段競(jìng)芳，宋舜，余本雄，姜海

（一汽-大眾汽車有限公司佛山質(zhì)保部，廣東佛山528000）

車輛識(shí)別代號(hào)刻劃質(zhì)量控制

段競(jìng)芳，宋舜，余本雄，姜海

（一汽-大眾汽車有限公司佛山質(zhì)保部，廣東佛山528000）

研究了車輛識(shí)別代號(hào)的字體深度與刻劃氣壓、刻劃頭接觸面積等影響因素的數(shù)學(xué)關(guān)系，并將刻劃實(shí)際字深數(shù)據(jù)采用該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合，獲得特定條件下的字深與氣壓之間的計(jì)算公式；同時(shí)針對(duì)刻劃工藝中常見的質(zhì)量缺陷提出了相應(yīng)的優(yōu)化建議。

VIN號(hào)；字深數(shù)學(xué)模型；質(zhì)量控制

1975年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了車輛識(shí)別代號(hào)（VIN號(hào)）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)VIN號(hào)的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)、標(biāo)識(shí)位置等進(jìn)行了規(guī)范。參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)于1997年制定中國(guó)第一版車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)準(zhǔn)GB16735，對(duì)VIN標(biāo)識(shí)的應(yīng)用作了詳細(xì)的規(guī)定和指導(dǎo)［1-3］。根據(jù)國(guó)標(biāo)要求，整車廠通過粘貼VIN標(biāo)識(shí)以及在車架上刻劃VIN號(hào)的方式對(duì)車輛進(jìn)行規(guī)范性標(biāo)識(shí)。VIN標(biāo)識(shí)通常被貼在前后蓋、車門及儀表側(cè)面上，該工藝操作簡(jiǎn)單并且后續(xù)幾乎不會(huì)產(chǎn)生任何質(zhì)量缺陷，但由于標(biāo)簽容易撕掉，標(biāo)記功能的可靠性不如VIN號(hào)刻劃工藝。VIN刻劃工藝是實(shí)現(xiàn)整車標(biāo)識(shí)唯一性的可靠方法。國(guó)標(biāo)要求VIN號(hào)的字體深度大于200 μm，本文中建立了VIN號(hào)的字深數(shù)學(xué)模型，研究了特定刻劃系統(tǒng)下車輛識(shí)別代號(hào)的字體深度與刻劃氣壓、刻劃頭接觸面積之間的數(shù)學(xué)關(guān)系并使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得特定條件下的字深與氣壓之間的計(jì)算公式。同時(shí)針對(duì)刻劃工藝中常見的質(zhì)量缺陷提出了相應(yīng)的優(yōu)化建議。

1　底盤號(hào)字深數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)

1.1刻劃工藝介紹

刻劃針通常為硬度較高的合金或金剛石，安裝在刻劃頭上，刻劃頭內(nèi)部通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z方向的移動(dòng)，圖1為刻劃工藝的幾何模型。

VIN號(hào)刻劃時(shí)，刻劃頭被夾具固定在車身上，為了使刻劃頭穩(wěn)定，通常會(huì)在車身上預(yù)留多處定位孔。啟動(dòng)刻劃指令后，刻劃針由氣缸推動(dòng)，作用在車身鈑金上，可以通過調(diào)節(jié)氣缸壓力獲得相應(yīng)的字體深度，驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)給出的指令推動(dòng)刻劃針在工件表面上水平或垂直（X、Y向）移動(dòng)，最終刻出相應(yīng)的字符。本文中研究的刻劃頭為錐形頭。

圖1　刻劃工藝幾何模型

1.2刻劃字深的影響因素

刻劃字深h與刻針材質(zhì)的硬度H1、車身基材材質(zhì)的硬度H2、接觸面積Ac［4，7-8］、刻劃壓力P［4，9］、車身漆膜厚度D等因素緊密相關(guān)。

譚孟曦［4］、劉美林［9］發(fā)現(xiàn)一般金屬材料的硬度并不是一個(gè)常量。當(dāng)壓入深度較小時(shí)，材料的硬度較大；隨著壓入深度的增加，硬度趨近一恒定值。當(dāng)壓入深度達(dá)到200nm以上，金屬材料的硬度基本為恒定值。漆膜厚度穩(wěn)定在60μm，每次刻劃時(shí)使用同樣硬度的刻劃針。本文中主要研究字深為200～300μm，刻劃實(shí)際工況下的字深數(shù)學(xué)模型，在此字深范圍內(nèi)可以假定材料硬度為恒定值，漆膜厚度對(duì)字深的影響為恒定值。此時(shí)字深h的影響因素為接觸面積Ac和刻劃壓力P。

式中：h的單位為nm，k1為常數(shù)，Ac的單位為nm，P的單位為Pa。

1.3錐形針頭字深的數(shù)學(xué)模型

Olive.W C［5-6］提出了有效接觸面積的計(jì)算公式：

譚孟曦［4］根據(jù)

對(duì)錐形頭的硬度與位移關(guān)系進(jìn)行了模擬計(jì)算及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度符合。參照式（3）建立字深h、有效接觸面積Ac及刻劃氣壓P的冪指數(shù)關(guān)系：

式中：a，b為冪指數(shù)。將式（3）代入式（4），可得

式中：k為修正系數(shù)nm·Pa-c，k=k11/（1-2a）24.56a/（1-2a）；c為修正指數(shù)，c=b/（1-2a）。

2　實(shí)驗(yàn)方法

參考讀數(shù)顯微鏡測(cè)試試樣斷面裂紋長(zhǎng)度的方法［10］，使用體式顯微鏡對(duì)刻劃字深進(jìn)行測(cè)量。首先挑選一組沖壓成型的翼子板，這樣可以保證測(cè)試樣板的材質(zhì)與實(shí)車鈑金處一樣，接著對(duì)樣件進(jìn)行電泳、噴涂等油漆工藝，最終制成刻劃樣板。采用不同的氣壓對(duì)樣板進(jìn)行VIN號(hào)刻劃，然后通過切割法制作樣件并置于體式顯微鏡下測(cè)量出相應(yīng)的字深。

2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

采用4.8 bar壓力刻劃的樣板字深截面（圖2），測(cè)量的尺寸精度達(dá)到0.1 μm。圖2中白色部分為金屬基材，基材刻劃深度為104.04 μm；上面2層為油漆層及過渡層，刻劃深度為65.83 μm，該氣壓下的字深為169.87 μm。

圖2　樣件字深顯微讀數(shù)

圖3為不同氣壓下的字深曲線。采用冪函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，當(dāng)修正系數(shù)k為9.202 5，冪指數(shù)為c為1.824時(shí)，擬合度較高，擬合相關(guān)系數(shù)R為0.999 4。式（5）經(jīng)整理可得：

圖3　氣壓-字深擬合曲線

采用式（6）可以計(jì)算目標(biāo)字深下的氣壓值。如滿足國(guó)標(biāo)要求的字深，氣壓P設(shè)置至少為5.4×105Pa。

2.2刻劃氣壓值選擇

在刻劃VIN號(hào)的過程中，當(dāng)刻劃氣壓偏低時(shí)，將刻劃頭壓在車身鈑金上的力過小，刻劃頭容易受環(huán)境震動(dòng)的影響而抖動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致字體變形。以本文中選用的刻劃系統(tǒng)為例，當(dāng)刻劃氣壓低于4.4 bar時(shí)刻劃字體將發(fā)生變形，如圖4所示。

當(dāng)刻劃氣壓偏高時(shí)，將刻劃頭壓在車身鈑金上的力過大，字體容易發(fā)生凹陷。以本文中選用的刻劃系統(tǒng)為例，當(dāng)刻劃氣壓高于6.2 bar時(shí)VIN號(hào)刻劃部位將發(fā)生字體凹陷，如圖5所示。

圖4　字體變形

圖5　字體凹陷

3　VIN號(hào)刻劃質(zhì)量控制

在VIN號(hào)刻劃過程中，除了優(yōu)化氣壓設(shè)置外，還需要針對(duì)各種特殊的質(zhì)量缺陷采取相應(yīng)的措施，才能確?？虅澷|(zhì)量。

第1類是刻劃過程中常常會(huì)發(fā)生的漆面毛邊、炸漆問題［11］。該類缺陷產(chǎn)生的原因是多方面：其一是油漆工藝，當(dāng)鋼板表面被蠟，油脂等物質(zhì)污染，或鋼板表面生銹時(shí)，漆面與基材結(jié)合力將會(huì)下降，這類缺陷需要通過原材料的輸入以及前處理的質(zhì)量；其二是漆膜過厚，當(dāng)漆膜厚度過大時(shí)，漆膜應(yīng)力增大，刻劃VIN號(hào)時(shí)容易造成周邊漆膜的損傷，控制合適的漆膜厚度就能降低炸漆問題的發(fā)生，特別是需要防止對(duì)漆面漆面進(jìn)行多次噴涂。

第2類是VIN號(hào)字體變形問題，具體表現(xiàn)是字體相比于相鄰的字體明顯變形。解決這類質(zhì)量缺陷，首先需要控制好鈑金原材料輸入的質(zhì)量，保證材料型面平整、硬度均勻；此外需要確保生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止車身抖動(dòng)及刻劃頭機(jī)械部件卡滯導(dǎo)致的字體變形。

第3類是字體生銹，是一種偶發(fā)的質(zhì)量缺陷，在一定程度上影響客戶對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)可度。字體生銹的機(jī)理與金屬生銹的機(jī)理完全相同，原因是在字體附近發(fā)生了導(dǎo)致金屬生銹的原電池反應(yīng)。當(dāng)金屬與水份、空氣接觸時(shí)，將會(huì)在金屬表面吸附了一層非常薄的水膜。該膜中溶解的氧氣在水中形成氫離子與氫氧根離子，形成電解質(zhì)溶液。鋼板中的鐵和其中的碳元素、電解質(zhì)溶液形成數(shù)量眾多的微型原電池，在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，字體生銹。

為了避免字體生銹，在刻劃全過程中必須保證VIN號(hào)破漆處干凈、干燥。為此在刻劃結(jié)束后需要將刻劃下來的殘漆和金屬殘削清理干凈，防止這些物質(zhì)加重生銹過程。

此外，針對(duì)自身的油漆工藝特點(diǎn)，需要選擇合適的刻劃頭，確保工藝質(zhì)量得到系統(tǒng)性提升。

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Quality Control of VIN Number Marking

Duan Jingfang，Song Shun，Yu Benxiong，Jiang Hai
（Foshan Quality Assurence Department，F(xiàn)AW-Volkswagen Automotive Co.Ltd.，F(xiàn)oshan 528000，China）

The mathematic relationship between the font depth of VIN number and the marking pressure，contact area，and other influencing factors was researched，and the experimental data were fitted by the mathematic model，the calculating formula under the special conditions between the font depth and marking pressure was obtained.Moreover，some optimized suggestions were made to solve some common qualityproblemsinVINnumbermarkingprocess.

VIN number；font depth mathematic model；quality control

U466

A

1008-5483（2016）03-0023-03

10.3969/j.issn.1008-5483.2016.03.006

2016-04-06

段競(jìng)芳（1986-），男，湖北荊州人，工程師，從事汽車制造、質(zhì)量控制研究。E-mail：jingfangduan2016@163.com