30.

[2] 王小桐,田俊濤,王士雷,潘明明.淺談SUV或轎車油箱蓋的涂裝工藝[J].現代涂裝,2018,21(12):71~72.

[3] 張劉斌,張慶,劉延磊.汽車車身用塑料件的涂裝方式[J].汽車工藝與材料,2019,10:69~71.

[4] 史榮波.塑料在翼子板上的應用研究[J].汽車工藝與材料,2016,1: 62~64.

Study of process planning and design for plastic fuel fill door in-house painting

Ran Minghao, Wu Jingbin, Xu Xinghu, Liu Xiaowei

（SAIC General Motors Corporation Limited, Shanghai 201201）

In this article, the key point of material selection and validation of the plastic fuel fill door was introduced. After that, the matters need attention for plastic fuel fill door in-house painting were illustrated from three aspects including the installation of fuel fill door and it’s jig, the painting/heating process and the quality inspection. At last, several common defects such as thin paint at visible area, thick paint on the clips, part deformation and pinholes at edge were analyzed together with their solutions.

Plastic fuel fill door; In-house painting; On-line painting; Process planning and design

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.049

U445.58+5

A

1671-7988(2021)02-152-04

U445.58+5

A

1671-7988(2021)02-152-04

冉明浩（1987-），男，碩士，工程師，就職于上汽通用汽車有限公司，主要從事汽車涂裝同步工程分析和涂裝工藝規劃工作。