汽车门盖PVC气泡影响因素及控制方法

刘冬

（一汽-大众汽车有限公司，天津301509）

1 前言

PVC 胶也称为聚氯乙烯涂料，其主要功能是保证车身的防腐性能，同时PVC 胶条的均匀性也是PVC 外观质量的一个重要考察项。在汽车生产过程中，门盖折边区域特别容易出现PVC 气泡，不仅影响整车外观质量，一旦破裂还会影响整车的防腐性能。PVC 气泡是国内外车企公认的世界性难题，往往是伴随车型整个生命周期的产物，是各个整车厂的重点研究课题。某款车型在项目初期PVC 气泡问题严重，单车PVC 气泡总数高达38 个，单车返修率85%，通过1 年多时间的摸索和实践，目前已经成功达到了单车气泡总数平均1.26 个、单车返修率0.95%的行业领先水平。将就积累的优化经验做细致介绍，为整车厂PVC 气泡控制提供参考。

2 PVC气泡的形成原因

汽车门盖折边处的PVC 胶具有良好的触变性，堆积一定厚度时能保持棱角状态，不产生流淌。在热烘烤下，PVC 胶发生胶化反应，变成不可逆转的弹性物质。在PVC 胶条不断固化的过程中，由于压合边有空腔存留空气或水分，高温烘烤过程中气体膨胀导致局部形成高压，将PVC 胶表面顶出气泡，气泡形态如图1 所示。

图1 PVC胶条鼓起形成PVC气泡

根据以往经验，产生气泡的主要原因如下：

a.空腔形成因素

主要有折边胶压合后涂胶状态不均匀、压合开口过大、外板单件法兰边翘边。

b.环境因素

包括环境温度和PVC 烘干炉温度。

c.PVC 材料与工艺因素

PVC 厚度、PVC 与外板端面对中性和PVC 性能等。

3 PVC气泡影响因素和控制方法

3.1 空腔形成因素

图2 所示为焊装折边胶涂胶标准，标准要求内外板贴合面a 区折边胶100%填充，d 区有胶反向溢出，c 区（又称c 腔）折边胶100%填充，折边面b 区折边胶填充≥30%，以满足整体密封和防腐效果。如图3 所示，在涂装车间，为进一步提高四门两盖的防腐性能，会以外板翻边端面为中心，涂上1 道PVC 胶，这样就形成了图2 中所示的密封空腔区域。密封空腔区域残留的气体可能造成PVC 气泡的产生。

图2 折边胶涂胶标准

那么能否通过消除密封空腔区域，从而在原理上减少或者消除气泡呢，答案是可以的。当b 面的折边胶达到100%时，密封空腔区域会消失，我公司的某车型前后盖即采用了该方法控制气泡数量。但是该方法的弊端是会造成图4 所示的折边区域大量折边胶溢出，需设计专门的清胶工位并配置专门的清胶人员进行清擦，增加了成本；同时压合模设备会大量粘胶，每2 h 左右就需要进生产线进行压合模清擦，造成生产节拍严重脱节，因此b 面100%涂胶并不是第一选择。

图3 PVC打胶示意

图4 b面100%胶量时大量折边胶溢出

3.1.1 折边胶压合后涂胶状态不均匀

从原理上讲，如果b 面的折边胶涂胶可以达到均匀的30%，那么在门或盖的折边位置会形成1 条拥有70%空腔的气道，在PVC胶条加热烘干过程中，密封空腔区域内的气体可以在长长的气道内均匀流通，不会对PVC 胶条产生猛烈冲击，产生气泡的几率会大大减小。但实际上，稳定地实现门/盖整个总成折边区域b 面胶量为均匀的30%十分困难，主要原因有如下2 点：一是折边胶涂胶位置的稳定性较难控制，抓手抓取外板旋转的过程中，固定不动的SCA涂胶机喷涂出折边胶，随着外板的回弹量不同，折边胶喷涂在外板上的相对位置会有波动；二是随着夹具的调整或新批次内外板单件切换，内外板之间的匹配状态会随之改变，匹配变紧的位置折边胶会被挤出的更多，反之则挤出的少。综上，很难长时间稳定地保持b 面胶量为均匀的30%，只能通过定期破检检查，及时调整折边胶的轨迹或者胶量来保持折边胶涂胶的均匀性。

在收到PVC 气泡问题反馈后，通过破检检查b面折边胶涂胶均匀性是1 个常见的办法，那么一旦发现涂胶均匀性出现问题，如何快速高效地进行调整呢？通过调整涂胶轨迹是1 个办法，但是调整涂胶轨迹需要将整个生产线停下来，造成20～30 min停台，对于一个生产节拍为60 JPH 的工厂来说，意味着损失了20～30 台车的产量。因此调整涂胶量就成了1个更理想更经济的解决办法。调整胶量不需要停线，只需要更改SCA 面板参数即可，为了更精确实现小范围所需区域胶量更改，将整个涂胶胶道细化成多个分段是1个很好的办法，如图5所示，我公司的某车型前门折边胶分成了109 段，可快速实现各区域胶量精细化调整。

图5 涂胶分段细化

3.1.2 压合开口过大

压合开口代表了外板折边后其翻边最外沿张口的大小，其标准要求为≤0.3 mm。如图6a 所示为正常压合开口状态，外板折边几乎与内板平行；图6b 为压合开口过大状态，外板折边明显未被压紧。压合开口过大带来的危害是使密封空腔区域体积大大增加，密封区域内空气量随之增加，在加热过程中更容易将PVC 胶条鼓起形成PVC 气泡。

图6 压合开口状态示意

对于机械式压合（整体式压合），主要通过调整终压合镶块垫片、烧焊和研磨终压合镶块型面，提升镶块与工件的匹配程度实现压合开口的整体减小。对于滚轮式压合，主要通过调整滚轮与工件的角度和距离来调整压合开口大小，滚边压合为多序滚边，其中最后一序对于控制压合开口最为关键。

3.1.3 外板单件法兰边翘边

外板单件法兰边翘边是指外板单件法兰边最外沿呈翘起状态，如图7a 所示为单件法兰边呈平顺状态，图7b 为单件法兰边翘边状态。单件法兰边翘边带来的最大危害就是使压合开口变大，因为法兰边尺寸较小，终压合镶块压紧再松开后，外板法兰边又反弹回翘边形态，也就是说压合过程无法缓解单件翘边缺陷。压合开口变大带来了PVC 气泡发生概率的增加，因此单件法兰边翘边对PVC 气泡的控制尤为不利。图8 展示了我公司某款车型前盖在单件法兰边平顺和翘边2 种状态下的试验对比，结果发现单件法兰边平顺时气泡状态明显优于单件翘边时的状态。

图7 单件法兰边状态

图8 单件不同的法兰边状态对应气泡情况

在冲压单件生产过程中，为了保证表面质量良好、板材充分成型，选择性地对部分单件使用了夹持翻边工艺，夹持翻边工艺对单件的成型、表面质量和尺寸稳定性均非常有利，但是带来的1 个副作用就是法兰边翘边。当发现单件法兰边翘边严重影响了PVC 气泡后，最好的办法是联合冲压车间对单件的夹持翻边力进行优化，找到1 个翘边与表面质量、尺寸稳定性都可接受的状态，锁定此时的夹持翻边工艺参数，做到综合性能最优。

3.2 环境因素

3.2.1 环境温度

在各整车厂实际批量生产过程中发现，夏季随着温度的不断升高，PVC气泡的状态急剧恶化，这主要是因为温度升高时，折边胶的黏度降低，折边胶保持其原有涂胶状态的能力变差，导致涂胶均匀性变差进而容易产生气泡。同时在生产过程中发现当经过2天的周末停产后，再生产时气泡状态普遍较差。如图9所示展示了某周统计的每日气泡返修数据，周中气泡每日返修平均值为12个，在周一的时候气泡状态出现波动，需返修气泡数为19个，返修量增加了42%。气泡状态波动与门/盖总成储备有关系，在经过了较长时间的放置后，一方面门/盖总成折边内的折边胶状态发生了变化，变得不均匀，使得气道出现堵塞；另一方面折边胶吸收了空气中的水分，使得气体来源增加。这2个不利因素导致PVC气泡发生概率大大增加，因此在面临较长时间的停产放假时，降低在线储备数量对PVC气泡的控制是有利的。

图9 某周统计的每日气泡返修数据

3.2.2 PVC 烘干炉温度

PVC气泡产生的原理是加热时门钣金折边内的气体向外扩散，将PVC 胶鼓起来，因此烘干炉的峰值温度越高、升温速率越快，PVC气泡产生的动力就更足，在满足PVC胶条烘干的前提下适当降低峰值温度和升温速率对控制PVC 气泡有正向作用。我公司某车型采用降低烘干炉峰值温度和升温速率的方法，实现了单车平均气泡数下降2.5 个。如图10所示，优化前的烘干炉峰值温度为145 ℃，加热5.5 min 后接近温度峰值，升温速率为26 ℃/min(曲线1，循环空气温度)；优化后的烘干炉峰值温度为136 ℃，加热8 min 后接近温度峰值,升温速率为17 ℃/min（曲线2）。优化后的炉温曲线可满足PVC胶条的烘干需求和生产节拍需求，对PVC气泡的控制起到了正向作用。

3.3 PVC材料工艺因素

3.3.1 PVC 厚度

PVC厚度的标准范围为1.5～2.0 mm，PVC的厚度越大，气体需要将PVC 顶起的力就越大，因此对于PVC厚度，取上限进行控制对PVC气泡有利。在实际生产过程中，PVC 厚度最高达到了2.5 mm 左右。另外需要关注的是PVC 厚度过大时在车门调整时容易发生PVC磕裂，因此PVC厚度要根据气泡和车身匹配间隙综合进行考量。

3.3.2 PVC 与外板端面对中性

PVC 胶条与外板端面的对中性对气泡产生也是有影响的。PVC 胶条在涂覆后呈现中间最厚，两边逐渐变薄的圆弧状。如图11a 所示，标准状态下PVC 涂覆时以外板翻边端面为中心，这样可以有效保证PVC 胶条最厚的位置恰好处于外板翻边端面处，其抵抗气体逸出的能力更强，气泡发生的概率更低。如图11b 所示，如果PVC 胶条与外板端面的对中性不好，PVC 胶条的有效厚度会变小，抵抗气体逸出的能力变弱，出现PVC 气泡的概率会增加。整车厂涂装车间一般设置有PVC 双线，在实际生产过程中当发现PVC 双线的PVC 气泡发生概率有明显差异时，可以对2 条PVC 生产线的PVC厚度和PVC 与外板端面对中性进行对比分析，寻求问题解决方案。

3.3.3 PVC 性能

PVC 胶的性能对PVC 气泡有显著影响，在探究PVC 气泡的影响因素过程中，我公司对甲乙厂家2 款PVC 胶产品进行了对比试验，如图12a 所示，结果显示甲乙厂家PVC 气泡总数基本相同，但是乙厂家的＞8 mm 气泡数明显少于甲厂家。基于试验结果，甲厂家对自身产品进行性能改进，调整PVC 胶中树脂A 和树脂B 的比例，PVC 胶的断裂延伸率由165%提升至190%、拉伸强度由1.6 MPa 提升至2 MPa。如图12b 所示，PVC 胶优化后的单车气泡数和单车＞8 mm 气泡数均明显下降，取得了良好的优化效果。在PVC 胶的性能稳定后，应组织对PVC 胶进行定期检验，以巩固PVC 胶性能的优化效果，一旦性能出现波动，及时通知厂家优化。

图10 烘干炉温度曲线

图11 PVC与外板端面对中情况

4 PVC气泡控制流程

PVC 气泡成因复杂，主要核心影响因素在于焊装车间和涂装车间，只有实现焊涂车间合理的任务分工，相互合作才能实现快速联动，减少甚至消除气泡对产品质量的影响，如表1 所示为焊装车间和涂装车间各区域任务分工。

4.1 气泡统计

由涂装车间安排专人每日进行25 台车的四门两盖气泡统计工作，确定气泡发生位置和概率。统计的气泡类型分为3 种，第1 种为凹陷/破损气泡、第2 种为直径＞8 mm 的气泡、第3 种为直径3～8 mm 的气泡，＜3 mm 气泡不计入统计。气泡统计模板如图13 所示，在统计时采用画正字的方法记录气泡发生频次。

图12 PVC气泡对比情况

气泡统计有三要素，首先是专人统计。固定专人统计能保证不会因为人的因素导致统计结果突变，对气泡控制方向造成误导；其次是至少有25台的数据，气泡发生是一种概率事件，只有样本量足够时才能统计出气泡的真实发生率；最后是使用皮尺测量气泡的位置坐标（图14 所示，皮尺需要去掉金属头，防止划伤零件表面），精准识别气泡位置，便于气泡原因分析。考虑到人的臂展、实际总成大小以及操作时的方便程度，如图15 所示对总成设定了测量起始点，从起始点开始抻皮尺，直线到达气泡位置便为气泡的坐标，同时朝不同的方向设定为了正值和负值。

表1 焊装和涂装各区域任务分工

图13 气泡统计模板

图14 皮尺

4.2 气泡分析和优化

在获取PVC 气泡具体位置和发生概率后，针对发生概率≥20%的位置进行原因分析，如图16 所示，前盖共识别出9 个固定点，集中于前盖前沿和后沿。通过检查固定气泡位置的折边胶涂胶状态、压合开口情况、PVC 胶条状态，可以锁定问题产生的主要原因。

经过数据采集和分析，9 个固定气泡产生的原因梳理完毕，如图17 所示，分别为压合开口大、单件翘边、PVC 胶条不居中、单件接刀口和b 面涂胶不均匀，可根据上文所述方法开展固定点的PVC气泡控制工作。

图15 不同总成的测量起始点和方向设置

图16 固定气泡位置基础数据采集

图17 固定气泡根因分析

通过应用上文所述的PVC 气泡控制方法，经过1 年多时间的摸索和实践，如图18 所示，我公司某款车型实现了从项目初期单车气泡数38 个到目前单车气泡数1.26 个，单车返修率由85%下降至0.95%。

图18 单车气泡数与返修率下降情况

5 结束语

对汽车门盖PVC 气泡影响因素进行了深入分析，共总结出3 大类影响因素：包括空腔形成因素、环境因素和PVC 材料工艺因素，并对每种因素细分小类，每小类因素对PVC 气泡的影响规律做了细致的分析和介绍，总结了对应每类因素应对PVC 气泡的控制方法。同时介绍了整车厂的PVC气泡改善责任分工和完整的控制流程，可参考文中使用的工具、统计模板和分析思路开展实际的PVC 气泡控制工作。同时需要指出，PVC 气泡是1个普遍存在的且得到公认的世界性难题，往往是伴随车型整个生命周期的产物，但是只要掌握气泡的发生规律，做好各项因素控制，就可将PVC 气泡的影响控制在工厂可接受范围之内，保证工厂的生产平顺性。