汽車門蓋PVC氣泡影響因素及控制方法

劉冬

（一汽-大眾汽車有限公司，天津301509）

1 前言

PVC 膠也稱為聚氯乙烯涂料，其主要功能是保證車身的防腐性能，同時PVC 膠條的均勻性也是PVC 外觀質量的一個重要考察項。在汽車生產過程中，門蓋折邊區域特別容易出現PVC 氣泡，不僅影響整車外觀質量，一旦破裂還會影響整車的防腐性能。PVC 氣泡是國內外車企公認的世界性難題，往往是伴隨車型整個生命周期的產物，是各個整車廠的重點研究課題。某款車型在項目初期PVC 氣泡問題嚴重，單車PVC 氣泡總數高達38 個，單車返修率85%，通過1 年多時間的摸索和實踐，目前已經成功達到了單車氣泡總數平均1.26 個、單車返修率0.95%的行業領先水平。將就積累的優化經驗做細致介紹，為整車廠PVC 氣泡控制提供參考。

2 PVC氣泡的形成原因

汽車門蓋折邊處的PVC 膠具有良好的觸變性，堆積一定厚度時能保持棱角狀態，不產生流淌。在熱烘烤下，PVC 膠發生膠化反應，變成不可逆轉的彈性物質。在PVC 膠條不斷固化的過程中，由于壓合邊有空腔存留空氣或水分，高溫烘烤過程中氣體膨脹導致局部形成高壓，將PVC 膠表面頂出氣泡，氣泡形態如圖1 所示。

圖1 PVC膠條鼓起形成PVC氣泡

根據以往經驗，產生氣泡的主要原因如下：

a.空腔形成因素

主要有折邊膠壓合后涂膠狀態不均勻、壓合開口過大、外板單件法蘭邊翹邊。

b.環境因素

包括環境溫度和PVC 烘干爐溫度。

c.PVC 材料與工藝因素

PVC 厚度、PVC 與外板端面對中性和PVC 性能等。

3 PVC氣泡影響因素和控制方法

3.1 空腔形成因素

圖2 所示為焊裝折邊膠涂膠標準，標準要求內外板貼合面a 區折邊膠100%填充，d 區有膠反向溢出，c 區（又稱c 腔）折邊膠100%填充，折邊面b 區折邊膠填充≥30%，以滿足整體密封和防腐效果。如圖3 所示，在涂裝車間，為進一步提高四門兩蓋的防腐性能，會以外板翻邊端面為中心，涂上1 道PVC 膠，這樣就形成了圖2 中所示的密封空腔區域。密封空腔區域殘留的氣體可能造成PVC 氣泡的產生。

圖2 折邊膠涂膠標準

那么能否通過消除密封空腔區域，從而在原理上減少或者消除氣泡呢，答案是可以的。當b 面的折邊膠達到100%時，密封空腔區域會消失，我公司的某車型前后蓋即采用了該方法控制氣泡數量。但是該方法的弊端是會造成圖4 所示的折邊區域大量折邊膠溢出，需設計專門的清膠工位并配置專門的清膠人員進行清擦，增加了成本；同時壓合模設備會大量粘膠，每2 h 左右就需要進生產線進行壓合模清擦，造成生產節拍嚴重脫節，因此b 面100%涂膠并不是第一選擇。

圖3 PVC打膠示意

圖4 b面100%膠量時大量折邊膠溢出

3.1.1 折邊膠壓合后涂膠狀態不均勻

從原理上講，如果b 面的折邊膠涂膠可以達到均勻的30%，那么在門或蓋的折邊位置會形成1 條擁有70%空腔的氣道，在PVC膠條加熱烘干過程中，密封空腔區域內的氣體可以在長長的氣道內均勻流通，不會對PVC 膠條產生猛烈沖擊，產生氣泡的幾率會大大減小。但實際上，穩定地實現門/蓋整個總成折邊區域b 面膠量為均勻的30%十分困難，主要原因有如下2 點：一是折邊膠涂膠位置的穩定性較難控制，抓手抓取外板旋轉的過程中，固定不動的SCA涂膠機噴涂出折邊膠，隨著外板的回彈量不同，折邊膠噴涂在外板上的相對位置會有波動；二是隨著夾具的調整或新批次內外板單件切換，內外板之間的匹配狀態會隨之改變，匹配變緊的位置折邊膠會被擠出的更多，反之則擠出的少。綜上，很難長時間穩定地保持b 面膠量為均勻的30%，只能通過定期破檢檢查，及時調整折邊膠的軌跡或者膠量來保持折邊膠涂膠的均勻性。

在收到PVC 氣泡問題反饋后，通過破檢檢查b面折邊膠涂膠均勻性是1 個常見的辦法，那么一旦發現涂膠均勻性出現問題，如何快速高效地進行調整呢？通過調整涂膠軌跡是1 個辦法，但是調整涂膠軌跡需要將整個生產線停下來，造成20～30 min停臺，對于一個生產節拍為60 JPH 的工廠來說，意味著損失了20～30 臺車的產量。因此調整涂膠量就成了1個更理想更經濟的解決辦法。調整膠量不需要停線，只需要更改SCA 面板參數即可，為了更精確實現小范圍所需區域膠量更改，將整個涂膠膠道細化成多個分段是1個很好的辦法，如圖5所示，我公司的某車型前門折邊膠分成了109 段，可快速實現各區域膠量精細化調整。

圖5 涂膠分段細化

3.1.2 壓合開口過大

壓合開口代表了外板折邊后其翻邊最外沿張口的大小，其標準要求為≤0.3 mm。如圖6a 所示為正常壓合開口狀態，外板折邊幾乎與內板平行；圖6b 為壓合開口過大狀態，外板折邊明顯未被壓緊。壓合開口過大帶來的危害是使密封空腔區域體積大大增加，密封區域內空氣量隨之增加，在加熱過程中更容易將PVC 膠條鼓起形成PVC 氣泡。

圖6 壓合開口狀態示意

對于機械式壓合（整體式壓合），主要通過調整終壓合鑲塊墊片、燒焊和研磨終壓合鑲塊型面，提升鑲塊與工件的匹配程度實現壓合開口的整體減小。對于滾輪式壓合，主要通過調整滾輪與工件的角度和距離來調整壓合開口大小，滾邊壓合為多序滾邊，其中最后一序對于控制壓合開口最為關鍵。

3.1.3 外板單件法蘭邊翹邊

外板單件法蘭邊翹邊是指外板單件法蘭邊最外沿呈翹起狀態，如圖7a 所示為單件法蘭邊呈平順狀態，圖7b 為單件法蘭邊翹邊狀態。單件法蘭邊翹邊帶來的最大危害就是使壓合開口變大，因為法蘭邊尺寸較小，終壓合鑲塊壓緊再松開后，外板法蘭邊又反彈回翹邊形態，也就是說壓合過程無法緩解單件翹邊缺陷。壓合開口變大帶來了PVC 氣泡發生概率的增加，因此單件法蘭邊翹邊對PVC 氣泡的控制尤為不利。圖8 展示了我公司某款車型前蓋在單件法蘭邊平順和翹邊2 種狀態下的試驗對比，結果發現單件法蘭邊平順時氣泡狀態明顯優于單件翹邊時的狀態。

圖7 單件法蘭邊狀態

圖8 單件不同的法蘭邊狀態對應氣泡情況

在沖壓單件生產過程中，為了保證表面質量良好、板材充分成型，選擇性地對部分單件使用了夾持翻邊工藝，夾持翻邊工藝對單件的成型、表面質量和尺寸穩定性均非常有利，但是帶來的1 個副作用就是法蘭邊翹邊。當發現單件法蘭邊翹邊嚴重影響了PVC 氣泡后，最好的辦法是聯合沖壓車間對單件的夾持翻邊力進行優化，找到1 個翹邊與表面質量、尺寸穩定性都可接受的狀態，鎖定此時的夾持翻邊工藝參數，做到綜合性能最優。

3.2 環境因素

3.2.1 環境溫度

在各整車廠實際批量生產過程中發現，夏季隨著溫度的不斷升高，PVC氣泡的狀態急劇惡化，這主要是因為溫度升高時，折邊膠的黏度降低，折邊膠保持其原有涂膠狀態的能力變差，導致涂膠均勻性變差進而容易產生氣泡。同時在生產過程中發現當經過2天的周末停產后，再生產時氣泡狀態普遍較差。如圖9所示展示了某周統計的每日氣泡返修數據，周中氣泡每日返修平均值為12個，在周一的時候氣泡狀態出現波動，需返修氣泡數為19個，返修量增加了42%。氣泡狀態波動與門/蓋總成儲備有關系，在經過了較長時間的放置后，一方面門/蓋總成折邊內的折邊膠狀態發生了變化，變得不均勻，使得氣道出現堵塞；另一方面折邊膠吸收了空氣中的水分，使得氣體來源增加。這2個不利因素導致PVC氣泡發生概率大大增加，因此在面臨較長時間的停產放假時，降低在線儲備數量對PVC氣泡的控制是有利的。

圖9 某周統計的每日氣泡返修數據

3.2.2 PVC 烘干爐溫度

PVC氣泡產生的原理是加熱時門鈑金折邊內的氣體向外擴散，將PVC 膠鼓起來，因此烘干爐的峰值溫度越高、升溫速率越快，PVC氣泡產生的動力就更足，在滿足PVC膠條烘干的前提下適當降低峰值溫度和升溫速率對控制PVC 氣泡有正向作用。我公司某車型采用降低烘干爐峰值溫度和升溫速率的方法，實現了單車平均氣泡數下降2.5 個。如圖10所示，優化前的烘干爐峰值溫度為145 ℃，加熱5.5 min 后接近溫度峰值，升溫速率為26 ℃/min(曲線1，循環空氣溫度)；優化后的烘干爐峰值溫度為136 ℃，加熱8 min 后接近溫度峰值,升溫速率為17 ℃/min（曲線2）。優化后的爐溫曲線可滿足PVC膠條的烘干需求和生產節拍需求，對PVC氣泡的控制起到了正向作用。

3.3 PVC材料工藝因素

3.3.1 PVC 厚度

PVC厚度的標準范圍為1.5～2.0 mm，PVC的厚度越大，氣體需要將PVC 頂起的力就越大，因此對于PVC厚度，取上限進行控制對PVC氣泡有利。在實際生產過程中，PVC 厚度最高達到了2.5 mm 左右。另外需要關注的是PVC 厚度過大時在車門調整時容易發生PVC磕裂，因此PVC厚度要根據氣泡和車身匹配間隙綜合進行考量。

3.3.2 PVC 與外板端面對中性

PVC 膠條與外板端面的對中性對氣泡產生也是有影響的。PVC 膠條在涂覆后呈現中間最厚，兩邊逐漸變薄的圓弧狀。如圖11a 所示，標準狀態下PVC 涂覆時以外板翻邊端面為中心，這樣可以有效保證PVC 膠條最厚的位置恰好處于外板翻邊端面處，其抵抗氣體逸出的能力更強，氣泡發生的概率更低。如圖11b 所示，如果PVC 膠條與外板端面的對中性不好，PVC 膠條的有效厚度會變小，抵抗氣體逸出的能力變弱，出現PVC 氣泡的概率會增加。整車廠涂裝車間一般設置有PVC 雙線，在實際生產過程中當發現PVC 雙線的PVC 氣泡發生概率有明顯差異時，可以對2 條PVC 生產線的PVC厚度和PVC 與外板端面對中性進行對比分析，尋求問題解決方案。

3.3.3 PVC 性能

PVC 膠的性能對PVC 氣泡有顯著影響，在探究PVC 氣泡的影響因素過程中，我公司對甲乙廠家2 款PVC 膠產品進行了對比試驗，如圖12a 所示，結果顯示甲乙廠家PVC 氣泡總數基本相同，但是乙廠家的＞8 mm 氣泡數明顯少于甲廠家?；谠囼灲Y果，甲廠家對自身產品進行性能改進，調整PVC 膠中樹脂A 和樹脂B 的比例，PVC 膠的斷裂延伸率由165%提升至190%、拉伸強度由1.6 MPa 提升至2 MPa。如圖12b 所示，PVC 膠優化后的單車氣泡數和單車＞8 mm 氣泡數均明顯下降，取得了良好的優化效果。在PVC 膠的性能穩定后，應組織對PVC 膠進行定期檢驗，以鞏固PVC 膠性能的優化效果，一旦性能出現波動，及時通知廠家優化。

圖10 烘干爐溫度曲線

圖11 PVC與外板端面對中情況

4 PVC氣泡控制流程

PVC 氣泡成因復雜，主要核心影響因素在于焊裝車間和涂裝車間，只有實現焊涂車間合理的任務分工，相互合作才能實現快速聯動，減少甚至消除氣泡對產品質量的影響，如表1 所示為焊裝車間和涂裝車間各區域任務分工。

4.1 氣泡統計

由涂裝車間安排專人每日進行25 臺車的四門兩蓋氣泡統計工作，確定氣泡發生位置和概率。統計的氣泡類型分為3 種，第1 種為凹陷/破損氣泡、第2 種為直徑＞8 mm 的氣泡、第3 種為直徑3～8 mm 的氣泡，＜3 mm 氣泡不計入統計。氣泡統計模板如圖13 所示，在統計時采用畫正字的方法記錄氣泡發生頻次。

圖12 PVC氣泡對比情況

氣泡統計有三要素，首先是專人統計。固定專人統計能保證不會因為人的因素導致統計結果突變，對氣泡控制方向造成誤導；其次是至少有25臺的數據，氣泡發生是一種概率事件，只有樣本量足夠時才能統計出氣泡的真實發生率；最后是使用皮尺測量氣泡的位置坐標（圖14 所示，皮尺需要去掉金屬頭，防止劃傷零件表面），精準識別氣泡位置，便于氣泡原因分析。考慮到人的臂展、實際總成大小以及操作時的方便程度，如圖15 所示對總成設定了測量起始點，從起始點開始抻皮尺，直線到達氣泡位置便為氣泡的坐標，同時朝不同的方向設定為了正值和負值。

表1 焊裝和涂裝各區域任務分工

圖13 氣泡統計模板

圖14 皮尺

4.2 氣泡分析和優化

在獲取PVC 氣泡具體位置和發生概率后，針對發生概率≥20%的位置進行原因分析，如圖16 所示，前蓋共識別出9 個固定點，集中于前蓋前沿和后沿。通過檢查固定氣泡位置的折邊膠涂膠狀態、壓合開口情況、PVC 膠條狀態，可以鎖定問題產生的主要原因。

經過數據采集和分析，9 個固定氣泡產生的原因梳理完畢，如圖17 所示，分別為壓合開口大、單件翹邊、PVC 膠條不居中、單件接刀口和b 面涂膠不均勻，可根據上文所述方法開展固定點的PVC氣泡控制工作。

圖15 不同總成的測量起始點和方向設置

圖16 固定氣泡位置基礎數據采集

圖17 固定氣泡根因分析

通過應用上文所述的PVC 氣泡控制方法，經過1 年多時間的摸索和實踐，如圖18 所示，我公司某款車型實現了從項目初期單車氣泡數38 個到目前單車氣泡數1.26 個，單車返修率由85%下降至0.95%。

圖18 單車氣泡數與返修率下降情況

5 結束語

對汽車門蓋PVC 氣泡影響因素進行了深入分析，共總結出3 大類影響因素：包括空腔形成因素、環境因素和PVC 材料工藝因素，并對每種因素細分小類，每小類因素對PVC 氣泡的影響規律做了細致的分析和介紹，總結了對應每類因素應對PVC 氣泡的控制方法。同時介紹了整車廠的PVC氣泡改善責任分工和完整的控制流程，可參考文中使用的工具、統計模板和分析思路開展實際的PVC 氣泡控制工作。同時需要指出，PVC 氣泡是1個普遍存在的且得到公認的世界性難題，往往是伴隨車型整個生命周期的產物，但是只要掌握氣泡的發生規律，做好各項因素控制，就可將PVC 氣泡的影響控制在工廠可接受范圍之內，保證工廠的生產平順性。