CN109425698A - 一种钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，采用一套可与压机配套使用的冲杯模具，利用这一装备可模拟车厂冲压工艺，对应不同车身零件，将钢板制备成均匀或非均匀的不同变形量的杯突试样，然后对其表面波纹度进行测量，再通过波纹度与全涂装后长波值Lw的对应关系，预判钢板成形全涂装后的外观质量。该方法对钢厂优化钢板制作工艺和检验产品出厂质量极具指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及钢板涂装检测技术，更具体地是指一种钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法。
背景技术
汽车车身全涂装后表面的长/短波值(Lw/Sw)是出厂检验的一项重要指标，它们反映了车身的涂装外观质量，当Lw超标时，会出现所谓的“橘皮”或“水波纹”现象。涂装外观质量除了受涂装工艺本身的影响以外，还受钢板(更确切地说是冲压变形后的外板零件)表面轮廓的影响。根据表面轮廓传递理论，钢板表面的波纹度Wa参数与涂装后的Lw密切相关。传统上，为保证冲压和涂装质量，车厂只要求钢板供应商提供钢板原板的表面轮廓参数，如粗糙度Ra、Pc或波纹度Wca或Wsa等(Wca、Wsa等代表不同频率范围的波纹度，不同厂家往往采用不同的波纹度)，并满足一定的技术指标。
随着汽车产业的迅猛发展，节能减排日益迫切，在此背景下，2010年左右一种新型节能环保免中涂工艺(简称2C1B)应运而生。由于2C1B工艺取消了中涂并减少烘烤道次，油漆遮盖能力降低，导致车身外观出现“橘皮”现象，即长波Lw值标超标。为此车厂对汽车外板表面质量提出了新的、更高的要求。例如，德国大众计划提出针对钢板表面质量的新技术指标PV1054。该标准要求在保证钢板粗糙度的同时，要求钢板经ε＝5％杯凸涨形后其表面波纹度Wa0.8<0.5。
各种车身外覆盖件是由钢板经过冲压变形而成，不同零件的变形量不同，而钢板表面形貌在变形后会发生变化，且变化与变形量密切相关。所以变形后的钢板表面轮廓如何，将与其涂装后的外观质量直接关联。此外，实际零件的变形往往是非均匀变形，即主、次变形不同。PV1054标准中仅描述了制备钢板均匀胀形模具的原理及制样和检测Wa0.8的方法，并且由于缺乏与实际工况的关联性，无法确知钢板全涂装后的实绩。
为了获知钢板全涂装后的Lw/Sw值，目前各家钢厂和车厂采用的方法均是在车厂整车通过冲压、焊装、白车身涂装的全流程后再进行检验的，不仅费时、费力(人力和财力)，而且干扰因素多(模具状态、涂装工艺的稳定性等等)，并且对于弯曲部件仍然无法进行测量。无论是对车厂还是对钢厂而言，目前都迫切需求一种快速、有效的能预测钢板制成车身零件后其涂装外观的评判方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述缺陷，提出一种钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，极大地缩短和减少钢板涂装质量评价周期和成本，对钢厂进行汽车板等产品轮廓优化和指导用户选材具有重要意义。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，包括以下步骤：
A.采用包括上压环、下压环和拉伸顶头，且上、下压环之间具有阻隔环的冲杯模具进行杯突制样，以获得具有相应深度的平底圆盘状的杯突试样；
B.采用波纹度仪对杯突试样的杯底上表面进行波纹度测量；
C.根据测量获得的表面波纹度值来预判涂装外观质量。
所述的步骤A具体包括以下步骤：
A1.选取表面无划伤、无翘曲的待测钢板，根据所需主、次变形量的大小，剪切成长宽比为l1：l2＝1：x，x＝1…0.7的矩形样板；
A2.通过压机及冲杯模具制备杯突试样。
在步骤A2中：制备变形量在20％以内的主、次变形量相等的均匀或主、次变形量不同的非均匀变形的杯突试样。
所述的步骤A还包括步骤A4.根据后续分析、测量需要，用冲床将杯突试样的杯底冲压下来。
所述的步骤B具体包括以下步骤：
B1.在测量之前，对待测杯突试样表面进行清洁或脱脂处理；
B2.在待测杯突试样的杯底上表面的中心位置附近，沿着平行于轧制的方向或主应变方向，用波纹度仪进行至少三次波纹度测量，每次测量位置的间隔距离约为10～15mm；
B3.将测量值的平均值作为该杯突试样最终的表面波纹度值。
在步骤B2中：所述的波纹度测量采用Wa0.8、Wca、Wsa1-5中的一种或多种，每种测量至少三次。
在步骤C中：根据最终的表面波纹度值及表面波纹度与全涂装后长波的对应关系表，以预判钢板是否满足车厂的涂装外观质量要求，所述的对应关系表为：
。
在本发明的上述技术方案中，本发明的钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，具有以下几个优点：
(1)设计了一种用以模拟车厂冲压流水线而特制的实验室成形的冲杯模具，但又不同于车厂冲压模具是一次成型，其是可控T级增压来观察某一时刻冲压钢板变形量，以便观察不同时段钢板变形情况，及钢板表面波纹度值。该模具采用阻隔环设计，在拉伸过程中可以确保拉延区面积不受拉伸而影响，因此可以保证杯底各区域的变形情况均匀一致，且对初始样板的剪切形状没有太高要求。
(2)非均匀变形钢板制备：实际车身外板零件经冲压后往往发生沿主轴和次轴方向变形量不同的变化，即非均匀变形。若要更好地预测钢板成形涂装后的外观质量，需要制备模拟真实零件的非均匀变形钢板。而本发明采用同一个冲杯模具，仅通过变化矩形钢板的长宽比例1：x(x＝1…0.7)(主变形方向长度固定为220mm)，即可实现不同主、次变形量样板的制备。
(3)由变形钢板波纹度预测钢板全涂装外观质量：测得变形钢板表面波纹度后，即可根据表1所列的各种波纹度与车身在2C1B涂装体系中全涂装后长波Lw值的对应关系，从而预判钢板被制成不同车身零件后其涂装外观质量是否能满足各车厂的质量要求。
附图说明
图1是本发明的冲杯模具的剖视图；
图2是本发明的剪切的矩形样板的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
由于各种车身外覆盖件是由钢板经过不同冲压变形而成，钢板表面轮廓在变形后会发生变化，车身表面轮廓与其涂装后的表面长/短波密切相关，由此可根据变形钢板的表面轮廓参数在出厂前推测钢板的涂装外观质量。
本发明的钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，主要包括以下步骤：
A.采用如图1所示的包括上压环1、下压环2和拉伸顶头3，且上、下压环之间具有阻隔环4的冲杯模具进行杯突制样，以获得具有相应深度的平底圆盘状的杯突试样5，该冲杯模具的外形尺寸为配合现有MTS压机设计，且在设计中既考虑到压机固有尺寸的限制又要保证制样检测的需求，因此，在保证拉伸顶头3底面直径至少为100mm的前提下，设计顶头边缘为倒角形状，同时上、下压环之间设计有阻隔环结构，从而做到被冲压样板在规定面积内的均匀有效拉伸，最终经冲压可制得各种深度(即不同变形量)的平底圆盘状试样，且杯底平面区域的直径至少为100mm；
B.采用波纹度仪对杯突试样的杯底上表面进行波纹度测量；
C.根据测量获得的表面波纹度值来预判涂装外观质量。
所述的步骤A具体包括以下步骤：
A1.选取表面无划伤、无翘曲的待测钢板，根据所需主、次变形量的大小，剪切成长宽比为l1：l2＝1：x，x＝1…0.7的矩形样板，且l1＝220mm，见图2；
A2.通过压机及冲杯模具制备杯突试样。
在步骤A2中：制备变形量ε(εx，εy)在20％以内的主、次变形量相等的均匀(εx＝εy)或主、次变形量不同(εx≠εy)的非均匀变形的杯突试样。
所述的步骤A还包括步骤A4.根据后续分析、测量需要，可直接测量，或者用冲床将杯突试样的杯底冲压下来，再进行测量。
所述的步骤B具体包括以下步骤：
B1.在测量之前，对待测杯突试样表面(主要是杯底)进行清洁或脱脂处理；
B2.在待测杯突试样的杯底上表面的中心位置附近，沿着平行于轧制的方向或主应变方向，用波纹度仪进行至少三次波纹度测量，每次测量位置的间隔距离约为10～15mm；在此需要说明的是，所述的波纹度测量根据需要可采用Wa0.8、Wca、Wsa1-5中的一种或多种，以满足不同厂家的不同波纹度的指标，且每种波纹度测量至少三次。当然，每种钢板可制作三个以上的平行冲杯试样，每个冲杯试样进行至少三次波纹度测量。
B3.将测量值的平均值作为该杯突试样最终的表面波纹度值。
在步骤C中：根据最终的表面波纹度值及表面波纹度与全涂装后长波的对应关系表，以预判钢板是否满足车厂的涂装外观质量要求。根据对采用某2C1B涂装工艺车厂的涂装跟踪调研，我们获得车身外板水平零件表面波纹度Wa(Wa0.8、Wca、Wsa1-5)与其全涂装后长波Lw的对应关系，如表1所示：
表1
| Wa<sub>0.8</sub>(μm) | ＜0.25 | 0.25-0.35 | 0.35-0.5 | 0.5-0.6 | ＞0.6 |
| Wca(μm) | ＜0.22 | 0.22-0.32 | 0.32-0.45 | 0.15-0.55 | ＞0.55 |
| Wsa<sub>1-5</sub>(μm) | ＜0.17 | 0.17-0.25 | 0.25-0.35 | 0.35-0.42 | ＞0.42 |
| Lw | ＜3 | 3-4 | 4-5 | 5-8 | ＞8 |
当测得变形钢板的表面波纹度平均值后，根据表1即可预知钢板制成汽车外板零件并经全涂装后的表面长波值Lw，再根据车厂的长/短波出厂检测标准，即可预测钢板是否满足车厂的涂装外观质量要求(橘皮程度)。
实施例1：制备大变形量(ε＝10％)的均匀变形钢板
钢板表面廓变化与变形量关系密切，特别是变形量超过5％以后，钢板表面波纹度变化显著，这将严重影响到全涂装后的Lw值，产生“橘皮”现象。由网格试验可知，汽车行李箱后盖平面部分变形较大区域的变形量可达10％左右。为了预判供大众行李箱外板的电镀锌钢板经冲压涂装后的外观质量，我们在实验室制备了变形量ε＝10％的均匀变形试样：
(1)选取表面无划伤、无翘曲的待测钢板，用记号笔标记出试样的轧制方向。(2)先剪切成大小至少为220×220mm2的样板。(3)设置压边力为300KN，冲压深度为26mm，制得沿轧制方向和垂直轧制方向主、次应变为εx＝εy＝10％的均匀变形的杯突试样。(4)用冲床将杯突试样的杯底冲压下来。(5)测得样片表面波纹度Wa0.8＝0.45(Wca＝0.40、Wsa1-5＝0.32)。根据表1中Wa0.8与涂装后Lw的对应关系，可以预判该外板作为行李箱后盖经全涂装后其Lw＜5，满足某德系汽车的出厂检验所要求的Lw≤5的标准。
实施例2：制备模拟翼子板的非均匀变形钢板试样
通常冲压变形后的汽车外板零件发生的是非均匀变形，比如翼子板的主、次变形为(5％，3％)左右。为了能准确预测钢板成形涂装后的Lw值，需要实验室杯突变形的试样尽可能与实际零件具有相同的变形量。为此，我们在实验室进行了非均匀杯突变形模拟实验，以便制备主次变形分别为(5％，3％)的钢板。根据某车型实际下料情况，主变形方向沿轧制方向。制样的具体方法如下：
(1)选取表面无划伤、无翘曲的待测钢板，用记号笔标记出试样的轧制方向。(2将钢板剪切成长为l1＝220mm，宽为l2＝198mm(l1：l2＝1：0.9)的矩形样板，轧制方向与长边方向平行(此边为发生主应变的方向)。(3)将样板对称置于压机模具上方，设置压边力为200KN，冲压深度为20mm，制得沿轧制方向和垂直轧制方向分别为5％和3％的非均匀变形的杯突试样。(4)测得杯底样片表面波纹度Wa0.8＝0.35(Wca＝0.32、Wsa1-5＝0.24)。根据表1，预测其涂装后的Lw值介于4和5之间，同样也能满足相应车厂的检验标准。
综上所述，如果采用常规方法检测钢板成形全涂装后的长波值，需要经过冲压、焊装、涂装等全流程后方可测量，而且仅局限于平坦部位。这样做不仅费时、成本高，而且无法在钢卷出厂前预知其使用效果，一旦供给车厂发生严重质量问题，对钢厂和车厂都将造成重大损失。而采用本发明则可以在实验室中快速、准确地对钢板成型后的涂装外观质量进行预判。所需设备简单，操作方便，可使钢铁供应商预知钢板在用户处的使用效果，避免重大涂装质量问题的出现，对钢厂和车厂都极具指导作用。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (7)
1.一种钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.采用包括上压环、下压环和拉伸顶头，且上、下压环之间具有阻隔环的冲杯模具进行杯突制样，以获得具有相应深度的平底圆盘状的杯突试样；
B.采用波纹度仪对杯突试样的杯底上表面进行波纹度测量；
C.根据测量获得的表面波纹度值来预判涂装外观质量。
2.如权利要求1所述的钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，其特征在于，所述的步骤A具体包括以下步骤：
A1.选取表面无划伤、无翘曲的待测钢板，根据所需主、次变形量的大小，剪切成长宽比为l1：l2＝1：x，x＝1…0.7的矩形样板；
A2.通过压机及冲杯模具制备杯突试样。
3.如权利要求2所述的钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，其特征在于，在步骤A2中：制备变形量在20％以内的主、次变形量相等的均匀或主、次变形量不同的非均匀变形的杯突试样。
4.如权利要求2所述的钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，其特征在于，所述的步骤A还包括步骤A4.根据后续分析、测量需要，用冲床将杯突试样的杯底冲压下来。
5.如权利要求1所述的钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括以下步骤：
B1.在测量之前，对待测杯突试样表面进行清洁或脱脂处理；
B2.在待测杯突试样的杯底上表面的中心位置附近，沿着平行于轧制的方向或主应变方向，用波纹度仪进行至少三次波纹度测量，每次测量位置的间隔距离约为10～15mm；
B3.将测量值的平均值作为该杯突试样最终的表面波纹度值。
6.如权利要求5所述的钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，其特征在于，在步骤B2中：所述的波纹度测量采用Wa0.8、Wca、Wsa1-5中的一种或多种，每种测量至少三次。
7.如权利要求6所述的钢板成形后涂装外观质量的快速预判方法，其特征在于，在步骤C中：根据最终的表面波纹度值及表面波纹度与全涂装后长波的对应关系表，以预判钢板是否满足车厂的涂装外观质量要求，所述的对应关系表为：
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2017
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