保险杠两侧与钣金搭接位置脱漆问题优化

申小敏

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007

1 序言

图1 故障车脱漆图示

随着国内汽车工业由快速发展逐渐走向低速缓慢增长，汽车行业的竞争日趋激烈，客户对汽车的选择性越来越多，选择的眼光也越来越挑剔，更多关注外饰件的细节匹配质量，对感知质量要求越来越高，这对汽车设计和生产制造提出了更高的要求。汽车企业为了在这样激烈的市场上长久生存，就必须满足客户需求，提高自身的品质。市场销售的乘用车，无论是进口豪车还是自主品牌，前、后保险杠与钣金搭接匹配位置都存在脱漆现象[1]。本文根据保险杠两侧与翼子板、侧围钣金搭接位置出现的干涉脱漆问题，对保险杠的生产过程，试验验证和结构匹配进行快速分析探讨，并对影响脱漆的主要原因进行改进优化。

2 问题原因分析

根据售后故障车的问题症状，从故障部位观察到，保险杠与翼子板或者侧围钣金存在干涉，拆开故障保险杠发现，起皱脱漆的位置在靠近保险杠圆角位置，所以初步分析判断保险杠注塑尺寸偏长和分型线过高这两个因素可能是导致保险杠与钣金干涉的原因，所以从以下几个可能的因素进行分析确认：首先确认保险杠的尺寸状态，对其进行零部件检具和整车检具测量分析，然后对保险杠的喷漆质量进行分析，探讨喷涂质量对脱漆的影响，最后根据故障件发生起皱剥离脱漆过程原理进行可能原因分析。

2.1 保险杠尺寸偏长

（1）对故障件进行上检具测量分析，确认保险杠注塑尺寸。

标准 +/-0.5mm故障件故障区域尺寸偏差-0.4～0.1 -0.5～-0.3 -0.4～0.3 -0.4～0结论 OK OK OK OK

从测量结果得出，保险杠轮廓度设计要求±0.5mm，故障件的偏差满足设计要求。

（2）观察故障件的分型线位置，确认分型线高度

标准 0.5mm故障件分型线高度0.42～0.44结论 OKimages/BZ_137_1864_2801_2125_3023.png

根据测量结果得出，分型线高度也满足设计要求。

从以上测量分析看，保险杠的注塑尺寸和加工尺寸都满足要求，排除保险杠尺寸偏长导致与钣金干涉的因素。

2.2 分析保险杠故障位置喷涂质量

保险杠通常采用喷底漆、色漆、清漆和烘烤固化的“三喷一烘”工艺。保险杠普遍使用的是非极性聚烯烃PP材料，涂料在其表面难以润湿和附着，且材质耐溶性很强，涂装难度大，因此需要加涂一层底漆，加强面漆与基体表面的附着力[2,3]。塑料件表面常因模具脱模等原因，沾有油污、手汗和脱模剂，这些异物会使涂料附着力变差，涂层产生龟裂、起泡和脱落，涂装前应进行前处理。前处理不好容易造成漆膜的附着力差、缩孔和颗粒等缺陷。涂底漆可以有效提高涂层的抗渗透能力，增加塑料的活性基团,增强对基材的保护作用，掩饰基体表面的细微缺陷，加强面漆与基体表面的附着力，底漆施工时涂层应均匀，保证面漆涂层颜色的均匀性，底漆中的稀释剂对塑料基材有一定的膨润度，膨润层也可以加强底漆与基材的附着力，底漆层厚度通常为5～8μm。

清漆一般包括哑光、平光、亮光，清漆的特点是光泽度高，清晰度优，饱满度好，光泽保持性好，同时具有一定的硬度、耐磨性、耐侯性、抗碎石冲击性。它的作用在于增强面漆涂层的抗外界侵蚀能力，保护面漆涂层不被氧化和破坏，增加面漆的金属光泽，使产品外观更加鲜艳，清漆涂层膜厚为30～40μm。

通过对塑料件喷涂工艺的分析，判断保险杠油漆脱落与油漆喷涂质量存在一定关联。在保险杠圆角脱漆故障位置进行十字划格油漆附着力测试[2]，来快速判断故障位置的油漆喷涂质量。对故障位置分别进行常温划格和高温水煮划格测试，直接快速判断故障件油漆涂层质量如图2所示。保险杠脱漆圆角位置漆膜未发生起泡、脱落、开裂等现象，根据测试结果可以初步判断，零件圆角位置喷漆质量非脱漆问题的主要原因。

图2 保险杠漆膜划格

观察故障件漆膜起皱剥离过程，发现漆膜都是从保险杠圆角台阶边缘位置开始撕裂，逐渐向圆角面扩大，通过对故障位置进行切片显微镜扫描，分析保险杠圆角台阶位置漆膜质量。图3为漆膜涂层扫描示意图，从图上可以看出，保险杠圆角台阶边缘位置漆膜难挂住，油漆都向台阶根部流动堆积，导致台阶边缘漆膜厚度都很薄，底漆漆膜不连续，呈现断裂状态。底漆太薄导致油漆的附着力变差，没有清漆会导致零件表面油漆失去保护，清漆过薄，也会导致油漆硬度不够，耐磨性、耐候性差。当漆膜厚度过薄时，漆膜在受到外力挤压时或者漆膜受热膨胀，油漆表面张力过大，油漆就从附着力最薄弱的位置开始撕裂。因此，台阶边缘位置漆膜过薄是保险杠脱漆的主要原因之一。

在我国的焊接生产技术之中平面与立体分段组装水平都比较高，但是横向与立向的曲面船台焊接技术仍然存有一些亟待解决的问题，特别是一些规模相对较小的造船企业之中更有可能在正常运转过程中遇到这种问题。由于是以自动焊来对立向平直段的合拢口，这种焊接方法之下的焊接水平与质量都比较高。但是在一些其他位置的合拢口所适用的仍然是CO2单焊工艺，这种焊接质量方面的差异极有可能使船舶检验师出现一定的怀疑，进而便会船舶商造成较为不利的影响。

图3 漆膜厚度扫描图

2.3 分析脱漆的机理

根据上面油漆质量分析，初步判断漆膜过薄的位置在受到一定的作用力情况下，开始撕裂向外延伸，所以我们分析作用力的产生原因。根据故障车问题症状统计分析，油漆涂层起皱剥离问题主要发生在保险杠与钣金分缝的下边角，此位置搭接基本存在干涉。前期设计时，为实现保险杠与钣金间隙小且均匀，通常两者间隙设计为Gap：0+1.0/0，由于实际零件轮廓度有一定的公差，再加上零件表面喷涂油漆，实际装车可能存在0间隙甚至干涉的情况，根据故障车统计发现，保险杠与钣金的分缝走向越倾斜，分缝下角位置就越严重，判断分缝越倾斜，保险杠的重力集中点就越靠下侧，所以下侧尖角位置就会受到重力和干涉挤压力两个力。在保险杠脱漆的位置，都会伴随着保险杠与钣金干涉挤压的现象。如图4所示，车辆长期露天存放不移动，太阳暴晒后油漆涂层硬度变软，同时保险杠受热膨胀，尺寸增大，导致保险杠受到热胀冷缩方向的干涉摩擦挤压作用力以及重力，长期暴晒，导致保险杠日复一日的挤压摩擦，长期积累后漆膜涂层在最薄弱的位置撕裂起皱，然后往外延伸剥离脱落，漆膜起皱剥离方向与热胀冷缩方向一致。保险杠在热胀冷缩时运动的方向跟保险杠与钣金的造型分缝特征，以及保险杠安装固定点也有关系。太阳暴晒时保险杠发生热胀冷缩运动，保险杠与钣金之间存在干涉时就会出现摩擦挤压，干涉受热挤压是漆膜起皱剥离脱漆的原理过程，为主要原因之一。

图4 脱漆示意图

3 解决方案及措施

根据原因分析结果可以看出，保险杠圆角起皱剥离脱漆是由于局部漆膜过薄，与翼子板和侧围钣金间隙小，长期受热膨胀干涉挤压导致。当这两个主要原因同时存在时，保险杠与钣金搭接位置就有可能发生脱漆，为避免该问题，制定出合理可行的方案。

3.1 调整喷漆工艺，改善喷漆质量

由于保险杠与钣金搭接位置出现在机械手盲区，喷涂过程中，圆角翻边位置无法完全覆盖油漆，机械手在一遍走枪后，圆角台阶分型线边缘位置不易挂漆，油漆堆积在台阶根部，油漆流平后容易出现漆膜过薄，不利于控制该位置喷漆质量[4，5]，见图5。调整机械手的走枪角度，机械手喷涂方向与翻边尽量垂直，呈一定角度，喷漆过程中应加大圆角位置喷漆流量，或者增加一次走枪，提高漆膜厚度。同时，加强每批次保险杠喷漆质量检查，通过漆膜十字划格和水煮后十字划格测试，确认翻边圆角位置的喷涂质量，避免出现喷漆不良产品流入市场。

图5 保险杠翻边喷漆

3.2 保险杠与钣金干涉挤压问题设计优化

保险杠与钣金搭接结构设计优化，调整两者DTS尺寸定义，减少保险杠与钣金的干涉量或者避免发生干涉，见图6所示。设计由间隙Gap：0+1.0/0更改为0.2mm+0.8/-0，避免结构搭接匹配设计上保险杠与钣金存在接触，设计间隙调整为0.2mm。保险杠翻边上间断增加小凸筋用于支撑顶住钣金，可以控制两者的间隙或者减小保险杠圆角位置干涉时所受的挤压力。同时，防止保险杠安装支架变形，挤压保险杠翻边，导致保险杠与钣金再次发生干涉，保险杠支架与保险杠限位方向也预留0.3mm间隙。保险杠安装支架与保险杠翻边圆角支撑位置需做避让，支架C角设计，既可以保险杠导向装配，也可以减小支架变形往钣金方向支撑形成的保险杠圆角挤压力。当保险杠热胀时，凸点顶住钣金，支架离空位置挤压力较小，保险杠热胀时不会继续往钣金方向挤压摩擦，从而减小了保险杠与钣金之间干涉热胀冷缩摩擦脱漆风险。保险杠翻边结构设计时避免圆角台阶结构，在台阶边缘可以增加斜面特征，改善漆膜无法挂住流平后漆膜过薄的问题。

图6 保险杠搭接位置设计优化

4 结论

针对前、后保险杠与钣金搭接起皱剥离导致的脱漆问题，通过对零件尺寸状态、保险杠油漆涂层质量、受热膨胀干涉挤压原理进行了分析探讨。结合脱漆的主要原因，加强生产过程控制以及对保险杠结构设计改进优化，实车装配验证得出以下结论：

（1）油漆涂层质量。

首先喷涂的底漆可以改善油漆的附着力。最后一层清漆具有一定的硬度、耐磨性、耐侯性，增强漆膜涂层的抗外界侵蚀能力，保护面漆涂层不被氧化破坏。喷涂过程中，增加保险杠翻边圆角位置底漆和清漆的喷漆流量，提高圆角位置的漆膜附着厚度。生产过程中加强管控，每批次进行划格抽查检测油漆涂层质量。

（2）保险杠与钣金搭接结构设计优化。

调整保险杠与钣金搭接位置TDS，保险杠圆角脱漆位置与钣金预留0.2mm间隙。保险杠翻边增加间断式凸点防止圆角位置接触干涉，圆角台阶边缘位置再增加斜面，解决无法挂漆，漆膜太薄问题。保险杠支架避让保险杠翻边预留0.3mm间隙，设计C角导向减少支架挤压保险杠的作用力。