彭 森 （上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545005）

0 引言

乘用車涂裝流水線生產(chǎn)過程中，打磨工序是不可或缺的輔助工序。選擇適用的砂紙材料，是打磨工藝管理中的重要環(huán)節(jié)。從工藝特點(diǎn)、砂紙結(jié)構(gòu)、某“3C2B”及“3C1B”涂裝工藝線的應(yīng)用實(shí)績及其差異等方面，闡述整車涂裝中砂紙材料的選用思路與實(shí)踐，分享一些應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1 打磨工藝在乘用車涂裝工序中的應(yīng)用及特點(diǎn)

當(dāng)前，“3C2B”及“3C1B”涂裝工藝是國內(nèi)乘用車的主流涂裝工藝［1］。

“3C2B”涂裝工藝主要流程為：前處理→陰極電泳→電泳烘干→電泳打磨→涂密封膠→底涂→中涂前擦凈→噴中涂→中涂烘干→中涂打磨→面漆前擦凈→噴面漆→面漆烘干→表面精飾 →下線報(bào)交。此工藝流程中，主要是在電泳打磨、中涂打磨及表面精飾工序中要用砂紙進(jìn)行漆膜表面的打磨處理工作。

“3C1B”涂裝工藝主要流程為：前處理→陰極電泳→電泳烘干→電泳打磨→涂密封膠→底涂→噴漆前擦凈→噴面漆→面漆烘干→表面精飾→下線報(bào)交。此工藝流程中，主要是在電泳打磨及表面精飾工序中，要用砂紙進(jìn)行漆膜表面的打磨處理工作。相比“3C2B”工藝，“3C1B”工藝少了中涂打磨工序。

電泳打磨工序中，打磨處理的對(duì)象包括電泳涂層的漆膜缺陷（如：顆粒、縮孔、針孔、二次流痕、電泳斑印、條紋等）、白車身夾帶或滯留的焊渣、焊球等金屬硬質(zhì)雜物，以及鈑金表面凹凸點(diǎn)返修。

中涂打磨工序中，打磨處理的對(duì)象主要是中涂層的漆膜缺陷（如：顆粒、漆流淌、縮孔、桔皮等），或制造輕微均勻的磨痕從而增強(qiáng)涂層附著力，或者為進(jìn)一步提升漆面外觀而實(shí)施精細(xì)研磨。

表面精飾工序中，打磨處理的對(duì)象主要是面漆涂層的表面缺陷（如：顆粒、漆流淌、印痕等）。

綜上所述：作為磨具的砂紙材料，是實(shí)施打磨工藝的前提。同時(shí)，在不同的工藝體系或同一工藝體系的不同工序中，打磨處理的對(duì)象不同，因此，砂紙材料的應(yīng)用也各有特點(diǎn)。

2 打磨用砂紙的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及組成

從砂紙產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)看，整車涂裝打磨用砂紙，一般由背基、底膠、面膠、磨料、保護(hù)涂層或超涂層、背膠層、背膠隔離層所構(gòu)成，見圖1。

圖1 砂紙構(gòu)成的示意圖Figure 1 Schematic diagram of abrasive paper composition

背基：磨料的承載體，起支撐磨料并強(qiáng)化磨料的作用。通?？梢杂米骰椎牟牧嫌屑?、薄膜等，根據(jù)應(yīng)用場景或匹配使用工具的需要，有些型號(hào)的砂紙產(chǎn)品，背基的一面會(huì)制作有背膠層及背膠隔離層，或者是植絨。涂裝打磨工序中打磨量較大的場合，多使用紙基砂紙。薄膜基材一般用于精細(xì)研磨中。

膠黏結(jié)構(gòu)：通常包括底膠和面膠，起到連結(jié)磨料與基體的作用。磨料與背基之間的粘結(jié)劑稱為底膠，而磨料與磨料之間的粘結(jié)劑稱為面膠。粘結(jié)劑多為樹脂及合成樹脂等復(fù)合物。粘結(jié)劑應(yīng)具有較好的穩(wěn)定性，與油漆材料兼容性好，應(yīng)不容易掉砂，也不容易脫膠。

磨料：分為天然與合成（人造）礦砂。不同的礦砂磨料，具有不同的硬度、棱角（顆粒形狀）和韌性。這些特性組合，決定了砂紙的切削性能。目前應(yīng)用較廣泛的有7 種礦砂磨料，其基本性能見表1。其中，氧化鋁、碳化硅等產(chǎn)品，在整車涂裝打磨用砂紙中的應(yīng)用更為普遍。

表1 礦砂的種類及其基本性能＊Table 1 Types of ore and their basic properties

砂紙的粗細(xì)，一般會(huì)按照磨料的粒度等級(jí)來定義，數(shù)字越大，表明磨料越細(xì)，常用的有P320P400P600P800P2000A7A5（A7 約 為P2500 的 粒 度，A5約為P3000 的粒度）。背基上磨料的分布（也稱植砂密度）一般有密植砂及疏植砂兩大類。整車涂裝打磨用砂紙，多采用疏植砂類型的砂紙產(chǎn)品。

從砂紙產(chǎn)品的外觀形狀來看，整車打磨工藝中應(yīng)用的砂紙，一般分為頁狀砂紙和圓盤狀砂紙（業(yè)界稱之為砂碟）。流水線生產(chǎn)中，多數(shù)使用帶背膠或植絨的砂碟。為了具備較優(yōu)的散熱、吸磨灰功能，一些砂碟產(chǎn)品還開了圓孔，如較流行的6 孔背膠砂碟。

基材、基材處理、磨料、粒度、植砂密度、粘結(jié)劑、粘結(jié)強(qiáng)度、外形、尺寸等，構(gòu)成了砂紙產(chǎn)品的特性要素。根據(jù)這些基本要素信息，可以對(duì)砂紙的適用性做出初步評(píng)估。

3 涂裝打磨工藝中對(duì)于砂紙的選型及應(yīng)用

乘用車對(duì)涂膜外觀的要求較高，所以其對(duì)底材的粗糙度（或平整度）要求也較高。應(yīng)基于生產(chǎn)線的工藝體系特點(diǎn)、車身表面缺陷特點(diǎn)及打磨工作量，著眼于滿足打磨質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)效率要求及成本控制需求，選擇適用的砂紙或砂紙組合。

3.1 干打磨和濕打磨的選用

打磨工藝分干打磨和濕打磨2 種。濕打磨采用水砂紙（或耐水砂紙），在打磨涂層的同時(shí)，用純水（電導(dǎo)率≤10 μS/cm）進(jìn)行潤濕。而干打磨則不需要用水來潤濕，直接使用干磨砂紙進(jìn)行打磨。這兩種打磨工藝各有各的特點(diǎn)［2］，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的打磨質(zhì)量要求及生產(chǎn)效率需求，來確定采用干打磨還是濕打磨工藝。

如某“3C2B”及“3C1B”兩條涂裝線，在硬件配套條件上，均能滿足濕打磨及干打磨的使用要求。經(jīng)操作驗(yàn)證，如全部采用濕打磨工藝，則無法滿足“＞60 臺(tái)車/h”的生產(chǎn)節(jié)拍需求。根據(jù)對(duì)噴漆前車身打磨點(diǎn)及其分布的分析（表2）：“整車外觀高可見面部位”對(duì)打磨質(zhì)量的要求較高，且該部分的打磨工作量僅占整車打磨工作量的35%以內(nèi)。所以，對(duì)“整車外觀高可見面部位”的打磨處理，采取水砂紙進(jìn)行濕打磨操作；而其它部位，因打磨量占比大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用干砂紙打磨更高效、可行。

表2 涂裝噴漆前車身打磨點(diǎn)分布Table 2 Distribution of polishing points on the car body before painting

3.2 根據(jù)車身基材缺陷對(duì)象選用適當(dāng)規(guī)格的砂紙及砂紙組合

為了高效地將缺陷去除，且避免產(chǎn)生磨印或磨痕等次生缺陷，實(shí)施較優(yōu)的圓打磨工藝［3］是非常必要的。但在人工操作時(shí)，由于受人員按壓力度、移動(dòng)速度、按磨軌跡執(zhí)行的自覺度等不穩(wěn)定因素的影響，打磨效果常常出現(xiàn)偏差。為了減弱偏差帶來的質(zhì)量波動(dòng)，可在砂紙規(guī)格的選擇上進(jìn)行匹配性優(yōu)化，留出容錯(cuò)余量。

3.2.1 電泳打磨工序

在電泳打磨工序，根據(jù)缺陷處理的過程，有些缺陷是一步處理即可完成的，如電泳漆顆粒等；有些缺陷則需要二步處理才可完成，如二次流痕、電泳斑印、條紋、焊渣焊球類硬質(zhì)雜物、縮孔、針孔等；有些缺陷甚至需要多步驟處理，如鈑金表面的凹凸點(diǎn)缺陷等。

對(duì)于電泳漆顆粒等可一步處理的缺陷：

● 單點(diǎn)缺陷打磨，使用P600 水砂背膠砂碟（匹配手托磨盤安裝）手工打磨處理（圖2）；

● 對(duì)于大面積分布的較細(xì)小顆粒，使用兼有缺陷探測(cè)功能的網(wǎng)砂，效率更高。網(wǎng)砂具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及更好的打磨特性（圖3）。“3C2B”工藝中使用P600規(guī)格的網(wǎng)砂（匹配手墊安裝），而“3C1B”工藝需使用P800 規(guī)格的網(wǎng)砂（匹配手墊安裝）。

圖2 P600 水砂背膠砂碟手工打磨Figure 2 P600 waterproof abrasive paper and manual sanding

圖3 網(wǎng)砂打磨及網(wǎng)砂磨料面的植砂形貌Figure 3 Abrasive paper netted and micromorphology

對(duì)于需二步處理的缺陷，遵循先粗磨后細(xì)磨的原則：對(duì)發(fā)生在“整車外觀高可見面部位”的缺陷，使用P320 背膠干磨6 孔砂碟（匹配打磨機(jī)安裝，圖4）先將缺陷打磨平整。對(duì)發(fā)生在非“整車外觀高可見面部位”的缺陷，可以將P320 或P400 干磨砂碟對(duì)折，手持或使用小型墊板，適當(dāng)按壓打磨，盡量不要磨穿至鈑金面。將缺陷打磨平整后，“3C2B”工藝的，使用P600 水砂背膠砂碟（匹配手托磨盤安裝）對(duì)原打磨區(qū)域細(xì)磨，打磨區(qū)與非打磨區(qū)域要均勻過渡；“3C1B”工藝的，使用P800 水砂背膠砂碟（匹配手托磨盤安裝）細(xì)磨。

圖4 P320 背膠干磨6 孔砂碟干磨Figure 4 Dry sanding with P320 abrasive paper

對(duì)于需多步驟處理的鈑金表面凹凸點(diǎn)類缺陷，首道次打磨，可以使用P120 背膠砂碟（匹配打磨機(jī)安裝），凹凸點(diǎn)修復(fù)后，可按照上述“需二步處理”的流程進(jìn)行打磨操作。

3.2.2 中涂打磨工序

中涂打磨工序中，主要是對(duì)中涂層或者面漆復(fù)合涂層的表面缺陷進(jìn)行處理，對(duì)表面的磨痕控制要求更為嚴(yán)格。磨痕越細(xì)膩，對(duì)面漆桔皮外觀的短波值優(yōu)化貢獻(xiàn)越明顯，這個(gè)在業(yè)界也已有專題研究［4］。

對(duì)于中涂層缺陷打磨點(diǎn)的處理，以P800 水砂背膠砂碟（匹配手托磨盤安裝）細(xì)磨為主。如打磨處理量較大，先使用P320 背膠干磨6 孔砂碟（匹配打磨機(jī)安裝）處理平整，再用P800 水砂背膠砂碟（匹配手托磨盤安裝）完成細(xì)磨。對(duì)于如漆流淌、縮孔類缺陷，因需打磨的程度較深，可采用P800 背膠干磨砂碟進(jìn)行手工打磨。

對(duì)于需在中涂打磨工序中增強(qiáng)涂層附著力的情況（如套色車、面漆重涂車制造），可采用P2000 碳化硅磨料的輕型紙質(zhì)背基的頁狀水磨砂紙進(jìn)行均勻干磨（圖5），此型號(hào)砂紙，干磨、濕磨均適用。

圖5 P2000 頁狀水磨砂紙干磨Figure 5 Dry sanding with P2000 abrasive paper

為進(jìn)一步提升漆膜外觀，也可以通過精細(xì)研磨來實(shí)現(xiàn)。如展車的制作，在重涂面漆涂層前，均使用P2000 碳化硅磨料的輕型紙質(zhì)背基的頁狀水磨砂紙均勻干磨。打磨重涂后，漆面桔皮R 等級(jí)可提升20%，鮮映度（DOI）提升12.5%左右。

表面精飾（&面漆返修）工序中，砂紙不能單獨(dú)使用。對(duì)于待處理的面漆疵點(diǎn)，先采用精密級(jí)的砂碟（配合點(diǎn)磨機(jī)安裝）研磨平整（圖6），再抹上專用拋光液，用海綿拋光墊或羊毛拋光墊拋光至完成。

圖6 精密級(jí)砂碟研磨Figure 6 Sanding with fine sand-disc

對(duì)于“3C2B”工藝的，采用粒度為A7 等級(jí)的碳化硅為磨料的薄膜背基砂碟。而對(duì)于“3C1B”工藝的，采用A7 等級(jí)的砂碟研磨時(shí)，會(huì)導(dǎo)致打磨痕缺陷率偏高。經(jīng)過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)：采用“3C2B”工藝的生產(chǎn)線，使用的清漆是丙烯酸+氨基樹脂型清漆，其復(fù)合涂膜的鉛筆硬度為F；而采用“3C1B”工藝的生產(chǎn)線，使用的清漆是酸環(huán)氧樹脂型清漆，其復(fù)合涂膜的鉛筆硬度為HB。酸環(huán)氧樹脂型清漆漆膜較軟，A7 等級(jí)的砂碟不適用。經(jīng)過驗(yàn)證，采用A5 等級(jí)的薄膜背基砂碟，可滿足該線產(chǎn)品研磨質(zhì)量要求及工作效率需求。

A7、A5等級(jí)的砂碟，其磨粒呈金字塔形狀（圖7）。隨著金字塔的磨損，新的尖銳礦砂會(huì)不斷暴露出來，磨料能始終處于鋒利狀態(tài)，保持一致的切削力，比較易磨、耐用。

圖7 A7/A5 砂碟及其呈金字塔狀的磨料形貌Figure 7 A7/A5 fine sand-disc and the pyramidal micromorphology

3.3 砂紙與涂裝工藝體系的兼容性

砂紙是直接接觸車身表面涂層的易損耗品。在使用過程中，磨損的磨粒、膠黏劑、背基材料，以及在砂紙制造過程中附著在這些材料中的輔助物質(zhì)或雜質(zhì)，不可避免地會(huì)殘留在車身表面，并混合到整車涂膜結(jié)構(gòu)中，對(duì)涂膜的性能及外觀產(chǎn)生不可控的不利影響，如：中性鹽霧試驗(yàn)不合格、漆膜外觀縮孔缺陷等。所以，在選擇砂紙時(shí)，應(yīng)首先考慮砂紙與涂裝工藝體系的兼容性。對(duì)此，可從兩方面進(jìn)行驗(yàn)證：

離線驗(yàn)證：取打磨至磨鈍狀態(tài)（即差不多可以廢棄的狀態(tài)）的待驗(yàn)證砂紙，用目標(biāo)噴涂涂料的稀釋劑來清洗該砂紙。清洗液經(jīng)多道過濾后，用該清洗液調(diào)配涂料并進(jìn)行噴板、烘烤固化。觀察已固化涂膜的漆面外觀，并同步進(jìn)行理化性能測(cè)試。

在線驗(yàn)證：基于第一步的合規(guī)性結(jié)果，再使用待驗(yàn)證的砂紙分別對(duì)車身進(jìn)行輕度打磨（不磨穿至底層）、深度打磨（磨穿至底層）。然后，觀察車身外觀的漆面效果。

兼容性驗(yàn)證合格后，再進(jìn)入其它方面的評(píng)估流程，如易用性操作評(píng)估、耐用性橫向?qū)Ρ确治觥⒉僮鞅憷栽u(píng)估、工序砂紙型號(hào)匹配及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估等。

4 結(jié)語

打磨操作在涂裝工藝中雖然是非增值工序，但打磨效果的好壞，對(duì)涂層間的漆膜附著力、漆膜的外觀感知質(zhì)量、整車產(chǎn)品的下線合格率及流水線的生產(chǎn)效率等，有著直接而又重要的影響。打磨工藝管理，包括砂紙材料、打磨輔助工具、粘塵布擦拭材料、工位環(huán)境，打磨標(biāo)準(zhǔn)化操作方法等要素的管理。熟悉涂裝工藝體系，了解砂紙產(chǎn)品的特點(diǎn)及適用性，從而根據(jù)生產(chǎn)線的人、機(jī)、料、法、環(huán)的特點(diǎn)，通過適配驗(yàn)證而選用適宜的砂紙產(chǎn)品，是涂裝工藝工程師實(shí)施全面涂裝質(zhì)量管理的必不可少的內(nèi)容。