螺旋涂胶工艺在解决门盖PVC气泡问题中的应用

董功杰，刘俊伟，田凯文，郝俊伟

摘 要：文章从汽车门盖PVC气泡问题出发，深入分析了该问题的行业现状、产生原因，介绍了解决该问题的一种先进工艺——螺旋涂胶，详细阐述了该工艺的工作原理、质量育成过程、核心参数、工艺优势，并进一步归纳了应对PVC气泡问题的精细化控制方案，为相关领域工艺开发人员提供重要参考。

关键词：门盖PVC气泡;螺旋涂胶;精细化控制

中图分类号：TG494.2  文献标识码：A  文章编号：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

汽車的车门、前后盖是消费者最直接目视的重要表面件，它们的品质直接关乎用户满意度和使用体验。目前市场上绝大部分车型，四门两盖包边位置PVC胶条处均存在不同程度的气泡问题。由于PVC气泡问题影响因素较多、跨越焊装涂装两大领域众多工序，加上尚无直接有效的监测控制手段，该问题的分析、解决、监控一直是困扰各大主机厂的技术难题。本文从PVC气泡问题分析入手，引入螺旋涂胶工艺，并归纳了一套应对该问题的精细化控制方案。

1 PVC气泡原因分析

1.1 PVC气泡问题亟待解决

如图1所示，气泡问题发生在门盖包边位置PVC胶条区域，在涂装烘干工序后出现，气泡直径从Φ3至Φ6mm不等，位置不固定，数量多的会达到5-7个气泡/单总成，甚至会出现气泡开裂钣金露出的不可接受缺陷，以我公司在产的某B级轿车为例，量产前期四门两盖总成PVC气泡数量约13-20个/单车，尤其是车门，用户开启后直接目视，十分影响用户的满意度，相应地，在主机厂开展质量Aduit评审时，门盖区域气泡直径超过Φ5mm或者单总成气泡数量超过3个时被判定为B类区域B类缺陷，要求必须得到控制解决。

如图2所示，在汽车四门两盖包边位置，焊装车间在外板涂布折边胶，涂装车间在总成内外板接缝位置涂布PVC密封胶，以提高包边连接的刚度，提升车门的防腐、防锈、密封性能。该问题涉及焊装、涂装两大领域的涂胶、包边、前处理、电泳等多个工序，可能会受到人员操作、设备、温度、胶料、工序等众多因素影响，再加上气泡问题仅在涂装车间烘干后才会暴露出来，前面的工序没有明显的、可供监测的问题征兆，目前尚无有效的监测和控制手段。绝大多数主机厂仅是在涂装车间油漆烘干后对车身包边位置进行检查，对发现的PVC气泡进行返修，使用刀片铲破气泡后重新补胶刮平，单车返修时长约10-15分钟，返修工时长，耗费大量的人力、材料;甚至有的主机厂在生产车展用车时，会在涂布PVC密封胶前增加一步临时工艺：刮胶，将PVC密封胶塞满包边位置缝隙处，来避免PVC气泡问题的发生。

图1  PVC气泡示意

图2  包边位置剖切图

1.2 包边区域折边胶形成“空腔”是产生PVC气泡的根本原因

在我公司某B级轿车的质量育成过程中，通过剖切多套涂装完成后门盖总成的包边位置，发现了如图3所示的共性现象：所有PVC气泡所在包边位置均存在折边胶未完全覆盖现象，即形成了 “空腔”。

图3  包边位置剖切图

图4  折边胶完全溢出示意

为了进一步验证“压合位置空腔”是否是产生PVC气泡问题的原因，开展了如下验证性实验：在车门外板包边处涂布过量折边胶，保证压合后折边胶在所有包边位置均呈现100%溢出状态，将溢出折边胶擦除后装车送至涂装，以达到完全消除“空腔”的效果，经过3辆份装车验证，12个车门总成均未出现PVC气泡问题，并且进一步对3辆份涂装后车门包边位置进行剖切实验，发现折边胶扩散均匀，完全覆盖包边区域，未出现如图3所示“空腔”现象。由此可得出结论：包边位置折边胶形成“空腔”是产生PVC气泡的根本原因，即如图5所示，焊装门盖总成压合边存在“空腔”—折边胶未完全覆盖现象，白车身经过涂装高温烘烤后，“空腔”内水分或气体受热膨胀后无法排出，从而顶起PVC密封胶条产生气泡现象。

图5  PVC气泡形成示意图

然而在实际生产过程中，如果按上述实验方式大量生产，必将导致巨大的折边胶浪费以及大量的擦胶工作，不具备推广性，因此必须进一步分析出“空腔”形成的原因，以便采取相应措施从根本上避免“空腔”现象。

四门两盖折边胶涂布之后、气泡产生之前的工艺流程如图6所示，PVC气泡问题在第7步涂PVC密封胶烘干后显现出来。通过分析与之相关的工艺流程，得出可能造成“空腔”的原因有：

（1）过程1涂布密封胶不合格，涂胶规范不合理或涂胶几何形状不满足涂胶规范。

（2）过程2内外板扣合操作不当，折边胶几何形状受到不理想破坏。

（3）过程3机器人滚边压合时滚头和压爪对板件的压力不均匀，折边胶受压不均扩散宽度不一致。

（4）过程5和过程6前处理和电泳工序中药剂或电泳液中的水分进入“空腔”。特别地，由于水分受热蒸发膨胀体积比空气更大，因此极大概率会出现气泡开裂钣金露出的不可接受缺陷。

（5）过程7手工涂PVC胶条时，涂抹量不均匀，部分区域PVC厚度不足，无法有效压住内部气体膨胀，提高了气泡产生的概率。

图6  与气泡相关的工艺流程图

目前大多数主机厂通过以下两种方式来降低气泡发生的概率：①采用机器人自动涂胶并不断优化涂胶规范;②优化压合工艺尽量使滚头和压爪对压合边的压力均匀;由于滚头和压料机构的调试优化十分复杂、内外板板材形状也存在波动等因素，压力不均问题无法完全消除。因此本文引入一种新型螺旋涂胶工艺，以其特殊的胶条几何形狀，通过降低压力对折边胶扩散的影响（见图7），来最大程度降低气泡问题的发生概率。

图7  压力不均对折边胶扩散影响示意图

2 应用螺旋涂胶工艺应对PVC气泡问题

2.1 螺旋涂胶工艺工作原理

我公司在一款B级SUV车型采用了AIR-SWIRL气动螺旋涂胶工艺，从设备层面来讲，该工艺与普通胶条式涂胶工艺相比，仅定量机前端的出胶系统不同，如图8所示，该出胶系统包括比例阀、进气机构、胶嘴、锁紧组件四部分。

图8  螺旋出胶系统示意图

胶嘴四周的气体通道是形成螺旋胶条的核心组件，如图9所示，5个气体通道宽度一致，均匀分布在胶嘴四周，分别以轴线方向为基准偏转0°、12.5°、25°、37.5°、50°。外部压缩气体由比例阀控制经气管以一定压力和流量的气体接入胶嘴，通过胶嘴四周气体通道按不同角度吹出后空间上形成螺旋气体，综合作用在从胶嘴压出的胶料上，在板件上形成相互重叠的圆形胶圈。

图9  螺旋出胶原理图

如图10所示，这种特殊的螺旋胶条在几何形状上与普通胶条有着明显的区别：普通胶条是一个截面为Φ2～4mm的圆柱胶条，而螺旋胶条是一个个大小一致的圆形胶圈彼此均匀地重叠在一起，形成一个宽度为6-10mm的胶带。该胶条成形有以下两个显著特点：

（1）6-10mm的胶带可在内外板扣合后、滚边压合前，完成更加均匀、更大面积的扩散，接近70%的区域完成折边胶的均匀平铺，相比较普通胶条而言，均匀的宽胶带对压力的敏感性更低，则在总成包边压合时，最大程度上降低了压力不均对折边胶扩散的影响，更能实现折边胶完全、均匀充盈压合边的效果，即最大程度上避免“空腔”问题的发生。

（2）胶带两侧的胶量更为集中，平铺完成后，胶带两侧实现了完全封堵，避免了液体、空气从包边两侧进入折边胶区域，即“空腔现象”，而“空腔”内聚集较多的气体或液体正是形成PVC气泡的根本原因。

图10  普通胶条和螺旋胶条对比示意

螺旋涂胶工艺以其特殊的胶条几何形状实现了完全充盈压合区域的效果，不仅有效地解决了PVC气泡问题，同时与普通圆柱胶条样式涂胶相比，还具有以下优势：

（1）刚度和性能：更加充盈的折边胶填充进一步提升了包边处的连接强度;显著降低内外板窜动的可能性，提升了总成尺寸稳定性;提升车辆的密封、防水、防锈、防尘性能。

（2）面品质量：螺旋涂胶是形成一个6～10mm的均匀胶带，极限接近折边胶最终扩散状态，更均匀的压合边厚度最大程度减少了滚压受力不均问题，面品质量更好。

（3）涂胶质量：普通圆柱胶条工艺枪嘴距钣金件垂直距离通常为一个胶径（2～4mm），涂胶质量容易受到钣金件尺寸位置波动影响，出现胶条几何形状变形甚至胶枪嘴刮件的现象，尤其在机器人抓取前盖外板涂折边胶时常发，而螺旋涂胶因为枪嘴距钣金件高度一般超过20mm，且当距离超过25mm后所形成的螺旋胶圈直径不变，从根本上避免这种问题。

2.2 螺旋涂胶工艺的质量育成过程和核心参数

图11  胶圈直径与胶枪距工件距离关系

由于PVC气泡问题跨越焊装、涂装两大领域，涉及较多工艺过程，其中涂胶质量优化和压合质量优化又密切相关，因此新车型的螺旋涂胶工艺质量育成过程需要遵循一定的顺序，前期规划时需对选用的折边胶胶料进行成形状态测试，质量育成阶段先调试压合包边质量，再通过多次装车验证和剖切总成来精调涂胶规范，并在日常生产中按照形成的涂胶规范开展监测控制。

图12  涂胶规范示意图

相应地，螺旋胶条的几何形状有三个核心参数，如图12所示涂胶规范：

①胶径：与胶嘴直径直接相关，胶嘴范围从0.6～1.5mm均有，直径越细，折边胶形成的胶带越接近最终成形状态，质量更佳，相应地，质量育成难度会更高，推荐选取1mm，选定胶枪嘴后胶径不需控制;

②胶带宽度：胶带宽度与吹气量、枪嘴距板件高度两个参数相关，当枪嘴距板件高度≥25mm后，胶带宽度只受吹气量影响，推荐在6～10mm之间。

③距法兰边距离：与机器人示教轨迹唯一相关，推荐1～2mm之间。

其中②、③构成了控制涂胶质量、优化涂胶状态的涂胶规范，也是与包边后折边胶是否完全填充压合边最为相关的参数。图12是我公司B级SUV车型所采用的涂胶规范：在常规翻边高度（7.8mm）的位置，胶径1～2mm，胶带宽度6～8mm，距法兰边距离1.5～2mm。由于产品数据及造型因素，在外板翻边高度变化、外板型面变化、外板拐角处，相应的涂胶规范需要按实际的产品结构通过调整②、③两个涂胶参数来调试优化，最佳的做法是对整个总成包边区域进行分段，大致划分为40～60段，按段进行调试优化得出最佳涂胶规范，并且在实际生产中按段进行监测。

3 针对PVC气泡问题的精细化控制方案

本套精细化控制方案从我公司B级SUV车型的成功案例中总结而来，从批量生产的质量监控角度出发，归纳了一套较为全面的控制方案，可用作日常生产的指导作业或核对表使用。

本控制方案跨越焊装、涂装两大领域，对4个工艺过程明确了监控和整改手段，表中的调整手段需要结合过程1和过程2的监测数据，通过涂胶、压合工艺的配合优化来实现，由于涂胶质量易受到环境温度、板件尺寸波动等因素影响，实际分析时应全面考虑。

表1  针对PVC气泡问题的精细化控制方案

4 结束语

螺旋涂胶工艺不仅能有效解决PVC气泡问题，同时对提升包边位置的连接强度和提升总成密封、防腐、防水、防锈性能等方面有显著作用，已有较多主机厂开始逐渐应用这种工艺，如大众帕萨特四门、别克昂科威后背门、奥迪Q5后背门、奥迪A4L四门。目前新一代电子螺旋涂胶工艺E-swril使用电动马达驱动产生螺旋胶条，螺旋控制更为线性，也避免了压缩空气低温对折边胶成形的影响，同时搭配直径更小为0.7mm的胶嘴，采用涂胶视觉监测系统，得到更为理想和稳定的涂胶状态，以求更加完美的连接，相信会得到更为广泛的应用。

参考文献

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