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[其他] 汽车涂装密封胶起泡/胶孔产生的机理分析及解决方法

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发表于 2021-9-13 10:11:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
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周俊鹏,徐康,张正业
(东风本田汽车有限公司涂装三科,湖北 武汉 430000)
摘 要:文章详细地介绍了PVC胶施工过程中胶气泡产生的机理,探讨了折边胶量、胶宽、胶距、内外板间隙、PVC胶厚、炉温升温速率、和温度对胶气泡的影响原理。同时结合推进解决的案例直观地呈现胶气泡的解决方法。
关键词:PVC涂料;气泡;因素;解决
前言

汽车厂涂装车间使用的PVC胶大致分为2类:一类是焊缝密封胶主要起防止漏水和防腐蚀的作用;另一类是车底涂料(涂胶)主要作用是减震和抗石击。两种材料的成分大致相同,都是由聚乙烯树脂、填料、增塑剂、颜料、防发泡剂和稳定剂组成。两种PVC胶料在车身使用时都需要经过烘烤固化形成具有一定力学性能的弹性物质[1]。

PVC胶料在使用过程经常会出现胶气泡或者胶孔等典型缺陷。胶气泡的出现严重影响了车身胶的美观性,一旦胶气泡破裂甚至可能会影响到车身的防腐蚀性能[1]。所以本文对各种胶气泡的产生机理进行详细的说明,进而为解决胶气泡不良提供理论依据。

PVC胶气泡根据产生的机理大致可以分为三大类:(1)胶料本身含有空气;(2)输送系统混入空气;(3)钣金缝隙里面的空气或胶料修饰过程中混入空气受热形成气泡。接下来将全方面的对以上气泡的产生机理和解决方法进行详细的说明。

1 胶料自身含有气泡

密封胶胶料自身含有空气的情况下,机器人用该胶料喷涂的部位都会有气泡产生。若PVC胶制造中间环节控制不严[2],可能导致密封胶排气不彻底进而带有气泡,所以为防止胶料中混入空气要严格执行工艺流程。

另外,胶料在运输过程中,胶桶侧翻或者滚动可能会使料桶里面的空气混入到胶料里面。所以在胶料运输过程中禁止胶桶侧翻横放等违规操作。

2 空气进入输胶系统

密封胶输胶系统是一个相对封闭的系统。空气进入输胶系统一般只会发生在管路入口、一级二级供料泵管路的过滤网处;设备异常、设备长时间使用磨损也可能会造成气泡进入输胶系统[3]。

空气进入输胶系统有两个明显的现象:(1)“炸胶”现象;(2)喷涂的胶料表面呈现蜂窝状[3],通过以上两个现象基本可以锁定胶气泡是由于空气混入输胶系统产生。

2.1 换胶不及时

输胶系统的胶料都是通过原料桶经过压盘而进中的输胶系统。为保障生产的连续性,一段时间后操作人员需要及时更换掉空的原料桶。倘若更换不及时就会造成泵的空打,这样空气就会混入到输胶系统。

要防止此问题的发生,要准确的算出原料胶桶的更换时间间隔,并严格按照时间间隔来更换料桶。

2.2 换胶排气不彻底

密封胶在换胶时为防止胶料混入空气,换胶时需要进行排气。(1)排气孔的位置要选择在压盘较高的位置,这样有利于胶桶里面的空气排出;(2)排气的时间尽可能延长,最好排出一定体积的胶料确保胶料空气排放彻底。

2.3 设备维护保养带入空气

输胶系统及机器人系统都采用很多先进的设备,来达到对输胶系统和机器人喷涂的精确控制。这些设备使用过程需要定期的维护和保养,维护和保养过程中可能带入空气。

要防止此问题的发生:(1)生产前中后要定期的对设备进行点检掌握设备的运行状态,并合理的安排保洁保养周期;(2)设备维修、部件更换、滤网清洗后,通过枪嘴排胶的方式将混入的气体排出。

3 钣金缝隙里面残留的空气

钣金缝隙里面的空气经过烘烤之后产生胶气泡,这类气泡缺陷普遍存在各大主机厂,给车身品质和生产带来一定的影响。此类气泡的发生有一个很明显的特征:产生的部位相对固定、发生率相对较高。

图1 各参数说明示意图

这类气泡的产生是一个相对复杂的过程问题,涉及的因素[4][5]有以下几个方面:(1)折边胶胶量(Q);(2)折边胶胶宽(d);(3)折边胶胶距(D);(4)内外钣金贴合处的钣金间隙(h);(5)涂装PVC胶的胶厚(δ);(6)涂装车间烤炉的升温速率(V)和温度(T)。

胶气泡的产生机理如下图2所示,钣金缝隙里面的残留空气经过烤炉烘烤之后空气体积膨胀溢出产生气泡。接下来本文将一一的介绍各因素具体影响的原理。

图2 胶气泡产生原理

3.1 折边胶胶量(Q)

这里只讨论单因素对胶气泡的影响,讨论过程中假设其他因素都在理想状态下。胶量较少的情况下如下图3例1所示,内外板贴合后折边胶不能完全填充钣金之间的间隙,钣金间隙的空气由于受热体积膨胀产生气泡。

图3 折边胶量影响说明

如图3例2所示,通过增加折边胶胶量,挤压后胶料完全将钣金间隙填充饱满能够很好解决此问题。折边胶胶量增加过量的情况下会造成折边胶溢出,这样给焊装和涂装生产带来不利影响,所以生产情况下要严格控制折边胶的胶量。还有一种极端的解决方案那就是将折边胶的胶量减少至0即不涂折边胶如图3例4所示。这样钣金间隙里面的空气受热向钣金内板膨胀溢出,PVC胶就不会产生气泡,但这样涂布的方式钣金贴合强度可能会降低。

3.2 折边胶胶宽(d)

折边胶胶宽在一定范围内越宽,折边胶受挤压后分散的效果会越好钣金间隙填充的越饱满气泡产生的概率也会越小如图4例1。胶量一定的情况下,胶宽较小折边胶受挤压后分散不能完全填满钣金间隙进而产生胶气泡如图4例2所示。解决此种气泡,只要适当的增加胶宽就能够很好的解决。

图4 折边胶胶宽影响说明

3.3 折边胶胶距(D)

折边胶胶距也是影响折边胶分散的一个重要因素。胶距(D)太大的情况下钣金包边挤压后折边胶无法填充满钣金间隙,钣金间隙的空气烘烤溢出产生气泡如图5例1所示。适当的减少胶距能够很好解决此不良如图5例2,四门两盖的胶距一般在3-5 mm。

图5 折边胶胶距影响说明

3.4 内外板钣金间隙(h)

钣金间隙(h)也是影响胶气泡的一个重要因素。钣金间隙一般较小且不易测量往往被大家所忽视。间隙太大容易造成空气残留,从而产生胶气泡如下图6例1。通过调整内外板钣金包边模具适当的减小包边间隙就能够顺利解决此不良例2。钣金间隙图纸上一般要求是0 mm,但考虑实际情况无法达到0 mm只要控制在0.15 mm以下就能够很好避免此不良。

图6 钣金间隙影响说明

3.5 涂装PVC胶的厚度(δ)

PVC胶气泡发生之后,通过增加PVC胶厚只能改善气泡的发生率和直径,并不能够完全消除气泡的发生。具体原理如下图7受力示意图所示,钣金间隙里面的空气压力P空气一定的情况下,增加胶厚PVC胶抵抗变形的力P胶增大从而可以在一定程度上缓解胶气泡的发生率和直径具体如下图。

图7 PVC胶厚影响说明

3.6 涂装车间烤炉的升温速率(V)和温度T

钣金间隙的空气可以近似当为理想气体处理,空气压力P空气=nRT/V在胶气泡未形成之前空气体积V不变,这样P空气和温度T呈现线性关系。当升温速率很缓慢或者温度较低时P空气压力变化不大,然而在升温的过程中PVC胶在不断的固化力学强度P胶也在不断增加。当升温速率无限缓慢或温度很低的情况下,P胶>P空气这样就可以避免胶气泡的产生,但考虑到现实生产不可能做到升温速率无限缓慢;在兼顾当日产量的情况下,适当的降低烘烤温度能够在一定程度上降低胶气泡的发生率[4]。

4 修饰过程中产生气泡

车身涂胶之后为保障车身的美观度或防水性能,局部PVC胶需要经过刮板或者刷笔的修饰处理。修饰过程中刮板、刷笔磨损或修饰手法有问题的情况下,修饰过程中会造成空气混入进而烘烤之后产生气泡具体机理如下图8所示。这类气泡的发生部位和发生率波动范围较大,通过及时更换损坏的工具以及保障正确的修饰手法能够很好的避免该不良气泡的发生。

图8 修饰过程产生气泡机理说明

5 案例分析

接下来通过两个案例给大家进行进一步说明希望对大家有所帮助。

例1:油箱盖胶孔不良说明

某零部件厂家生产的油箱盖频频接到主机厂反馈油箱盖有胶孔发生,发生率80%左右,通过调查最终锁定在折边胶胶距4.0-6.0 mm较大引起的,通过减小胶边距(减小至3.0mm)顺利的解决了此不良。

例2:4D门框胶气泡不良

一段时间4D门框胶气泡发生率100%,单条胶气泡多达8个给生产加修和车身品质带来了一定影响。通过对焊装折边胶的胶宽和胶距进行优化调整胶宽由原来的6.0 mm增加到 8.0 mm,胶距由原来的4.5 mm减小为3.0 mm,胶气泡由原来的单条胶8个降低为单条胶4个,改善很明显但无法消除气泡。

通过对现场重新梳理调查,发现4D门框钣金间隙高达0.3 mm(3D门钣金间隙0.05 mm)异常,现场手修10台车4D门包边间隙缩小至0.15mm以下涂胶后无气泡发生。焊装调整包边模具后包边间隙控制在0.1 mm以下,4D门气泡完全消除。

6 小结

PVC胶气泡是汽车制造过程中常见的一个缺陷,但由于涉及的因素较多、产生机理较为复杂等原因,一直困扰着各主机厂。本文详细的介绍了胶气泡的产生的相关因素:胶料含有气泡、空气混入输胶系统、折边胶胶量、胶距、胶宽、钣金间隙、PVC胶厚、升温速率和温度;并对各因素产生气泡的机理进行了详细的论述,为解决胶气泡提供了一定的理论基础。


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