新车型开发阶段涂胶定义优化及验证

董越，于超，聂振凯

（吉利汽车集团有限公司，浙江 宁波 315336）

近年来客户需求的多样化引导汽车行业及其产品走向多元化、差异化。在中国市场，每年已有上百款全新及换代车型投放到各细分市场，形成差异化竞争。新车型及换代车型的开发已经成为汽车企业发展和生存的必要条件。汽车轻量化是指在保证性能达标的前提下尽可能减轻其整体质量，以便提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染，已成为世界汽车发展的潮流。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。

密封胶作为汽车生产必需的辅助材料，其应用越来越广泛。涂装工艺用胶是汽车上用量最大的一类。因此减少汽车涂装用胶量可以有效减轻整车质量，减少排放。根据调研，目前主流汽车厂的单台车涂胶量均在10 kg以上，占车身涂装总质量的一半以上，设计阶段涂胶定义存在过定义、少定义、错定义等各类问题，而后续实车又缺乏长期的相关性能验证，导致涂胶轻量化推进较慢。

本文基于某公司推进新车型涂胶定义轻量化专项工作中的经验，介绍了涂胶工序在轻量化工作中的应用。

1 汽车涂装用胶简介

涂装用胶的品种不多，却是用量最多的一类，主要包含焊缝密封胶、车底抗石击涂料、LASD(水性可喷涂隔音材料)、裙边胶和指压胶。

1.1 焊缝密封胶

焊缝密封胶是一种膏状密封胶，具有很好的触变性，加热塑化后具有一定的粘接强度、耐磨性、耐挠曲性，与电泳底漆有良好的结合力[1]。焊缝密封胶主要涂覆于车身钣金件搭接焊缝区域，例如地板、机舱、外覆盖件等需要密封与防腐的区域[1]。根据涂装工艺，焊缝密封胶分为UBS(下车身自动密封)、粗密封和细密封。

1.2 车底抗石击涂料

车底抗石击涂料，又称UBC(也被指下车身自动抗石击喷涂)，主要应用于车身底部、轮罩等容易发生石击的部位，其作用是缓冲汽车高速行驶过程中诸如沙、石等物体对车身的强烈冲击，提高车身抗腐蚀能力，延长使用寿命[2]。

1.3 LASD

LASD是一种基于丙烯酸类聚合物的可喷涂水性隔音阻尼涂料。其涂附于电泳层表面，并在涂装车间完成烘烤固化，用于降低车身的噪声和振动，提升NVH性能(即噪声、振动和不平顺性)。

1.4 裙边胶

裙边胶是一种涂附在门槛裙边位置的抗石击胶，主要用于提升此处抗石击性和防腐性，此外还需满足涂层外观要求和附着力指标。

1.5 指压胶

指压胶是指压密封胶的简称，实际上是一种密封腻子，用手指涂抹、压实。主要用于车身焊装后所形成的较大缝隙的密封，以及凹凸不平处的修饰，等等。该材料在客车、越野车、重型卡车等车型中应用较多，乘用车领域近年来因结构设计优化，其应用越来越少。

2 行业内涂胶对标

通过大量调研，结合拆解竞品车所得信息，收集了行业内优秀竞品的涂胶量及实车涂胶照片用于分析并寻找差距，部分结果如图1所示。

图1 不同公司轿车(a)与多功能越野车(b)的涂胶用量Figure 1 Dosage of sealant for sedans (a) and sport utility vehicles (b) manufactured by different companies

可见笔者所在公司现有产品的涂胶质量较主流竞品高出25% ~ 50%不等，涂胶存在较大的优化空间。通过对比胶条长度、车身结构、钣金数量、底盘覆盖件等方面，发现在产车型涂胶定义主要存在如下问题：

(1) 下车身多数焊缝采用“三道胶”(即“焊装胶 + UBS + 涂装内部涂胶”)定义，内涂过多。

(2) 车底UBS与UBC大量重叠，UBS过定义。

(3) 车身有底护板或底盘件遮挡区仍使用了UBC，过度使用了抗石击胶。

(4) UBC层过厚，且缺少区域细分。

(5) 车身钣金分件过多，导致焊缝总长度过大，涂胶长度增加。

(6) 单防腐用胶运用过多，需要优化镀锌板的使用。

3 涂胶定义优化策略的制定

通过组织属性、产品设计、生产制造等相关部门根据对标结果共同制定了涂胶优化方案及验证计划(见表1)，用于指导各车型具体工作的开展。

表1 涂胶方案优化策略及验证计划Table 1 Optimization strategies and verification methods of gluing plans

3.1 抗石击涂料定义策略细化

3.1.1 底板下部

有护板防护的区域(如隔热板、油箱、排气管等大面积遮挡可视为护板)不再采用抗石击胶。根据石击频次及强度，将无护板防护的区域细分为重点和一般防护区域(如图2所示)，UBC层厚度相应设定为0.8 ~ 1.2 mm和0.6 ~ 1.0 mm。

图2 车身底板下部防护程度分级Figure 2 Classification of protection levels for lower underbody

3.1.2 轮罩

轮罩区为石击极高风险区，对抗石击性能的要求为全车之最，所需厚度建议参考表2。

表2 轮罩区域UBC厚度建议Table 2 Thickness of underbody coating for wheel house

3.1.3 其他

迎风面区域应喷涂UBC，如图3所示。针对护板覆盖区域，小于覆盖边界30 mm的区域应涂覆UBC，但应避开安装点(见图4)。需要进行遮蔽的孔及螺栓，遮蔽区域最多不能超过边缘以外25 mm(见图5)。

图3 车底迎风面涂覆UBC示例Figure 3 Example showing how to spray underbody coating for windward of underbody

图4 在护板覆盖区域喷涂UBC的示意图Figure 4 Schematic diagram of spraying underbody coating at the area covered by guard plate

图5 孔及螺栓周围UBC喷涂示意图Figure 5 Schematic diagram of spraying underbody coating around holes and bolts

3.2 焊缝密封胶定义策略细化

车身涂装焊缝密封胶按作用可分为两种：一种只起防腐作用，另一种同时起密封和防腐作用。原则上设计时应首先考虑优化结构，尽量减少使用单一作用的焊缝密封胶。在设计焊缝密封胶时需紧密结合焊装胶，减少胶定义，避免过定义。

车身焊缝密封胶因各车型结构不同而存在较大差异，首先对全车焊缝进行分类(如图6所示)，再按照以下策略执行：

图6 车身焊缝的分类Figure 6 Classification of body weld

(1) 所有直通车内的焊缝要求采用“焊装胶 + 车外涂装胶”，车内涂装胶建议取消或尽量减少，如将三道胶减少为二道。

(2) 对于所有不通外的焊缝，不定义涂装胶。

(3) 对于所有不通车内的焊缝，根据所处区域、所选板材及结构，建议对存在中高风险的焊缝定义焊缝密封胶，低风险的焊缝则不定义或少定义，通过板材选型来规避风险，如采用镀锌板等自身具有较好耐腐蚀能力的板材。

(4) 车外焊缝如处在UBC定义范围内，建议取消焊缝密封胶，只保留UBC。

(5) 对于拼接或加强板等的焊接，建议连接焊缝设计为不直通车外的焊缝，取消搭接缝密封胶定义。

(6) 对于可成型的冲压件，在平衡工艺、成本的同时，尽量减少钣金分件，从而缩短需要定义焊缝密封胶的焊接缝长度。

(7) 能设计不通车外的焊缝时应尽量避免，如后围内外板搭接结构设计(见图7)。

图7 后围内板、外板焊缝结构的设计Figure 7 Weld structures of rear internal and exterior plates

3.3 裙边胶定义策略细化

(1) SUV、MPV车型以及中高档轿车全部采用门槛护板方案，从而取消裙边胶。

(2) 低档轿车尽量采用门槛护板，如无护板，参考图8来定义喷涂区域。

图8 裙边胶喷涂区域Figure 8 Areas to be sprayed with side skirt adhesive

(3) 裙边胶喷涂厚度300 ~ 500 μm。

3.4 LASD定义策略细化

(1) 水平面的LASD厚度不大于3 mm，立面的LASD厚度不大于2 mm，顶面不建议采用LASD。

(2) LASD喷涂区域尺寸要求50 ~ 100 mm宽，或为其倍数，以满足机器人喷涂的要求。

(3) LASD喷涂避免覆盖堵盖、贴片和焊缝密封胶。

3.5 指压胶定义策略

因指压胶存在易老化、脱落等风险，新车型、新结构设计上要避免较大孔洞或缝隙的存在，不考虑使用指压胶，代之以焊缝密封胶，以满足密封要求。

4 实车验证

涂装胶按用途主要分为2类，即NVH性能和防腐性，而匹配的验证方法有白车身气密性测试[3]、整车气密性测试(见图9)、整车NVH性能评估以及整车强化腐蚀试验。所有车型的涂胶策略都需要经过实车整车验证，评价合格后方能批量推广应用。选取目标车型，依据上述策略制定了适合该车型的涂胶优化方案，并制作样车开展了试验验证工作。

图9 白车身(a)和整车(b)气密性验证试验Figure 9 Air tightness test for white body (a) and whole vehicle (b)

根据实车评价结果，涂胶策略实施前后，白车身和整车气密性均能达成设计指标，数据上无明显差异。整车NVH性能主观评价方面无明显差别，满足车型设计指标要求。NVH性能满足企标和车型设计要求。而从强化腐蚀试验静态以及拆解后评价的结果(见图10)可知，涂胶实施后车身的腐蚀等级及状态满足企标的要求，符合车型设计目标。

图10 强化腐蚀车验证Figure 10 Evaluation of whole-vehicle accelerated corrosion test

5 涂胶定义策略的标准化及输出

根据前期策略制定了各车型分别对应的涂胶方案，并经过实车验证，部分车型的实施效果列于表3。

表3 部分优化方案及成果Table 3 Some optimized schemes and the results of their implementation

通过多车型多轮实车验证，笔者的团队进一步优化和提升了前期制定的策略，并整理成册，完善到企业内部的《车身防腐设计规范》标准文件中，用于支持后续新车型的设计。

同时，将涂胶定义相关要求完善到了MR(制造需求)清单中，用于支持后续新车型开发过程中的SE(同步工程)分析工作，确保在满足整车质量的前提下，实现涂胶定义及涂装制造成本的最优化。

6 结语

轻量化已成为汽车发展的主要方向，涂胶是涂装减重的关键工序，而涂胶实施结果对整车防腐及NVH性能起着至关重要的作用，涂胶定义的优化已成为新车型开发的重点工作之一。

为保证产品质量，降低单车制造成本，达成整车降重，提升产品竞争力的需求，在产品设计、验证阶段都需要对产品的搭接结构、板材选用、密封胶条的定义等多方面进行严谨的分析和严格的验证。既要避免设计不良而导致产品质量不合格，也要严格控制产品质量过剩，避免造成制造成本增加、车辆增重、设备改造投资浪费等问题。

涂胶定义优化验证是一个多部门统筹工作，在实际工作中要充分协调好上下游部门，共同参与组织方案的评审、制作与验证，并严格根据验证结果推进落实，做好质量、成本的平衡。同时，在开展工作时，要做好组织过程资产的积累，及时总结，推进产品、涂胶定义等项目的标准化，提升后续新项目的设计开发能力。