汽车ABS外饰件喷漆印痕问题的解决方案

李强

（浙江福林国润汽车零部件有限公司，浙江 台州 318050）

ABS(丙烯腈−丁二烯−苯乙烯共聚体)材质的塑料件在注塑完成后有着较大的内应力[1]，需要释放才能进行涂装作业。笔者所在公司于年款车型的投产过程中发生了一起非常严重的因ABS背门装饰板注塑后内应力没有完全释放，涂装作业后导致漆面出现印痕问题的质量事故。本文就事故的发生和解决的整个过程进行回顾和思考。

1 问题描述

自2021年3月起，笔者所在的工厂对所生产的车型进行了年度的改款，重点是针对外饰件及内饰进行了重新设计和优化，其中背门装饰板在原模具的基础上进行了改造。自改造后的第一批供货开始，小涂装厂在生产时就发现漆面出现印痕和浇口处有印痕的质量问题，其严重程度不一，有时严重有时轻微，在反馈问题的同时也督促毛坯件供应商解决问题。毛坯件供应商在五一期间对模具进行了精修，由于进展不顺利，维修时间延长导致库存短缺，模具修复后便立即紧急生产，但产品出现了严重的漆面印痕(见图1)和浇口缩影印痕(见图2)，所有颜色的合格率为零。该批量事故随即导致总装因背门装饰板缺件而下线，如不能快速解决，将会导致主机厂生产停线，公司要求立即介入以解决该问题。

图1 背门装饰板漆面印痕Figure 1 Imprint defect on painted back door trim

图2 背门装饰板浇口处缩影印痕Figure 2 Shrinkage imprint defect on molding gate of back door trim

2 原因调查

通过与毛坯件供应商及涂料供应商进行详细沟通和了解，并组织相关人员进行多轮会诊，初步锁定问题的根本原因为毛坯件供应商精修模具后，由于主机厂缺件催货等原因，毛坯件生产下线后随即开展除毛刺等工作，并立即发给小涂装进行生产，没有经过预烘烤或自然放置，内应力释放不充分而导致漆面出现印痕和浇口出现缩影印痕[2]。

3 解决方案的确定

文献资料中记载的释放内应力的方法主要为强制加热(通常是在65 ~ 70 °C下烘4 h)和自然放置，于是对这两种方法进行了试验。

3.1 强制加热方案的探索

对背门装饰板毛坯件进行烘烤，烘烤温度60 °C，时间4 h。然后按照正常的涂装工艺进行施工，对漆面进行检查时发现冰晶白素色漆表面的印痕问题基本得到消除，但浇口仍然存在不太明显的印痕，而流光金等金属漆的喷涂面印痕不太明显，浇口位置的印痕问题尽管与没有烘烤的工件相比有所好转，但仍然比较明显。由此可见，通过加热方式能够释放背门装饰板的内应力，但仍然不完全，可能内应力释放需要更高的温度或更长的时间。

有文献[3]指出，ABS塑料件强制烘烤温度应为60 ~ 70 °C，一旦在该温度范围之上，塑料件就会出现变形。为此，决定冒险将烘烤温度设定至80 °C，烘烤时间4 h不变。经试验确认，这样做没有问题，变形量不大。然后拿最容易出现印痕的流光金颜色进行喷涂试验，结果漆面印痕和浇口印痕现象均没有出现，问题得到解决。延长烘烤时间至10 h再验证一次，同样没有出现印痕问题。于是变更了背门装饰板来料要求：必须预烘烤再涂装，烘烤条件为80 °C × 10 h。按照此工艺生产的毛坯件没有再出现漆面印痕和浇口印痕的问题。这就临时解决了漆面印痕和浇口印痕的问题。

3.2 自然放置方案的探索

在确定了通过强制加热方式释放内应力来消除印痕缺陷后，也根据文献[4]进行了自然条件下静置来释放内应力的实验。实验共分4组(见表1)，在自然条件下静置不同时间后喷涂最容易出现印痕的流光金颜色，观察印痕产生的位置以及问题的严重程度。

实验结果表明，在自然条件下放置7 d左右后，喷涂面的印痕基本消除，但浇口印痕在放置15 d的情况下仍然无法完全消除，只是随着时间的延长越来越轻微，而15 d以上的库存时间已大大超出供应商一般能够承受的范围，因此判定自然放置不适用于背门装饰板喷漆件的生产。更何况经与毛坯件供应商确认，他们一般生产后会进行强制加热预烘烤来释放内应力，因此确定自然放置不能快速解决印痕问题。

3.3 后续印痕问题零星反复的调查

毛坯件预烘烤本来应该由毛坯件供应商来执行，因此要求供应商必须严格按照80 °C × 10 h预烘烤工艺对毛坯件处理后再送货。但后续在生产中仍然发现部分批次毛坯件在喷涂流光金等颜色的金属漆时在浇口位置零星出现轻微印痕问题，而同批次素色漆(如冰晶白)没有印痕问题。通过现场核查后确认供应商并没有完全严格执行烘烤工艺规范，有时烘烤到快下班时就把烘房电源关了，把工件闷在烘房里保温4 h以上，这样烘烤时间和温度都不达标。毛坯件供应商在发现问题后进行了整改，后续生产过程中没有再出现浇口印痕问题。

4 内应力产生的原因分析

在问题得到初步有效的控制后，与毛坯件供应商进行了探讨，他们认为漆面出现印痕是注塑时取向内应力造成的。取向内应力是塑料熔体在流动中进行充填模具以及保压补料的过程中，比较大的分子链沿着充模流动方向排列而产生的内应力。它的主要产生过程是：靠近流道壁的熔体因温度低、冷却快而黏度增大，流速下降，熔体内部的流速远大于表层流速，于是产生了沿流动方向的剪切应力。因此，取向内应力主要集中在塑料件的表面，越往内层就越小。这种应力一般用热处理的办法可以降低或消除。

同样他们认为浇口的缩影印痕是由脱模内应力和浇口的取向内应力共同造成的。脱模内应力，顾名思义就是跟模具相关的内应力，主要是与开模的条件以及模具顶出机构的设计有关。应选择合适的开模条件，将开模前的模腔压力调整到零以及根据塑料件的结构和形状来合理设计顶出机构，使制件在顶出时不变形或不产生内应力。

5 毛坯供应商的后续整改措施

自毛坯供应商明确了喷涂面印痕问题的主要原因是注塑取向内应力，而浇口的印痕问题则主要由脱模内应力和注塑取向内应力引起之后，他们采取了更进一步的方案来减小内应力，具体如下：

(1) 固化预烘烤的时间和温度。针对喷涂面的印痕问题，适当缩短了成型后的保压时间，以减小取向内应力的形成。塑料件成型后在80 °C × 4 h的条件下预烘烤，使取向内应力得到充分释放。

(2) 降低注塑的压力。注塑压力由12 MPa调整到了11 MPa，减小熔体表面和核心部位的流速差，同时进一步消除浇口处的取向内应力和脱模内应力。

(3) 加大浇口尺寸。背门装饰板所有浇口尺寸从两侧分别增加了2.5 mm(见图3)，以减轻浇口位置内应力的形成。

6 结语

本文通过对背门装饰板漆面印痕问题的发生及解决过程的如实描述，希望为同行们遇到相关问题时提供一些解决思路和帮助，在此也简单地总结两点经验：

(1) 在问题发生的初期，根据相关资料和文献采用了较为保守的60 °C × 4 h预烘烤来消除应力，由于问题无法得到有效解决，因此尝试对80 °C × 4 h的激进方案进行验证。这也提醒了研究者，对有些问题的探索不能浅尝辄止，一定要根据材料的实际情况来调整策略。

(2) 通过在自然条件静置来消除应力的方法在本次改善过程中被认为是不可取的。虽然这个办法也能够减小或消除应力，成本也较低，但主要的问题是静置时间太长，增加了供应商库存压力和延长了供货周期，在需要大批量生产的汽车行业尤其是行不通的。