汽車外觀質量直接影響汽車品牌的影響力，各大車企對汽車外觀質量的把控十分嚴格，一般來說需要控制3個指標：漆面的長波數量、短波數量及鮮映性。汽車外觀質量主要受油漆、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尤為突出。高偉峰等[2]研究了2C1B工藝條件下的涂裝質量，發現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量與采用3C2B涂裝工藝得到的汽車外觀質量相當，實現了降本、節能、減排的目標。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量的影響，對噴涂工藝及涂料質量進行改進，可以達到改善涂裝外觀質量的目的。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，才能獲得良好的涂裝外觀質量。 

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滑移線、沖擊線等缺陷，其中沖擊線是直接留在可視區域的，一般需要用調整模具的方法進行解決。但是目前大多數研究集中在如何避免沖擊線的產生，少有沖擊線對涂裝外觀質量影響程度的研究。筆者依據沖擊線的產生原理，提出了一種模擬沖擊線產生的方法，進而研究不同程度沖擊線對涂裝外觀質量的影響。 

1.   試驗材料及方法

1.1   試驗材料

試驗材料為工業化生產的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），每平方米的鍍層質量均為100 g。電泳在某汽車廠隨線完成，電泳液固體質量分數為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，其規格為50 m×30 mm×0.053 mm（長度×寬度×厚度）。采用沖樣-V彎一體機制備不同折彎半徑試樣，折彎半徑分別為2，4，6，8 mm。制備過程為先進行V彎，再使用沖樣-V彎一體機將試樣壓平。制備變形量分別為2%，4%，6%，8%的試樣。 

1.2   試驗方法

依據GB/T 2523—2008《冷軋金屬薄板(帶)表面粗糙度和峰值數測量方法》，采用粗糙度測試儀測試試樣的粗糙度和粗糙度輪廓系數，測量步長為2.5 mm；依據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，從而進行沖擊線深度測量。使用橘皮儀檢測涂裝外觀的質量，測量長度為10 cm。 

2.   試驗結果

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生硬化，形成沖擊線，伴隨著成形過程的繼續進行，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域產生材料流動痕跡。如工藝補充設置不當，沖擊線和材料流動痕跡就會流入零件表面，形成缺陷，沖擊線產生過程如圖1所示。因此，將凹模圓角區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  1  沖擊線產生過程示意

圖  2  模擬沖擊線產生的方法示意

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，說明折彎半徑決定了沖擊線的寬度，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果

不同條件下獲得的沖擊線輪廓形貌存在較大區別。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；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。沖擊線輪廓形貌產生差異的原因是折彎半徑不同引起沖擊線寬度不同，從而導致沖擊線在壓平后表現為不同的微觀輪廓。 

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、粗糙度輪廓系數及波紋度變化如圖5所示。由圖5可知：當折彎半徑為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，沖擊線深度逐漸減小；折彎半徑越小，表面粗糙度、粗糙度輪廓系數和波紋度變化越大，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。 

不同折彎半徑及變形量下180BD+Z板表面沖擊線輪廓測試結果如圖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，也說明折彎半徑決定了沖擊線的寬度，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。與DC06鋼板類似，180BD+Z鍍鋅板沖擊線輪廓形貌產生差異的主要原因是折彎半徑不同引起沖擊線寬度不同，從而導致沖擊線在壓平后表現為不同的微觀輪廓。 

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、粗糙度輪廓系數及波紋度變化如圖7所示。由圖7可知：當折彎半徑為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%，粗糙度輪廓系數從56.8 cm−1 增大至69.2 cm−1，增幅約為21.8%；當折彎半徑為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%，粗糙度輪廓系數從62.3 cm−1 增大至79.4 cm−1，增幅約為4%；當折彎半徑為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，沖擊線深度逐漸減小；折彎半徑越小，表面粗糙度、粗糙度輪廓系數和波紋度變化越大，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。 

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、波紋度的變化率沒有明顯統一的規律，說明表面粗糙度、粗糙度輪廓系數、波紋度的變化與材料種類有關。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，基本可認為恢復至原始狀態粗糙度。 

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變化率

2.3   涂裝外觀質量分析

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的變化趨勢一致，因此將兩種材料長波數量變化數據進行匯總。 

涂裝外觀長波數量變化如圖9所示。由圖9可知：對不含沖擊線的材料表面進行全涂層噴漆，在最大變形量為8%條件下，長波的數量小于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，因此可以判定當電泳＋高光膠帶表面的長波數量小于50時，即可認定全涂層噴漆表面的長波數量小于20。 

圖  9  涂裝外觀長波數量變化

基于此，對不同折彎半徑和變形量的含沖擊線材料表面進行電泳處理后，黏貼高光膠帶，進行長波數量分析。通過對比發現，當折彎半徑小于6 mm時，隨著變形量增大，長波的數量呈減少趨勢，但也明顯大于50，因此可以判定當折彎半徑小于6 mm時，油漆涂層對沖擊線的遮蓋效果差，難以達到正常材料表面的外觀質量；當折彎半徑不小于6 mm 時，隨著變形量增大，長波的數量同樣呈現減少趨勢，當變形量小于6%時，長波的數量明顯大于50，當變形量大于6%時，長波的數量能夠達到50附近甚至以下。說明當折彎半徑大于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、波紋度的變化進行分析可知，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、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、波紋度接近原板數值。 

（2）沖擊線對涂裝外觀質量存在明顯負面影響，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量的影響。

文章來源——材料與測試網