圖 1 沖擊線產(chǎn)生過程示意
分享：沖擊線缺陷對汽車外板涂裝外觀質(zhì)量的影響
汽車外觀質(zhì)量直接影響汽車品牌的影響力，各大車企對汽車外觀質(zhì)量的把控十分嚴(yán)格，一般來說需要控制3個指標(biāo)：漆面的長波數(shù)量、短波數(shù)量及鮮映性。汽車外觀質(zhì)量主要受油漆、涂裝工藝，以及鋼板表面輪廓等因素的影響。冉浩等[1]研究了雙組分清漆對涂裝外觀質(zhì)量的影響，得出雙組分清漆涂膜的顏色豐滿，流平性和鮮映性好，涂膜柔韌性和硬度適中，且在目視效果、保色保光性方面表現(xiàn)尤為突出。高偉峰等[2]研究了2C1B工藝條件下的涂裝質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)在油漆性能提升的條件下，采用2C1B涂裝工藝得到的汽車外觀質(zhì)量與采用3C2B涂裝工藝得到的汽車外觀質(zhì)量相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了降本、節(jié)能、減排的目標(biāo)。許瑆琥等[3]研究了噴涂工藝及涂料對最終漆膜目視外觀質(zhì)量的影響，對噴涂工藝及涂料質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)，可以達(dá)到改善涂裝外觀質(zhì)量的目的。趙艷亮等[4]研究表明，電泳漆膜對粗糙度的衰減效果明顯優(yōu)于對波紋度的衰減效果。鋼板表面粗糙度為1.0~1.3 μm時，粗糙度輪廓系數(shù)的增大對電泳過程粗糙度的衰減效果有正面作用，但粗糙度輪廓系數(shù)的變化對電泳過程波紋度的衰減無顯著影響。因此，需要將鋼板表面粗糙度及波紋度控制在合理范圍內(nèi)，才能獲得良好的涂裝外觀質(zhì)量。
在光線的照射下，涂漆后零件上任何微小的變形、劃痕等缺陷都會特別明顯，而沖壓過程中易出現(xiàn)滑移線、沖擊線等缺陷，其中沖擊線是直接留在可視區(qū)域的，一般需要用調(diào)整模具的方法進(jìn)行解決。但是目前大多數(shù)研究集中在如何避免沖擊線的產(chǎn)生，少有沖擊線對涂裝外觀質(zhì)量影響程度的研究。筆者依據(jù)沖擊線的產(chǎn)生原理，提出了一種模擬沖擊線產(chǎn)生的方法，進(jìn)而研究不同程度沖擊線對涂裝外觀質(zhì)量的影響。
1. 試驗材料及方法
1.1 試驗材料
試驗材料為工業(yè)化生產(chǎn)的DC06鋼板、180BD+Z鍍鋅外板，材料尺寸為200 mm×30 mm×0.65 mm（長度×寬度×厚度），每平方米的鍍層質(zhì)量均為100 g。電泳在某汽車廠隨線完成，電泳液固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%~15%，烘烤溫度為（200±20） ℃。DC06鋼板的表面粗糙度為1.121 µm，粗糙度輪廓系數(shù)為80.1 cm－1，波紋度為0.33 µm。180BD+Z鋼板的表面粗糙度為 1.197 µm，粗糙度輪廓系數(shù)為105.4 cm－1，波紋度為0.33 µm。高光膠帶為聚對苯二甲酸類塑料測試膠帶，其規(guī)格為50 m×30 mm×0.053 mm（長度×寬度×厚度）。采用沖樣-V彎一體機(jī)制備不同折彎半徑試樣，折彎半徑分別為2，4，6，8 mm。制備過程為先進(jìn)行V彎，再使用沖樣-V彎一體機(jī)將試樣壓平。制備變形量分別為2%，4%，6%，8%的試樣。
1.2 試驗方法
依據(jù)GB/T 2523—2008《冷軋金屬薄板(帶)表面粗糙度和峰值數(shù)測量方法》，采用粗糙度測試儀測試試樣的粗糙度和粗糙度輪廓系數(shù)，測量步長為2.5 mm；依據(jù)PV 1054 Steel Flat Stock for Body Skin Testing of Waviness 測試試樣的波紋度，測量步長為30 mm。沖擊線表面形狀測量長度為20~30 mm，使用粗糙度測試儀自帶功能濾去表面粗糙度和波紋度，獲得沖擊線的表面輪廓，從而進(jìn)行沖擊線深度測量。使用橘皮儀檢測涂裝外觀的質(zhì)量，測量長度為10 cm。
2. 試驗結(jié)果
2.1 沖擊線模擬方法
零件成形初期，板料在凹模入模角或凹模上最先接觸的棱線處會產(chǎn)生硬化，形成沖擊線，伴隨著成形過程的繼續(xù)進(jìn)行，板料流動，沖擊線會逐漸往成形零件的中心移動，此時會在沖擊線以外的區(qū)域產(chǎn)生材料流動痕跡。如工藝補(bǔ)充設(shè)置不當(dāng)，沖擊線和材料流動痕跡就會流入零件表面，形成缺陷，沖擊線產(chǎn)生過程如圖1所示。因此，將凹模圓角區(qū)域的變形分解為先彎曲后拉伸的疊加變形，建立了先彎曲后拉伸的一種模擬沖擊線產(chǎn)生的方法。該模擬方法中，折彎工序模擬了在沖壓過程中板料棱線處產(chǎn)生的硬化，壓平工序模擬了沖擊線的形成，拉伸工序模擬了沖擊線的移動變形（見圖2）。
圖 2 模擬沖擊線產(chǎn)生的方法示意
圖3為變形量為8%時不同折彎半徑下180BD+Z板表面模擬沖擊線的宏觀形貌。由圖3可知：當(dāng)變形量為8%，折彎半徑分別為2，4，6，8 mm時，沖擊線寬度分別為7.5，11.5，15.0，18.5 mm。在同一變形量條件下，隨著折彎半徑的增大，沖擊線寬度呈明顯增大的趨勢。
圖 3 變形量為8%時不同折彎半徑下180BD+Z板表面模擬沖擊線的宏觀形貌
2.2 表面沖擊線輪廓測試
不同折彎半徑及變形量下DC06鋼板表面沖擊線輪廓測試結(jié)果如圖4所示。由圖4可知：隨著變形量的增大，沖擊線深度明顯減小，但是在同一折彎半徑條件下，沖擊線的寬度沒有隨著變形量的增大而產(chǎn)生明顯變化；折彎半徑分別為2，4，6，8 mm 時，沖擊線的寬度依次為6.5，10.0，14.5，19.0 mm，說明折彎半徑?jīng)Q定了沖擊線的寬度，變形量決定了沖擊線的深度。
圖 4 不同折彎半徑及變形量下DC06鋼板表面沖擊線輪廓測試結(jié)果
不同條件下獲得的沖擊線輪廓形貌存在較大區(qū)別。折彎半徑為2 mm 時，沖擊線底部較為尖銳；折彎半徑為4 mm 時，沖擊線底部較為圓滑；折彎半徑為6 mm 時，沖擊線底部較為尖銳，且分叉為兩個尖點(diǎn)；折彎半徑為8 mm 時，沖擊線底部較為尖銳，且分叉為兩個尖點(diǎn)。沖擊線輪廓形貌產(chǎn)生差異的原因是折彎半徑不同引起沖擊線寬度不同，從而導(dǎo)致沖擊線在壓平后表現(xiàn)為不同的微觀輪廓。
不同折彎半徑及變形量下DC06鋼板表面沖擊線深度、表面粗糙度、粗糙度輪廓系數(shù)及波紋度變化如圖5所示。由圖5可知：當(dāng)折彎半徑為2 mm 時，變形量從2%增大到8%，沖擊線深度從59.17 µm減小至 16.22 µm，減幅約為72.6%，表面粗糙度從2.178 µm減小至1.837 µm，減幅約為15.6%，波紋度從2.513 µm減小至1.403 µm，減幅約為44.2%，粗糙度輪廓系數(shù)從39.7 cm−1 增大至57.5 cm−1，增幅約為44.8%；折彎半徑為4 mm 時，變形量從2%增大到8%，沖擊線深度從34.93 µm減小至7.51 µm，減幅約為78.5%，表面粗糙度從1.742 µm減小至1.268 µm，減幅約為27.2%，波紋度從2.233 µm減小至1.282 µm，減幅約為42.6%，粗糙度輪廓系數(shù)從43.2 cm−1 增大至71.4 cm−1，增幅約為65.2%；折彎半徑為6 mm時，變形量從2%增大到8%，沖擊線深度從33.57 µm減小至2.32 µm，減幅約為93.1%，表面粗糙度從1.423 µm減小至1.249 µm，減幅約為12.2%，波紋度從1.606 µm減小至0.682 µm，減幅約為57.5%，粗糙度輪廓系數(shù)從60.4 cm−1增大至73.3 cm−1，增幅約為17.6%；折彎半徑為8 mm時，變形量從2%增大到8%，沖擊線深度從32.65 µm減小至1.85 µm，減幅約為94.3%，表面粗糙度從1.242 µm減小至1.220 µm，減幅約為1.8%，但不同變形量條件下波動較小，均為1.2~1.3 µm，接近原始粗糙度1.136 µm，波紋度從1.417 µm減小至0.573 µm，減幅約為59.5%，粗糙度輪廓系數(shù)從67.4 cm−1增大至77.6 cm−1，增幅約為15.1%。
圖 5 不同折彎半徑及變形量下DC06鋼板表面沖擊線深度、表面粗糙度、粗糙度輪廓系數(shù)及波紋度變化
由整體趨勢可知：折彎半徑越小，沖擊線深度越深，隨著變形量增大，沖擊線深度逐漸減??；折彎半徑越小，表面粗糙度、粗糙度輪廓系數(shù)和波紋度變化越大，隨著變形量增大，表面粗糙度和波紋度逐漸減小，粗糙度輪廓系數(shù)逐漸增大。換言之，折彎半徑越大，變形量越大，沖擊線表面輪廓越接近原始材料的表面輪廓狀態(tài)。
不同折彎半徑及變形量下180BD+Z板表面沖擊線輪廓測試結(jié)果如圖6所示。由圖6可知：隨著變形量增大，沖擊線深度明顯減小，但是同一折彎半徑條件下，沖擊線的寬度沒有隨著變形量的增大而發(fā)生明顯變化；折彎半徑分別為2，4，6，8 mm時，沖擊線的寬度分別為8.0，12.0，14.0，18.5 mm，也說明折彎半徑?jīng)Q定了沖擊線的寬度，變形量決定了沖擊線的深度。
圖 6 不同折彎半徑及變形量下180BD+Z板表面沖擊線輪廓測試結(jié)果
180BD+Z鍍鋅板在不同條件下獲得的沖擊線輪廓形貌存在較大區(qū)別。折彎半徑為2 mm時，沖擊線底部相對尖銳；折彎半徑分別為4，6 mm時，沖擊線底部較為圓滑；折彎半徑為8 mm時，沖擊線底部較為尖銳，且分叉為兩個尖點(diǎn)。與DC06鋼板類似，180BD+Z鍍鋅板沖擊線輪廓形貌產(chǎn)生差異的主要原因是折彎半徑不同引起沖擊線寬度不同，從而導(dǎo)致沖擊線在壓平后表現(xiàn)為不同的微觀輪廓。
不同折彎半徑及變形量下180BD+Z板表面沖擊線深度、表面粗糙度、粗糙度輪廓系數(shù)及波紋度變化如圖7所示。由圖7可知：當(dāng)折彎半徑為2 mm 時，變形量從2%增大到8%，沖擊線深度從69.93 µm減小至19.35 µm，減幅約為72.3%，表面粗糙度從2.168 µm減小至1.624 µm，減幅約為25.1%，波紋度從2.403 µm減小至1.712 µm，減幅約為28.8%，粗糙度輪廓系數(shù)從56.8 cm−1 增大至69.2 cm−1，增幅約為21.8%；當(dāng)折彎半徑為4 mm 時，變形量從2%增大到8%，沖擊線深度從43.17 µm減小至14.98 µm，減幅約為65.3%，表面粗糙度從1.493 µm減小至1.305 µm，減幅約為12.6%，波紋度從2.113 µm減小至1.337 µm，減幅約為36.8%，粗糙度輪廓系數(shù)從62.3 cm−1 增大至79.4 cm−1，增幅約為4%；當(dāng)折彎半徑為6 mm時，變形量從2%增大到8%，沖擊線深度從37.89 µm減小至2.69 µm，減幅約為92.9%，表面粗糙度從1.445 µm減小至1.116 µm，減幅約為22.8%，波紋度從1.802 µm減小至0.577 µm，減幅約為67.9%，粗糙度輪廓系數(shù)從63.2 cm−1增大至96.1 cm−1，增幅約為52.0%；折彎半徑為8 mm時，變形量從2%增大到8%，沖擊線深度從37.1 µm減小至2.39 µm，減幅約為92.9%，表面粗糙度從1.309 µm減小至1.139 µm，減幅約為12.9%，但不同變形量條件下波動較小，均為1.1~1.3 µm，接近原始粗糙度1.181 µm，波紋度從1.463 µm減小至0.613 µm，減幅約為58.1%，粗糙度輪廓系數(shù)從88.6 cm−1增大至98.2 cm−1，增幅約為10.8%。
圖 7 不同折彎半徑及變形量下180BD+Z板表面沖擊線深度、表面粗糙度、粗糙度輪廓系數(shù)及波紋度變化
180BD+Z鍍鋅板與DC06鋼板材料的表面輪廓變化趨勢一致，折彎半徑越小，沖擊線深度越深，隨著變形量增大，沖擊線深度逐漸減??；折彎半徑越小，表面粗糙度、粗糙度輪廓系數(shù)和波紋度變化越大，隨著變形量增大，表面粗糙度、波紋度逐漸減小，粗糙度輪廓系數(shù)逐漸增大。換言之，折彎半徑越大，變形量越大，沖擊線表面輪廓越接近原始材料表面輪廓狀態(tài)。
不同折彎半徑和變形量下，180BD+Z鍍鋅板與DC06鋼板表面沖擊線參數(shù)變化率如圖8所示。由圖8可知：在折彎半徑為4 mm條件下，180BD+Z鍍鋅板與DC06鋼板沖擊線深度變化率差值為13.2%，在折彎半徑為2，6，8 mm條件下，兩種材料沖擊線深度變化率差值均小于2%；表面粗糙度、粗糙度輪廓系數(shù)、波紋度的變化率沒有明顯統(tǒng)一的規(guī)律，說明表面粗糙度、粗糙度輪廓系數(shù)、波紋度的變化與材料種類有關(guān)。另外，隨著折彎半徑及變形量的增大，180BD+Z鍍鋅板與DC06鋼板的粗糙度與原板粗糙度相差較小，基本可認(rèn)為恢復(fù)至原始狀態(tài)粗糙度。
圖 8 不同折彎半徑和變形量下180BD+Z鍍鋅板與DC06鋼板表面沖擊線參數(shù)變化率
2.3 涂裝外觀質(zhì)量分析
采用電泳+高光膠方法模擬涂漆之后涂裝外觀的長波數(shù)量變化。由于DC06鋼板和180BD+Z鍍鋅板表面沖擊線的深度明顯大于其粗糙度、波紋度，因此沖擊線深度是影響涂裝外觀的最主要因素。同時，考慮到隨著變形量及折彎半徑的增大，兩種材料表面沖擊線的深度、粗糙度、波紋度及粗糙度輪廓系數(shù)的變化趨勢一致，因此將兩種材料長波數(shù)量變化數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。
涂裝外觀長波數(shù)量變化如圖9所示。由圖9可知：對不含沖擊線的材料表面進(jìn)行全涂層噴漆，在最大變形量為8%條件下，長波的數(shù)量小于20；對不含沖擊線的材料表面采用電泳+高光膠帶處理，在最大變形量為8%條件下，長波的數(shù)量小于50，且不同變形量下的長波變化趨勢與全涂層噴漆長波變化趨勢一致，因此可以判定當(dāng)電泳＋高光膠帶表面的長波數(shù)量小于50時，即可認(rèn)定全涂層噴漆表面的長波數(shù)量小于20。
圖 9 涂裝外觀長波數(shù)量變化
基于此，對不同折彎半徑和變形量的含沖擊線材料表面進(jìn)行電泳處理后，黏貼高光膠帶，進(jìn)行長波數(shù)量分析。通過對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)折彎半徑小于6 mm時，隨著變形量增大，長波的數(shù)量呈減少趨勢，但也明顯大于50，因此可以判定當(dāng)折彎半徑小于6 mm時，油漆涂層對沖擊線的遮蓋效果差，難以達(dá)到正常材料表面的外觀質(zhì)量；當(dāng)折彎半徑不小于6 mm 時，隨著變形量增大，長波的數(shù)量同樣呈現(xiàn)減少趨勢，當(dāng)變形量小于6%時，長波的數(shù)量明顯大于50，當(dāng)變形量大于6%時，長波的數(shù)量能夠達(dá)到50附近甚至以下。說明當(dāng)折彎半徑大于6 mm，變形量大于6%時，通過涂裝可以遮蓋住沖擊線缺陷。
3. 結(jié)論
（1）采用V彎→壓平→變形的方法模擬出不同程度的沖擊線缺陷，通過對板材表面沖擊線深度、粗糙度、粗糙度輪廓系數(shù)、波紋度的變化進(jìn)行分析可知，在折彎半徑小于6 mm的條件下，沖擊線深度、表面粗糙度、粗糙度輪廓系數(shù)、波紋度均相對較大；在折彎半徑大于6 mm，變形量大于6%的條件下，沖擊線深度小于3 µm，表面粗糙度、粗糙度輪廓系數(shù)、波紋度接近原板數(shù)值。
（2）沖擊線對涂裝外觀質(zhì)量存在明顯負(fù)面影響，在沖擊線缺陷難以消除時，可以采用增大折彎半徑和增大局部變形量的方式，減小沖擊線對外觀質(zhì)量的影響。
文章來源——材料與測試網(wǎng)
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