折邊膠泡問題的改善途徑及評判標準制定

李維康，張麗桂（東風汽車公司技術中心，湖北 武漢 430056）

折邊膠泡問題的改善途徑及評判標準制定

李維康，張麗桂
（東風汽車公司技術中心，湖北 武漢 430056）

介紹了汽車折邊密封膠膠泡問題的分類、目前行業內現狀以及缺陷返修方案，同時根據開啟件切割剝離試驗的結果，系統闡述了折邊膠泡問題產生空腔的原因、主要優化改善途徑以及最新前沿技術。借鑒多個合資公司適用的膠泡質量評判標準并結合目前國內汽車制造水平，擬定出適用于國內自主品牌的折邊膠泡質量判定準則。

膠泡；涂膠；折邊；空腔

目前市場上大部分乘用型整車均在四門兩蓋的折邊區域涂覆PVC密封膠，以達到美觀和防腐的雙效目的，但同時也造成了“折邊膠泡”等質量缺陷的頻發。幾乎所有車型的開啟件制造工藝均采用的是前期在焊裝車間進行里外板折邊，后在涂裝車間進行PVC密封膠涂覆的工藝流程，因此，折邊膠泡的質量缺陷問題也一直困擾著各大汽車廠商。

折邊密封膠膠泡，系指一類發生在汽車四門兩蓋折邊區域的PVC密封膠上鼓起的膠質氣泡之統稱。四門兩蓋等開啟件區域是顧客目視概率相對最高、感官相對最直接的區域，頻發的膠泡缺陷既降低了乘用車的美觀性，又影響了客戶體驗的滿意度。

折邊膠泡缺陷的產生機理存在著不確定性和不穩定性2個特點，其在質量控制上有極大的難度，也是國內各大整車廠長期不能攻克的技術難題。

本研究針對折邊膠泡產生的機理、主要類別和主要的優化解決方案進行分析，并對各大合資整車廠目前的質量狀態和控制手段進行分析和對比，旨在獲得折邊膠泡問題的最佳控制手段和質量評判標準。

1　 折邊膠泡的分類及主要返修方法

1.1折邊膠泡的分類

折邊膠泡按照外觀及嚴重程度，可分為普通氣泡、內陷氣泡、開裂不露鈑金氣泡、開裂露鈑金氣泡、異形氣泡和連續氣泡等6種。其中普通氣泡發生的概率相對最高、也最常見，對客戶的感官影響亦相對最小。

而開裂露鈑金氣泡、異形氣泡和連續氣泡等類型缺陷則會嚴重損害整車的外觀和防腐強度，對客戶感受和整車質量造成較為嚴重的影響，因此，在整車質量判定中，此類缺陷是不可接受的。

1.2折邊膠泡的返修方法

大多數整車廠現行的控制方式是在涂裝車間進行膠泡缺陷質量監控，并針對開裂氣泡、異形氣泡和連續氣泡等較為嚴重的缺陷進行修補。返修的主要方法是使用刀片鏟去缺陷，再用PVC密封膠對缺口處填平并補漆。

但上述控制手段僅為缺陷發生后的補救措施，而且頻繁的返修必然會影響生產節拍，造成人力、物力的大量投入。如何做到根本上解決缺陷問題，必須深入分析折邊膠泡產生的機理，盡可能從源頭遏制開裂、異形以及連續氣泡的產生。

2　 折邊膠泡的產生機理

2.1產生機理

分析折邊膠泡產生的機理，需從分析開啟件折邊區域的制造工藝過程入手，主要包括以下6個步驟（如圖1所示）：①焊裝車間開啟件工段，在四門兩蓋外板的折邊區域涂折邊膠；②里外板拼合；③滾邊機器人（或壓機）進行折邊；④涂裝車間密封工段在折邊區域進行PVC密封膠涂覆；⑤涂覆密封膠后，在折邊區域形成中空封閉的內腔，涂裝車間進行烘烤之后，空腔內的空氣或水分受熱產生膨脹；⑥空氣或水分將PVC密封膠頂起，形成局部氣泡。

根據以上工藝過程分析，折邊膠泡是由于折邊膠和PVC密封膠之間形成局部狹小密閉空腔，其中的空氣或水蒸氣受烘烤膨脹所形成。

圖1 折邊膠泡形成過程Fig.1 The formation process of bubbles in hemming sealer

為驗證此結論的合理性，對膠泡缺陷進行了斷面切割實驗，結果發現，膠泡鼓起處都存在著內部氣體的膨脹，且里外板的鈑金之間都存在明顯的“空腔”。

綜上所述，折邊膠泡產生的主要原因是由于四門兩蓋里外2層鈑金之間被焊裝折邊膠和涂裝密封膠包裹起了一段密閉的“空腔”，空腔中的空氣或水分被烘烤之后，氣體體積膨脹而又無處排泄，從而導致密封膠鼓起形成氣泡。此外，如果空腔中混入水分，在烘烤時形成水蒸氣，其體積的線脹系數遠遠大于空氣，因此容易形成異性破損氣泡。

2.2“空腔”產生的原因

在開啟件的折邊區域，產生大小不一的“空腔”主要與涂膠和折邊2種工藝有關。

2.2.1涂膠工藝

門蓋區域涂折邊膠，主要由折邊膠直徑（D）和折邊膠距離翻邊的距離（L）2個參數決定。D值越大，L值越小，則膠水在折邊區域的涂覆越充盈，“空腔”就會越少，反之亦然。

由此可知，如需減少“空腔”，應盡量增大D值，減小L值，使折邊膠的膠量增大，膠路盡量向翻邊靠攏。但D值過大、L值過小，膠水易從翻邊末端溢出，也會粘在滾壓頭或者壓合胎膜上，影響包邊質量。另外也需焊裝操作工手工擦除零件上的溢膠，必然造成生產節拍減緩。

此外，折邊膠涂膠的膠徑和膠路具有不穩定性特點，尤其是人工涂膠，質量控制完全取決于操作工的技能熟練度。由于里外板合拼后，無法再進行二次質量檢查，相比于機器人涂膠，D值和L值都更易波動。

正是因為涂膠的不穩定性，隨著里外板的拼合，折邊膠被鈑金擠壓之后，就會形成參差不齊的波浪狀覆蓋區域，其中的波谷區域就會被PVC密封膠封堵成密閉空間，形成“空腔”。

2.2.2折邊工藝

折邊厚度X值是影響“空腔”形成的另一重要因素。若X值過大，意味著折邊區域越“厚”，則折邊的壓合越不緊密，容易發生里外板的竄動，大幅提升空腔的產生幾率。

目前整車廠常用的折邊工藝，包括壓機折邊（Die hemming）和滾邊折邊（Roller hemming）2種。

機器人滾邊折邊的質量受里外板沖壓件質量、滾頭壓力、翻邊打開角度和翻邊高度等因素影響較大，X值較易波動。

相比于機器人滾邊，壓機折邊采用終折邊刀對翻邊區域進行壓實，只需控制折邊刀在有效的沖壓次數之內，折邊刀磨損較少，其對沖壓件來料質量的要求遠低于機器人滾邊，可獲得相對更為穩定的折邊厚度X值。

由上可知，折邊厚度X值的波動以及涂膠直徑（D）和距離翻邊距離（L）的不穩定性，共同導致了折邊區域密閉“空腔”的產生。

3　 折邊膠泡質量現狀

目前國內的各大合資及自主品牌車型，均或多或少存在折邊膠泡問題，且以直徑φ＜3 mm的未開裂氣泡為主，開裂露鈑金、異性氣泡等嚴重情況則較為少見。

國內大多數的合資整車廠均采用了壓機折邊、機器人涂膠等工藝，可大幅降低折邊膠泡的產生，但通過市場統計，其各自車型仍然存在膠泡缺陷。其中，個別公司采用了不同的產品設計，在四門兩蓋的折邊區域僅涂刷少量的PVC密封膠，其膨脹的氣體可通過密封膠末端排出，故而氣泡數量較少。

由市場統計結果可知，因折邊膠泡生成機理的偶然性和工藝的不穩定性，除采用不同產品設計方案之外，折邊膠泡問題仍困擾著國內大多數的整車企業，是不可能完全解決和避免的。但通過工藝的調整和優化，可以在一定程度上降低折邊膠泡的發生概率，尤其是可以杜絕密集型氣泡、破損氣泡等嚴重缺陷的發生。

4　 折邊膠泡優化解決方案探討

目前折邊膠泡的工藝優化方法主要包括“封堵”和“疏通”2種思路。

4.1工藝調整——“封堵”

所謂“封堵”，是指通過適當的增大涂膠直徑D，減小膠路距離翻邊的距離L，以及減小折邊厚度X，使得折邊膠在折邊區域充填的更加盈實，避免“空腔”的產生。圖2為折邊膠填充的理想狀態，完全沒有“空腔”存在。

但這種狀態是一種絕對的理想狀態，膠徑的加大和膠路的變化必然會導致折邊區域溢膠，帶來的是次生的質量缺陷。

圖2　折邊密封膠填充的理想狀態Fig.2　Perfect filling status of hemming sealer（無空腔）

4.2工藝調整——“疏通”

在PVC密封膠的末端位置，還可以嘗試使用“疏通”的方法，以減小涂膠直徑D，增加膠路距離翻邊的距離L，使折邊區域形成一條連貫的“空腔通道”，促使其中的空氣或水蒸汽延著通道排出空腔外。

但過多的縮小涂膠量，會導致折邊區域膠水覆蓋不足，使開啟件達不到應有的密封和防腐要求，這將對整車質量造成更為嚴重的潛在危害。

據此，將涂膠直徑D減小為1.5 mm、距離翻邊距離L增加至2 mm進行涂膠，對試驗件折邊后進行剝離試驗，從中可以看到折邊區域均無折邊膠覆蓋，因而存在著嚴重的腐蝕風險。

由此可知，無論如何調整涂膠直徑D和膠路距翻邊距離L，均會帶來其他的次生質量缺陷。因此在調整時，必須嚴格遵守涂膠的公差標準，經過多次反復優化和試驗，得出最佳的涂膠狀態。

4.3質量體系監控預防

通過質量體系的監控預防手段，提升涂膠和折邊工藝的質量穩定性，保證缺陷不流出工位，也可以在一定程度上降低折邊膠泡的發生。

如：采用在手工涂膠工位設置涂膠標準樣板，在相應的工藝卡或作業指導書中注明操作工對涂膠直徑和軌跡進行目視二次檢測等手段。

或是在開啟件折邊工位，要求操作工使用千分尺對四門兩蓋的折邊厚度X值進行定期的測量，并將結果記錄存檔，對于超差區域需及時提出，以便及時預防因折邊厚度波動導致的膠泡問題高頻爆發。

此外，定期對涂膠設備的出膠量、膠水環境溫度、滾邊頭壓力、滾邊胎膜和壓機折邊刀等關鍵工藝參數或設備進行定期的TPM（全員生產維護）檢查，從源頭上控制缺陷的發生，這對折邊膠泡問題的預防有很大的積極作用。

5　 其他新技術

隨著白車身制造技術的發展，目前已有多種新技術可應用于開啟件區域的制造加工，對優化處理折邊膠泡問題產生有利影響。

5.1涂膠拍照技術

隨著視覺設備的發展，目前可在涂膠槍上集成相機等拍照設備，對涂膠的直徑和膠路實施拍照監控，并通過數據傳送顯示在人機交互界面上。例如ISRA公司采用的拍照設備為3D攝像頭，可實現膠條的高度與寬度的實時檢測，同時通過計算膠條和零件邊緣的關系，還可以統計出膠條在零件上的位置。其檢測精度為（±0.5）m，如果出現斷膠、膠路嚴重偏差或直徑超差等情況，則系統會自動進行報警提示，避免缺陷批量流出。

采用涂膠拍照技術，可有效提高涂膠質量的穩定性，減少“空腔”發生幾率，從一定程度上避免折邊膠泡的產生。

5.2雙點涂膠技術

Intec公司的雙點涂膠技術，使用的是特制的雙口膠槍嘴，在開啟件外板靠近翻邊的區域多涂一道細膠。對比原有的單點涂膠工藝，可實現折邊區域折邊膠填充的更加充盈，“空腔”更少的效果（如圖3所示），從一定程度上降低膠泡的發生幾率。

圖3　單點與雙點涂膠對比Fig.3　Comparison of double and single points sealing

5.3螺旋涂膠技術

目前多家涂膠設備供應商都已研發出了螺旋自動涂膠設備，采用螺旋轉動的涂膠噴嘴進行涂膠，使折邊膠的膠路呈現出分散的螺旋形（如圖4所示），與傳統的直線型膠路相比，這種方法可以保證在涂膠量相同的情況下，一定程度上避免因膠路位置波動引起的壓合后覆蓋不充分，同樣可以使折邊膠覆蓋的更加盈實，降低“空腔”的發生幾率。

圖4　螺旋涂膠技術Fig.4　Swirl sealing

5.4采用摻入玻璃珠的折邊膠

通過在折邊膠中摻入玻璃珠，使其在滾邊或壓邊過程中嵌入壓合區域的鋼板，以增加摩擦阻力，限制里外板在烘烤前的相對位置錯動，在一定程度上也可以減少“空腔”的產生，降低折邊膠泡的發生幾率。

經試驗數據統計，玻璃珠的直徑為250 μm、含量為5%左右，可以更加充分地嵌入板材空隙，達到最優化的防止錯動的效果。

6　 各整車廠膠泡質量評判標準

6.1美系車型標準

美系車型標準（如表1所示）是將整車外觀面分為A、B、C和D 4個等級，其中涉及折邊膠泡的為B、C和D這3個區域。從中可以看出，對折邊膠泡的指摘區域主要分布在B區（前后門內側可視區域）。而C區（行李箱內側）和D區（前蓋內側以及前后門鉸鏈內側）等區域，只對開裂露鈑金的氣泡進行指摘。

表1　美系膠泡標準Tab.1　Bubbles criterion of American vehicles

另外，B區的折邊膠泡也對氣泡數量和大小進行了嚴格的區分界定，例如直徑小于3 mm的普通氣泡，在20 mm單位長度內的數量需大于5個才能進行指摘；而直徑大于3 mm的開裂不露底氣泡，則需每個零件上大于3個才能進行指摘。具體如表2所示。

6.2歐系標準

歐系車型的折邊膠泡標準（如表2所示）也是對膠泡的尺寸和大小進行了等級劃定。例如對φ＜3 mm的氣泡不進行指摘；對于φ＞3 mm的氣泡，又以7 mm為尺寸分界線，根據單個零件上的數量進行不同等級的指摘。

表2　歐系車型膠泡標準Tab.2　Bubbles criterion of European vehicles

通過對比可知：美系、歐系車型的膠泡評判標準都采用外觀分區，并對膠泡數量和大小進行界定等級的方式進行質量評判。由此可大致歸納為：①開裂露鈑金氣泡和異性氣泡絕對不允許，在各車企標準中都有較嚴格的評判標準；②針對普通氣泡，以3 mm和7 mm為分類標準，分別按照單位區間的數量或單個零件上的數量進行等級劃分；③對于四門鉸鏈內側的氣泡，因為客戶目視不易看到，只要未開裂露鈑金，一般都不進行指摘。

通過調研，目前國內大多數的自主品牌車企在密封膠膠泡的質量判定上，均未對折邊膠泡的數量和大小進行量化的區分判定，還未形成一套合理嚴謹的缺陷評價標準。

6.3擬定國內評判標準

借鑒國外及合資公司相關標準，制定出適用于國內自主品牌乘用車的標準如表3所示。

表3　膠泡評判標準Tab.3　Bubbles criterion suitable for domestic enterprises

7　 結語

通過調研分析可知，折邊膠泡問題是不可能完全避免和解決的。通過調整涂膠和折邊參數并提升其工藝穩定性，可降低高頻次氣泡區域的發生幾率，避免密集氣泡、開裂氣泡和異性氣泡等嚴重缺陷的產生。

此外，借鑒國外及合資公司相關標準，制定出適用于國內自主品牌乘用車的膠泡評判標準。

［1］錫洪鵬,陳淑君,戴建新,等.焊裝折邊膠工藝在汽車制造中的應用［J］.現代涂料與涂裝,2014,17（6）：49-51.

［2］曹偉,任孝靜,王彥龍.PVC氣泡問題的產生及預防控制措施［J］.汽車工藝與材料,2015,（12）：36-37.

［3］宋宏偉.機器人滾邊技術在汽車制造中的應用［J］.機械工人冷加工,2007,（10）：117-120.

［4］李攝權.四門兩蓋包邊新工藝［J］.汽車與配件,2010,（45）：26-28.

［5］陳代枝.汽車門蓋包邊工藝及設備選用［J］.金屬加工熱加工,2005,（12）：26.

Improving methods and criterion setting of bubble defects in PVC hemming sealer

LI Wei-kang, ZHANG Li-gui
（ Technical Center of DongFeng Motor Corporation, Wuhan, Hubei 430056, China）

In this paper, the classification, industry status and repairing processes of the bubble defects PVC hemming sealers of vehicles were introduced. The results of cutting experiments of the hemmings revealed the occurrence mechanism of the bubble defects. Meanwhile, the methods and the latest technologies of eliminating the bubble defects in the PVC sealers were presented. Referencing the quality criteria of bubble defects used in some joint ventures and combing the current level of domestic automobile manufacturing, the quality criterion of bubbles in hemming sealers was set out, which is suitable for the domestic self-owned brand passenger vehicles.

PVC sealer bubbles； sealing； hemming； airtight cavity

TG494

A

1001-5922（2016）08-0062-05

2016-05-05

李維康（1986-），男，中級工程師，從事汽車制造工藝研究與工業化實現工作。E-mail：liwk@dfmc.com.cn。