蘇玉霞，曹曉根，王海朝，馬風(fēng)雪，謝國(guó)菊

（吉利汽車集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315336）

為持續(xù)提升汽車外觀品質(zhì)，適應(yīng)激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，整車廠為有效控制鋼板(底材)對(duì)涂裝外觀的影響，一般會(huì)通過(guò)控制板材粗糙度(Ra)的方法進(jìn)行管控。而生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在板材Ra較好，噴涂條件不變的情況下，車身外板的涂裝目視效果和橘皮長(zhǎng)波(LW)差異較大。這說(shuō)明粗糙度Ra指標(biāo)無(wú)法完全支撐板材外觀質(zhì)量的評(píng)價(jià)。故急需尋找到適宜的板材外觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1 評(píng)價(jià)鋼板外觀形貌的常規(guī)方法

1.1 目視評(píng)價(jià)

目視方法可用于評(píng)價(jià)白車身以及電泳、中涂、面漆后所有表面的狀態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)是不需要任何檢測(cè)裝備；缺點(diǎn)是主觀評(píng)價(jià)因人而異，無(wú)法形成量化的指標(biāo)，只能作為參考。

1.2 電鏡評(píng)價(jià)

電子顯微鏡是一種近代材料物理試驗(yàn)方法。利用其高分辨能力、高放大倍率的特點(diǎn)，可以分析物體的組織形貌、結(jié)構(gòu)特征。此方法的檢測(cè)范圍很小，僅適用于分析板材表面微觀結(jié)構(gòu)及狀態(tài)等。

1.3 無(wú)接觸三維成像評(píng)價(jià)

這是在傳統(tǒng)的光干涉法表面形貌定性分析光學(xué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代圖像分析技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)出的新一代表面形貌測(cè)量?jī)x器。通過(guò)無(wú)接觸成像的方法對(duì)鋼板表面凹凸數(shù)據(jù)進(jìn)行 FFT(傅里葉變換)處理，分解出所需波長(zhǎng)后再對(duì)各波長(zhǎng)進(jìn)行頻率分析，最終按平均功率譜密度(PSD)?波度的方式，從紋理方向、3D水平法、3D垂直法等提取輪廓，用以評(píng)價(jià)鋼板外觀形貌。此方法主要是實(shí)驗(yàn)室用于研究鋼板不同表面工藝處理的外觀形貌，暫時(shí)無(wú)法用于整車廠的板材管控。

1.4 高光膠帶檢測(cè)

對(duì)于鋼板、白車身、電泳漆膜、中涂漆膜等低光表面，無(wú)法采用BYK橘皮儀直接測(cè)量橘皮數(shù)據(jù)，需借助Nitto高光膠帶才行。高光膠帶測(cè)量的數(shù)據(jù)受膠帶本身、膠帶粘貼方式及粘貼人差異的影響，粘貼產(chǎn)生的氣泡、壓痕及粘貼表面的顆粒都會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定影響。此方法只推薦用于判斷板材及低光涂裝表面長(zhǎng)波變化趨勢(shì)。通過(guò)高光膠帶配合橘皮儀測(cè)量的漆膜短波數(shù)據(jù)實(shí)際上是高光膠帶本身的短波，因此無(wú)法用此方法來(lái)評(píng)價(jià)橘皮短波(SW)效果。

1.5 粗糙度Ra測(cè)量

以某車廠板材涂裝過(guò)程的Ra變化為例，鋼板/白車身1.0 μm左右，電泳后0.3 μm左右，中涂后0.15 μm左右，面漆后0.03 μm左右。由此可知，汽車涂裝工藝過(guò)程基本填充、覆蓋了板材表面的粗糙度缺陷，使Ra大幅降低。

2 板材波紋度與涂裝橘皮的關(guān)系

2.1 波紋度Wsa1-5的定義

波紋常見(jiàn)于板材沖壓拉延后的白車身表面，又稱“橘皮、條紋”。波紋度Wsa1-5指波長(zhǎng)范圍在1 ~ 5 mm之間的波紋度輪廓高度(波紋度輪廓曲線縱坐標(biāo)Z)的算術(shù)平均值，如圖1所示。Wsa1-5與圖2所示的LW波長(zhǎng)范圍部分重疊。板材的Wsa1-5值雖然會(huì)隨著涂層數(shù)量、涂層厚度的增加有所降低，但無(wú)法完全消除對(duì)橘皮LW值的影響。

圖1 波紋度輪廓起伏高度評(píng)價(jià)示意圖Figure 1 Schematic diagram showing how to evaluate the waviness based on the profile

圖2 BYK橘皮儀量的波長(zhǎng)區(qū)間劃分Figure 2 Division of wavelength range for BYK orange peel meter

2.2 波紋度Wsa1-5的控制要求

以某車廠為例，其波紋度控制標(biāo)準(zhǔn)一般為Wsa1-5 ≤ 0.35 μm(5%變形量)，即板材按5%拉延后的波紋度Wsa1-5不超過(guò)0.35 μm。整車外板主體變形量一般不超過(guò)5%，邊角、特殊造型等深度拉延部位不作特殊要求，統(tǒng)一按5%標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管控。

2.3 波紋度Wsa1-5的驗(yàn)證方法

2.3.1 驗(yàn)證用樣板

車身外板用板材種類較多，主要有四大類：烘烤硬化鋼(BH鋼)，軟鋼，高強(qiáng)鋼，鋁。目前BH鋼占比最高，主要應(yīng)用在車身四門兩蓋及翼子板等部位，而車身側(cè)圍一般采用拉延性能更好的軟鋼。本文選用 BH鋼和軟鋼對(duì)波紋度進(jìn)行分析。

2.3.2 制樣步驟

(1) 選取驗(yàn)證用板材，按照300 mm × 300 mm的尺寸切割制樣。

(2) 利用圖 3的馬克杯變形裝備，對(duì)樣件分別按變形量 3%(一般指機(jī)蓋、頂蓋等部件的主體變形量)、5%(一般是車門、翼子板的變形量)和8%(針對(duì)后圍等造型較大的部件)進(jìn)行均勻拉伸，如圖4所示。

圖3 馬克杯變形設(shè)備及波紋度檢測(cè)裝備Figure 3 Marciniak cupping device and waviness measurement equipment

圖4 變形截面示意圖及變形后的樣板圖Figure 4 Schematic diagram of sectional view of deformed sheet and photo of deformed sheet

(3) 將樣板固定在車身的同一位置，同一高度，隨整車在生產(chǎn)線進(jìn)行前處理、電泳。

(4) 采用機(jī)器人自動(dòng)噴涂的方式，在相同條件下進(jìn)行中涂、面漆的噴涂與烘烤，詳見(jiàn)表1。

表1 制板參數(shù)Table 1 Conditions for making test coupons

2.4 樣板驗(yàn)證方法

2.4.1 原板

測(cè)量樣板原始外觀數(shù)據(jù)，包括粗糙度Ra、波紋度Wsa1-5、橘皮LW(因鋼板為低光表面，需采用高光膠帶配合BYK橘皮儀的方法來(lái)測(cè)量)。

2.4.2 拉延后的鋼板

按變形量對(duì)樣板進(jìn)行均勻拉延，測(cè)量拉延后樣板凸起的平面數(shù)據(jù)，測(cè)量項(xiàng)目及方法同2.4.1節(jié)。

2.4.3 電泳板

采用涂裝線隨車掛板方式對(duì)樣板進(jìn)行前處理、電泳。為了保證樣板的處理效果一致，需集中進(jìn)線，按照相同的工藝條件完成前處理、電泳[膜厚(22 ± 1)μm]，然后測(cè)量電泳長(zhǎng)波，測(cè)量方法同2.4.1節(jié)。

2.4.4 中涂板

電泳樣板不做任何打磨處理，在實(shí)驗(yàn)室噴涂中涂漆(30 ± 1) μm。噴涂均采用垂直掛件、機(jī)器人自動(dòng)噴涂的方式，按相同噴涂條件、烘烤條件制板(詳見(jiàn)表1)，然后測(cè)量中涂長(zhǎng)波，測(cè)量方法同2.4.1節(jié)。

2.4.5 面漆板

中涂板不做任何打磨處理，在實(shí)驗(yàn)室噴涂墨玉黑色漆(13 ± 1) μm與清漆(40 ± 1) μm，噴涂條件、烘烤條件見(jiàn)表1，然后測(cè)量橘皮LW值。

2.5 樣板數(shù)據(jù)分析

2.5.1 板材的波紋度與橘皮

如圖5和圖6所示，2種板材在4種變形量下，原板(涂裝前)的波紋度及涂裝最終的橘皮長(zhǎng)波均隨著板材的變形量增大而變大、變差，且兩者的變化趨勢(shì)一致。

圖5 4種變形量下2種板材的波紋度Figure 5 Waviness of two kinds of sheets under four deformation degrees

圖6 4種變形量下2種板材的長(zhǎng)波Figure 6 Long wave values of two kinds of sheets under four deformation degrees

2.5.2 板材電泳后的橘皮分析結(jié)果

4種變形量下，2種板材電泳橘皮長(zhǎng)波均隨著變形量增大而變大、變差(見(jiàn)圖7)，變化趨勢(shì)也與原板一致。

圖7 2種板材4種變形量下的電泳長(zhǎng)波Figure 7 Long wave values of two kinds of sheets under four deformation degrees after electrophoretic painting

2.5.3 中面漆后的橘皮分析結(jié)果

2種板材、4種變形量下，面漆橘皮長(zhǎng)波隨著變形量增大而變大、變差(見(jiàn)圖8)，且變化趨勢(shì)與原板一致。

圖8 4種變形量下2種板材的面漆長(zhǎng)波Figure 8 Long wave values of topcoatings on two kinds of sheets under four deformation degrees

2.5.4 板材時(shí)效性對(duì)波紋度和橘皮長(zhǎng)波的影響

車身現(xiàn)用板材一般都有時(shí)效期，相對(duì)于軟鋼6個(gè)月的時(shí)效期而言，BH鋼的時(shí)效期只有3個(gè)月。驗(yàn)證過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，BH鋼的波紋度和橘皮長(zhǎng)波受時(shí)效性影響較大，即超時(shí)效的板材波紋度和長(zhǎng)波明顯變大、變差(見(jiàn)圖9和圖10)。另外，時(shí)效性只對(duì)板材沖壓后的波紋度有影響，且拉延率越大，對(duì)涂裝橘皮長(zhǎng)波的影響越大。

圖9 BH鋼時(shí)效性對(duì)波紋度的影響Figure 9 Effect of timeliness of BH steel on its waviness

圖10 BH鋼時(shí)效性對(duì)長(zhǎng)波的影響Figure 10 Effect of timeliness of BH steel on its long wave value

2.6 實(shí)際生產(chǎn)中的車身橘皮分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證板材波紋度對(duì)涂裝橘皮的影響，選擇某車型按圖11的測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行板材與涂裝各涂層的橘皮外觀驗(yàn)證。結(jié)果(見(jiàn)圖12)顯示：白車身底材的長(zhǎng)波與電泳、中涂、面漆后的橘皮長(zhǎng)波基本對(duì)應(yīng)。即白車身的長(zhǎng)波越大，波紋度越差，涂裝各涂層的橘皮也越差。

圖11 車身測(cè)量點(diǎn)位圖Figure 11 Diagram showing the measuring positions on a car body

圖12 車身各測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橘皮長(zhǎng)波Figure 12 Long wave value of orange peel on each measuring position of the car body

3 如何控制板材波紋度

板材波紋度主要受鋼廠的加工工藝、材料配方及生產(chǎn)過(guò)程管理的影響。因此，不同鋼廠、不同批次、不同材質(zhì)的板材，其拉延后的波紋度變化差異較大。整車廠應(yīng)從鋼廠源頭控制板材波紋度。而從涂裝的角度來(lái)看，推薦使用沖壓后波紋度變化小的板材，如高強(qiáng)鋼。同時(shí)，嚴(yán)格控制板材時(shí)效期，尤其是時(shí)效期較短的BH鋼。

4 結(jié)語(yǔ)

隨板材變形量增大，其波紋度及電泳、中面涂后的橘皮長(zhǎng)波相應(yīng)增大。這說(shuō)明板材的變形對(duì)其涂裝外觀影響較大。故整車廠除了優(yōu)化噴涂參數(shù)、噴涂工藝外，為持續(xù)保證和提升涂裝外觀，應(yīng)對(duì)鋼廠供應(yīng)的板材波紋度進(jìn)行管控，從而達(dá)到降低橘皮長(zhǎng)波，保證涂裝質(zhì)量穩(wěn)定的目的。

另外，現(xiàn)用實(shí)驗(yàn)室波紋度檢測(cè)儀器僅適用于測(cè)量經(jīng)專用變形裝備制作的馬克杯平面，無(wú)法直接檢測(cè)車身外板有弧度的表面。后續(xù)將持續(xù)開(kāi)發(fā)可用于現(xiàn)場(chǎng)整車?yán)雍蟮谋銛y式波紋度檢測(cè)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)板材的高效監(jiān)控，并快速作出反應(yīng)。