减少蒙皮类工件的喷漆“跑花”故障的验证研究
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作者:牛丽娜 梁巍
摘 要：针对化铣后蒙皮类工件漆膜表面出现“跑花”的故障缺陷，进行系统性试验，控制整个流程的要点，通过对漆料自身的内部原因和施工过程中的外部影响因素分析，找出问题的最终原因，并根据原因制定相应的措施，固化操作流程，减少返工率。
关键词：“跑花”故障 系统性试验 过程控制 固化操作流程
1 引言
蒙皮类工件在喷漆后，漆膜表面经常出现“跑花”缺陷，此类缺陷成批次性出现，缺陷数量和频率较高，导致返工率居高不下。重新返工的漆层不仅工序复杂，且返工后的漆层色差会影响外观质量，造成漆层超厚，存在掉漆风险。另外，大量的返工不仅造成浪费，影响直交件的包发以及装配件后续工序的生产。因此，为了减少“跑花”缺陷的产生，通过开展系统性的试验进行分析，制定相应的控制措施，从而减少该类工件的返工率，提高一次交检合格率，保证生产和发运周期。
2 缺陷描述
目前，蒙皮类工件的“跑花”缺陷分为两种表现形式，它们分别为片状“跑花”缺陷和点状“跑花”缺陷，具体如下。
2.1 片状跑花缺陷
在蒙皮表面，“跑花”缺陷在某一面积内基本上成片出现。片状跑花缺陷（图1）主要产生于化铣保护胶直接接触区域及其周围，经试验验证，未接触过化铣胶的区域不会出现跑花缺陷。图2为化铣保护胶附着与工件表面，去除该区域的化铣胶后，进行溶剂清洗，喷漆后仍然出现图1所示的片状跑花缺陷。
2.2 点状跑花缺陷
点状跑花缺陷一般单个出现，没有片状跑花缺陷明显，但是往往又很密集。主要分为露底的跑花缺陷（如图3所示），即在该缺陷处露出工件基体;以及不露底的跑花缺陷（如图4所示）。
2.3 “跑花”缺陷产生的机理
对于“跑花”缺陷的产生，最根本的形成机理是由于涂膜和粘附在涂膜上的外来污染物，其二者的表面张力不同所导致的。一方面是由于漆料本身存在的张力梯度;另一方面是漆料或被涂工件受到低张力物质的污染。下面分别对以上两个原因进行说明。
2.3.1 张力梯度
如图5示，当涂料喷涂到工件基体上，若含有溶剂的涂料表面张力为r1，基体表面张力为r2，此时r2>r1，不会出现跑花现象（即底材易湿润，极易形成膜层）。随着溶剂的挥发，涂料的表面张力发生变化，由r1慢慢提高到r3，当达到r2时，涂层表面就有出现“跑花”的可能性。但当涂料的表面张力达到r2时，漆料粘度已极大，在没有外界因素的干扰下，此时的表面张力不足以拉破已经成形的涂层，就可以避免“跑花”缺陷。
2.3.2 张力物质污染
在涂料成膜的过程中，若受到外来污染，使湿膜中存在表面张力低于涂膜的颗粒、液滴等表面活性污染物时，会在整个涂层表面形成张力梯度。此时，以污染物为中心的表面上，涂料向外流动形成凹坑。与此同时污染物拖拉表层以下的涂料（该部分涂料尚未干燥，具有一定的流动性），如果湿膜较厚，里层涂料会移动到表面补充凹坑，即形成不露底的“跑花”缺陷。如果湿膜较薄，里层涂料不会填补凹坑，即形成露底的“跑花”缺陷。具体形状如图6所示。
综上所述，避免“跑花”缺陷的发生，最主要的是要避免在涂膜表面形成时受到外来污染。也就是说，要保证整个过程中的清洁度，一是工件本身的清洁度要求，另一方面是整个流程中环境的清洁度要求。其次，再考虑在喷涂过程中是否存在操作手法和参数设置上的影响因素。
3 通过实际的生产试验，分析低张力物质产生的原因
3.1 喷漆流程梳理，寻找关键控制点
首先，通过实际的喷漆操作，梳理出整个喷漆流程并确认关键点。
由于蒙皮类工件的数量大，底面漆用量整套配制，即开即用，避免外来污染进入漆料中，故在该漆料配制过程中产生外来污染的几率较少，喷涂后基本上不会出现批次性的“跑花”缺陷。因此引起“跑花”的直接原因就主要集中在整个工件阳极化喷漆的加工过程，包括人员、材料、环境、喷漆方法等方面。
3.2 制定系统性的试验方案，并验证
根据施工场所，首先对比喷漆厂房的设备和环境;其次，根据采用底面漆厂家的建议调整枪口径，以及喷枪出漆量来改善“跑花”缺陷;同时从阳极化到喷漆进行全过程的跟产。
经过人员、设备、漆料三因素的正交对比试验，得出的结论仅能间接证明良好的环境是减少“跑花”的最基本因素。再者，验证由于操作过程中，喷枪参数的设置及喷漆的手法问题是否会导致造成“跑花”缺陷。
根据喷漆的喷枪口径（1.3mm/1.8mm），出漆量大小进行验证试验，结果显示调整喷枪口径，以及喷枪出漆量能够减少喷漆后“跑花”缺陷的数量，但不能完全消除“跑花”缺陷。同时，为了验证喷漆前表面清洁度对“跑花”缺陷的影响，批次性地跟产了阳极化过程，共9槽工件。分析是否是由于在阳极化到喷漆停留和周转的过程中造成工件污染。
从跟产情况看，工件均进行了充分的处理，满足表面清洁度的要求。最终的喷涂均未在涂层表面出现“跑花”缺陷。其结果表明，氧化到喷漆的停留和周转并非是造成“跑花”缺陷的原因，也就是說在满足时间间隔下，无论阳极化至喷漆的时间间隔长短，无论采用何种水质进行清洗，均不会产生外来的污染物。
3.3 试验结论
以上试验结论，再结合生产实际情况，确认产生“跑花”缺陷的要因是外界低张力物质污染所导致，通过对工件从阳极化到喷漆全过程的跟踪，排除了阳极化及喷漆的过程中人为操作不当的因素，确认了主要产生外来污染物的可能环节为：
（1）在氧化过程之前产生的污染物并未在阳极化过程中清洗干净。
①喷漆前，未发现工件表面的化铣保护胶（硅胶）残留（化铣保护胶无法由阳极化过程清理去除），从而导致喷漆后“片状跑花”缺陷。但该情况发生的几率很少，随着化铣喷胶质量的提升，工件周转速度的加快，胶层的失效现象几乎可以避免，故在工件进行阳极化前，表面的胶层几乎完全去除。
②工件在进入阳极化工序之前，需要对蒙皮表面划伤进行修复。目前修复方法使用润滑油（通常为硅基）修复后进行打磨，打磨过程中润滑油污染整个工件表面。由于在修复过程中将润滑油嵌入工件基体，很难用清洗的方式去除，因此最终导致涂层表面“点状跑花”缺陷。
（2）喷漆厂房的环境不佳，导致涂层表面被污染。
喷漆前后，工件表面被污染，清洁度不佳;低张力物质由喷漆厂房和喷漆室空气中的尘埃或其他种类的漆雾组成，但该因素不会造成大面积的“点状跑花”缺陷，一般产生的“跑花”缺陷数量较少。
4 针对原因，制定措施，减少缺陷
针对以上制定的实施措施进行了效果跟踪（共3批）。从阳极化至喷漆的全流程中，以上措施的执行情况良好，最终的喷涂结果均未在涂层表面发现“跑花”缺陷， 具体实施效果见图7，改善前工件表面贴胶带处为“跑花”缺陷，改善后工件表面消除“跑花”缺陷。
5 结语
针对蒙皮类工件的“跑花”缺陷，经过一系列的系统试验，以及现场管理方面的梳理，从技术上改善，从管理上尽可能消除有害的影响因素，最终使得缺陷返修率下降了45%。有效减少了由于“跑花”缺陷引起的自检返修，减轻了喷漆操作人员的劳动强度，节省了漆料等材料成本。最重要的是，通过试验和流程的固化，保证了涂层的质量。
参考文献
[1] 程美玲.涂装使用技术手册[M].北京：电子工业出版社，2008.
[2] 张学殿.涂装工艺学[M].北京化工工业出版社，2002.
[3] 郑天亮.现代涂料与涂装工程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
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