折边胶泡问题的改善途径及评判标准制定

李维康，张丽桂（东风汽车公司技术中心，湖北 武汉 430056）

折边胶泡问题的改善途径及评判标准制定

李维康，张丽桂
（东风汽车公司技术中心，湖北 武汉 430056）

介绍了汽车折边密封胶胶泡问题的分类、目前行业内现状以及缺陷返修方案，同时根据开启件切割剥离试验的结果，系统阐述了折边胶泡问题产生空腔的原因、主要优化改善途径以及最新前沿技术。借鉴多个合资公司适用的胶泡质量评判标准并结合目前国内汽车制造水平，拟定出适用于国内自主品牌的折边胶泡质量判定准则。

胶泡；涂胶；折边；空腔

目前市场上大部分乘用型整车均在四门两盖的折边区域涂覆PVC密封胶，以达到美观和防腐的双效目的，但同时也造成了“折边胶泡”等质量缺陷的频发。几乎所有车型的开启件制造工艺均采用的是前期在焊装车间进行里外板折边，后在涂装车间进行PVC密封胶涂覆的工艺流程，因此，折边胶泡的质量缺陷问题也一直困扰着各大汽车厂商。

折边密封胶胶泡，系指一类发生在汽车四门两盖折边区域的PVC密封胶上鼓起的胶质气泡之统称。四门两盖等开启件区域是顾客目视概率相对最高、感官相对最直接的区域，频发的胶泡缺陷既降低了乘用车的美观性，又影响了客户体验的满意度。

折边胶泡缺陷的产生机理存在着不确定性和不稳定性2个特点，其在质量控制上有极大的难度，也是国内各大整车厂长期不能攻克的技术难题。

本研究针对折边胶泡产生的机理、主要类别和主要的优化解决方案进行分析，并对各大合资整车厂目前的质量状态和控制手段进行分析和对比，旨在获得折边胶泡问题的最佳控制手段和质量评判标准。

1　 折边胶泡的分类及主要返修方法

1.1折边胶泡的分类

折边胶泡按照外观及严重程度，可分为普通气泡、内陷气泡、开裂不露钣金气泡、开裂露钣金气泡、异形气泡和连续气泡等6种。其中普通气泡发生的概率相对最高、也最常见，对客户的感官影响亦相对最小。

而开裂露钣金气泡、异形气泡和连续气泡等类型缺陷则会严重损害整车的外观和防腐强度，对客户感受和整车质量造成较为严重的影响，因此，在整车质量判定中，此类缺陷是不可接受的。

1.2折边胶泡的返修方法

大多数整车厂现行的控制方式是在涂装车间进行胶泡缺陷质量监控，并针对开裂气泡、异形气泡和连续气泡等较为严重的缺陷进行修补。返修的主要方法是使用刀片铲去缺陷，再用PVC密封胶对缺口处填平并补漆。

但上述控制手段仅为缺陷发生后的补救措施，而且频繁的返修必然会影响生产节拍，造成人力、物力的大量投入。如何做到根本上解决缺陷问题，必须深入分析折边胶泡产生的机理，尽可能从源头遏制开裂、异形以及连续气泡的产生。

2　 折边胶泡的产生机理

2.1产生机理

分析折边胶泡产生的机理，需从分析开启件折边区域的制造工艺过程入手，主要包括以下6个步骤（如图1所示）：①焊装车间开启件工段，在四门两盖外板的折边区域涂折边胶；②里外板拼合；③滚边机器人（或压机）进行折边；④涂装车间密封工段在折边区域进行PVC密封胶涂覆；⑤涂覆密封胶后，在折边区域形成中空封闭的内腔，涂装车间进行烘烤之后，空腔内的空气或水分受热产生膨胀；⑥空气或水分将PVC密封胶顶起，形成局部气泡。

根据以上工艺过程分析，折边胶泡是由于折边胶和PVC密封胶之间形成局部狭小密闭空腔，其中的空气或水蒸气受烘烤膨胀所形成。

图1 折边胶泡形成过程Fig.1 The formation process of bubbles in hemming sealer

为验证此结论的合理性，对胶泡缺陷进行了断面切割实验，结果发现，胶泡鼓起处都存在着内部气体的膨胀，且里外板的钣金之间都存在明显的“空腔”。

综上所述，折边胶泡产生的主要原因是由于四门两盖里外2层钣金之间被焊装折边胶和涂装密封胶包裹起了一段密闭的“空腔”，空腔中的空气或水分被烘烤之后，气体体积膨胀而又无处排泄，从而导致密封胶鼓起形成气泡。此外，如果空腔中混入水分，在烘烤时形成水蒸气，其体积的线胀系数远远大于空气，因此容易形成异性破损气泡。

2.2“空腔”产生的原因

在开启件的折边区域，产生大小不一的“空腔”主要与涂胶和折边2种工艺有关。

2.2.1涂胶工艺

门盖区域涂折边胶，主要由折边胶直径（D）和折边胶距离翻边的距离（L）2个参数决定。D值越大，L值越小，则胶水在折边区域的涂覆越充盈，“空腔”就会越少，反之亦然。

由此可知，如需减少“空腔”，应尽量增大D值，减小L值，使折边胶的胶量增大，胶路尽量向翻边靠拢。但D值过大、L值过小，胶水易从翻边末端溢出，也会粘在滚压头或者压合胎膜上，影响包边质量。另外也需焊装操作工手工擦除零件上的溢胶，必然造成生产节拍减缓。

此外，折边胶涂胶的胶径和胶路具有不稳定性特点，尤其是人工涂胶，质量控制完全取决于操作工的技能熟练度。由于里外板合拼后，无法再进行二次质量检查，相比于机器人涂胶，D值和L值都更易波动。

正是因为涂胶的不稳定性，随着里外板的拼合，折边胶被钣金挤压之后，就会形成参差不齐的波浪状覆盖区域，其中的波谷区域就会被PVC密封胶封堵成密闭空间，形成“空腔”。

2.2.2折边工艺

折边厚度X值是影响“空腔”形成的另一重要因素。若X值过大，意味着折边区域越“厚”，则折边的压合越不紧密，容易发生里外板的窜动，大幅提升空腔的产生几率。

目前整车厂常用的折边工艺，包括压机折边（Die hemming）和滚边折边（Roller hemming）2种。

机器人滚边折边的质量受里外板冲压件质量、滚头压力、翻边打开角度和翻边高度等因素影响较大，X值较易波动。

相比于机器人滚边，压机折边采用终折边刀对翻边区域进行压实，只需控制折边刀在有效的冲压次数之内，折边刀磨损较少，其对冲压件来料质量的要求远低于机器人滚边，可获得相对更为稳定的折边厚度X值。

由上可知，折边厚度X值的波动以及涂胶直径（D）和距离翻边距离（L）的不稳定性，共同导致了折边区域密闭“空腔”的产生。

3　 折边胶泡质量现状

目前国内的各大合资及自主品牌车型，均或多或少存在折边胶泡问题，且以直径φ＜3 mm的未开裂气泡为主，开裂露钣金、异性气泡等严重情况则较为少见。

国内大多数的合资整车厂均采用了压机折边、机器人涂胶等工艺，可大幅降低折边胶泡的产生，但通过市场统计，其各自车型仍然存在胶泡缺陷。其中，个别公司采用了不同的产品设计，在四门两盖的折边区域仅涂刷少量的PVC密封胶，其膨胀的气体可通过密封胶末端排出，故而气泡数量较少。

由市场统计结果可知，因折边胶泡生成机理的偶然性和工艺的不稳定性，除采用不同产品设计方案之外，折边胶泡问题仍困扰着国内大多数的整车企业，是不可能完全解决和避免的。但通过工艺的调整和优化，可以在一定程度上降低折边胶泡的发生概率，尤其是可以杜绝密集型气泡、破损气泡等严重缺陷的发生。

4　 折边胶泡优化解决方案探讨

目前折边胶泡的工艺优化方法主要包括“封堵”和“疏通”2种思路。

4.1工艺调整——“封堵”

所谓“封堵”，是指通过适当的增大涂胶直径D，减小胶路距离翻边的距离L，以及减小折边厚度X，使得折边胶在折边区域充填的更加盈实，避免“空腔”的产生。图2为折边胶填充的理想状态，完全没有“空腔”存在。

但这种状态是一种绝对的理想状态，胶径的加大和胶路的变化必然会导致折边区域溢胶，带来的是次生的质量缺陷。

图2　折边密封胶填充的理想状态Fig.2　Perfect filling status of hemming sealer（无空腔）

4.2工艺调整——“疏通”

在PVC密封胶的末端位置，还可以尝试使用“疏通”的方法，以减小涂胶直径D，增加胶路距离翻边的距离L，使折边区域形成一条连贯的“空腔通道”，促使其中的空气或水蒸汽延着通道排出空腔外。

但过多的缩小涂胶量，会导致折边区域胶水覆盖不足，使开启件达不到应有的密封和防腐要求，这将对整车质量造成更为严重的潜在危害。

据此，将涂胶直径D减小为1.5 mm、距离翻边距离L增加至2 mm进行涂胶，对试验件折边后进行剥离试验，从中可以看到折边区域均无折边胶覆盖，因而存在着严重的腐蚀风险。

由此可知，无论如何调整涂胶直径D和胶路距翻边距离L，均会带来其他的次生质量缺陷。因此在调整时，必须严格遵守涂胶的公差标准，经过多次反复优化和试验，得出最佳的涂胶状态。

4.3质量体系监控预防

通过质量体系的监控预防手段，提升涂胶和折边工艺的质量稳定性，保证缺陷不流出工位，也可以在一定程度上降低折边胶泡的发生。

如：采用在手工涂胶工位设置涂胶标准样板，在相应的工艺卡或作业指导书中注明操作工对涂胶直径和轨迹进行目视二次检测等手段。

或是在开启件折边工位，要求操作工使用千分尺对四门两盖的折边厚度X值进行定期的测量，并将结果记录存档，对于超差区域需及时提出，以便及时预防因折边厚度波动导致的胶泡问题高频爆发。

此外，定期对涂胶设备的出胶量、胶水环境温度、滚边头压力、滚边胎膜和压机折边刀等关键工艺参数或设备进行定期的TPM（全员生产维护）检查，从源头上控制缺陷的发生，这对折边胶泡问题的预防有很大的积极作用。

5　 其他新技术

随着白车身制造技术的发展，目前已有多种新技术可应用于开启件区域的制造加工，对优化处理折边胶泡问题产生有利影响。

5.1涂胶拍照技术

随着视觉设备的发展，目前可在涂胶枪上集成相机等拍照设备，对涂胶的直径和胶路实施拍照监控，并通过数据传送显示在人机交互界面上。例如ISRA公司采用的拍照设备为3D摄像头，可实现胶条的高度与宽度的实时检测，同时通过计算胶条和零件边缘的关系，还可以统计出胶条在零件上的位置。其检测精度为（±0.5）m，如果出现断胶、胶路严重偏差或直径超差等情况，则系统会自动进行报警提示，避免缺陷批量流出。

采用涂胶拍照技术，可有效提高涂胶质量的稳定性，减少“空腔”发生几率，从一定程度上避免折边胶泡的产生。

5.2双点涂胶技术

Intec公司的双点涂胶技术，使用的是特制的双口胶枪嘴，在开启件外板靠近翻边的区域多涂一道细胶。对比原有的单点涂胶工艺，可实现折边区域折边胶填充的更加充盈，“空腔”更少的效果（如图3所示），从一定程度上降低胶泡的发生几率。

图3　单点与双点涂胶对比Fig.3　Comparison of double and single points sealing

5.3螺旋涂胶技术

目前多家涂胶设备供应商都已研发出了螺旋自动涂胶设备，采用螺旋转动的涂胶喷嘴进行涂胶，使折边胶的胶路呈现出分散的螺旋形（如图4所示），与传统的直线型胶路相比，这种方法可以保证在涂胶量相同的情况下，一定程度上避免因胶路位置波动引起的压合后覆盖不充分，同样可以使折边胶覆盖的更加盈实，降低“空腔”的发生几率。

图4　螺旋涂胶技术Fig.4　Swirl sealing

5.4采用掺入玻璃珠的折边胶

通过在折边胶中掺入玻璃珠，使其在滚边或压边过程中嵌入压合区域的钢板，以增加摩擦阻力，限制里外板在烘烤前的相对位置错动，在一定程度上也可以减少“空腔”的产生，降低折边胶泡的发生几率。

经试验数据统计，玻璃珠的直径为250 μm、含量为5%左右，可以更加充分地嵌入板材空隙，达到最优化的防止错动的效果。

6　 各整车厂胶泡质量评判标准

6.1美系车型标准

美系车型标准（如表1所示）是将整车外观面分为A、B、C和D 4个等级，其中涉及折边胶泡的为B、C和D这3个区域。从中可以看出，对折边胶泡的指摘区域主要分布在B区（前后门内侧可视区域）。而C区（行李箱内侧）和D区（前盖内侧以及前后门铰链内侧）等区域，只对开裂露钣金的气泡进行指摘。

表1　美系胶泡标准Tab.1　Bubbles criterion of American vehicles

另外，B区的折边胶泡也对气泡数量和大小进行了严格的区分界定，例如直径小于3 mm的普通气泡，在20 mm单位长度内的数量需大于5个才能进行指摘；而直径大于3 mm的开裂不露底气泡，则需每个零件上大于3个才能进行指摘。具体如表2所示。

6.2欧系标准

欧系车型的折边胶泡标准（如表2所示）也是对胶泡的尺寸和大小进行了等级划定。例如对φ＜3 mm的气泡不进行指摘；对于φ＞3 mm的气泡，又以7 mm为尺寸分界线，根据单个零件上的数量进行不同等级的指摘。

表2　欧系车型胶泡标准Tab.2　Bubbles criterion of European vehicles

通过对比可知：美系、欧系车型的胶泡评判标准都采用外观分区，并对胶泡数量和大小进行界定等级的方式进行质量评判。由此可大致归纳为：①开裂露钣金气泡和异性气泡绝对不允许，在各车企标准中都有较严格的评判标准；②针对普通气泡，以3 mm和7 mm为分类标准，分别按照单位区间的数量或单个零件上的数量进行等级划分；③对于四门铰链内侧的气泡，因为客户目视不易看到，只要未开裂露钣金，一般都不进行指摘。

通过调研，目前国内大多数的自主品牌车企在密封胶胶泡的质量判定上，均未对折边胶泡的数量和大小进行量化的区分判定，还未形成一套合理严谨的缺陷评价标准。

6.3拟定国内评判标准

借鉴国外及合资公司相关标准，制定出适用于国内自主品牌乘用车的标准如表3所示。

表3　胶泡评判标准Tab.3　Bubbles criterion suitable for domestic enterprises

7　 结语

通过调研分析可知，折边胶泡问题是不可能完全避免和解决的。通过调整涂胶和折边参数并提升其工艺稳定性，可降低高频次气泡区域的发生几率，避免密集气泡、开裂气泡和异性气泡等严重缺陷的产生。

此外，借鉴国外及合资公司相关标准，制定出适用于国内自主品牌乘用车的胶泡评判标准。

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Improving methods and criterion setting of bubble defects in PVC hemming sealer

LI Wei-kang, ZHANG Li-gui
（ Technical Center of DongFeng Motor Corporation, Wuhan, Hubei 430056, China）

In this paper, the classification, industry status and repairing processes of the bubble defects PVC hemming sealers of vehicles were introduced. The results of cutting experiments of the hemmings revealed the occurrence mechanism of the bubble defects. Meanwhile, the methods and the latest technologies of eliminating the bubble defects in the PVC sealers were presented. Referencing the quality criteria of bubble defects used in some joint ventures and combing the current level of domestic automobile manufacturing, the quality criterion of bubbles in hemming sealers was set out, which is suitable for the domestic self-owned brand passenger vehicles.

PVC sealer bubbles； sealing； hemming； airtight cavity

TG494

A

1001-5922（2016）08-0062-05

2016-05-05

李维康（1986-），男，中级工程师，从事汽车制造工艺研究与工业化实现工作。E-mail：liwk@dfmc.com.cn。