FMEA工具在汽车涂装工艺中的应用_王楚悦.pdf

FMEA 工具在汽车涂装工艺中的应用王楚悦（诺博汽车系统有限公司，河北 保定 071000）摘要：通过汽车涂装的一个新颜色的开发实例，介绍了 FMEA 质量工具在汽车涂装工艺设计过程中的应用以及更新完善，指出该质量工具对汽车涂装质量保证的重要性。关键词：涂装工艺；FMEA；质量工具中图分类号：TQ639文献标志码：B文章编号：1007-9548（2023）02-0069-04Application of FMEA Tool in Automobile Painting ProcessWANG Chu-yue(Nobo Automotive System Co.,Ltd.,Baoding 071000,Hebei,China)Abstract:Through the development example of a new color of automobile coating,the application andimprovement of FMEA quality tools in the process of automobile coating process design were introduced,theimportance of this quality tool to ensure the quality of automobile coating was pointed out.Key words:painting process;FMEA;quality tools收稿日期：2022-02-23作者简介：王楚悦（1996），女，本科，助工，主要从事乘用车涂装工艺设计和管理工作。E-mail：。0引言随着汽车行业的快速发展，以及市场竞争的日趋激烈，汽车购买者在注重汽车的安全性、舒适性和价格等的同时，对汽车整车外观质量要求也越来越高，汽车外观装饰性已经成为快速提升汽车竞争力的手段之一。汽车主机厂涂装工程师联合涂料供应商、设备供应商等，也致力于提高整车外观艺术质感，努力打造超越涂层本身具备的保护作用和装饰作用，达到刺激消费者购买欲望的效果。传统提升外观装饰性的措施首先是开发不同的颜色，但是在实际乘用车市场中，主流颜色还是白色、黑色、银色和红色等，开发过多的颜色不仅带来生产上的困难也提高了制造成本；其次，进行套色处理，套色并非适用于所有的车型，满足个性化的需求；最后，致力于提升主流颜色的质感，即提高漆膜目视的通透感和深邃感以及阴影效果。例如，日本某汽车公司将白色和银色做成超音速白/银，通过铝粉的定向排列实现阴影感，将乘用车的棱线外观体现得淋漓尽致；通过应用黑色清漆和红色清漆来提升黑色漆膜和红色漆膜的通透感和深邃感。自主品牌也纷纷对红色、白色、黑色等销量大的颜色进行外观品质提升，因此在涂料配方、工艺方面较传统的涂料和工艺有新的改变。为了缩短调试周期，保证新颜色顺利上市，特在工艺设计过程中应用 FMEA 质量工具，以减少制造过程中的风险。本文以红色外观提升过程中 FMEA 应用案例进行描述。1FMEA 质量工具简介首次采用 FMEA 这种概念与方法的是在 20 世纪60 年代中期美国的航天工业，后来美国的海军和国防部相继推广应用这项技术，并制订了相关的标准。在1993 年 2 月，作为设计评审的一种工具，美国三大汽车公司联合编写了 FMEA 手册，并正式出版。此后在国内汽车行业中开始推广应用此质量工具。FMEA 是在产品设计阶段和过程设计阶段，对构成产品的子系统、零件，对构成过程的各个工序逐一进行分析，找出所有潜在的失效模式，并分析其可能的后果，从而预先采取必要的措施，以提高产品的质量和可靠性的一种系统化的活动。其主要作用是在设计前期Modern Finishing现代涂装第 26 卷 第 2 期2023年2月MPF现代涂料与涂装69成立多功能小组，花时间很好地完成 F M E A 分析，充分识别新设计、新过程在量产过程中可能会出现的问题，因此在设计阶段进行预防，这样可以降低后期更改带来的成本增加和质量降低。F M E A 质量工具实施步骤为：首先组织与产品或过程相关的人员（如产品设计、工艺设计、工装设计、设备、材料供应商、检验、品质等）组成多功能小组，小组成员针对具体的设计进行讨论，识别产品功能、产品要求，识别可能出现的问题即潜在失效模式，然后从4 M 1 E 即人、机、料、法、环等方面进行分析导致失效的起因或机理，对失效起因和机理采取预防和探测措施，以避免质量问题的发生。小组成员对上面内容进行讨论后，由设计人员进行 F M E A 文件整理，在工艺和产品设计时应用此文件，对其中的预防措施和探测措施进行实施，以达到满足质量要求的目的。最后依据使用过程中出现的问题继续完善 F M E A 文件。如此循环，F M E A 文件越来越完善充分。2魅力红新颜色/工艺开发 P F M E A 分析2.1魅力红新颜色开发背景及变化点为了提升红色的通透感和深邃感，不仅需要开发新的颜色，同时还需要将传统的面漆喷涂工艺进行改进。通过在传统的铝粉底色漆上增加一道红色素色漆的设计，这样光线透过第一层红色颜料在第二层铝粉的反射下重新渲染第一层的红色颜料。从表面看去，第一层和第二层的红色进行重叠，变成了深度的红色，因此漆膜呈现出通透和深邃感。其工艺对比如图 1所示。变化点 1，涂料发生变化：传统的红色 B A S E 为铝粉漆，而魅力红 B A S E 站需要两种漆，一种为铝粉漆，另外一种为高彩度素色漆，高彩度素色漆类似于红色清漆，需要与铝粉漆和清漆湿碰湿喷涂。变化点 2，喷涂工艺发生变化：传统面漆喷涂工艺B A S E 两站均为同一种铝粉漆，而魅力红第一站为铝粉漆，第二站喷涂高彩度素色漆。以应用魅力红漆作为专业课题，从 4 M 即材料、设备、工艺、人员 4 个方面，结合涂装线现场实际情况运用 F M E A 系统分析。2.2末端因素识别将因素进行归纳汇总，得出 1 0 项末端因素。材料 4 项：B A S E 1 和 B A S E 2 之间的互溶性、红色漆流挂极限、红色漆遮盖力、红漆与焊缝密封胶的相容性等。工艺 5 项：色差控制（分别为内外板色差、与保险杠之间的色差以及返工色差控制）、喷涂时相邻不同漆种的漆雾干扰性、三层湿膜同时烘烤性、红色漆与现场清洗溶剂的匹配性等。人员 1 项：红色漆的修补技能培训。2.3分析末端因素的 F M E A 确认对分析出来的 1 0 项末端因素，利用 F M E A 思想，将末端因素作为潜在的失效起因/机理，利用失效链来识别潜在失效模式以及对末端因素采取的预防和探测措施。以红色漆雾干扰性为例来进行说明，红色树脂漆与其他金属漆体系不同，但是都在面漆喷漆室里共线喷涂，在喷涂过程种，喷涂飞散的颜料/树脂可能会成为另一个颜色颗粒缺陷，这是失效起因和机理，那么导致的失效模式就是“红色树脂漆与其他金属漆之间漆雾不相溶，导致喷涂中出现异色颗粒”。那么如何进行预防控制呢？拟采取的措施就是在实验室提前开展试验，模拟现场喷涂过程和环境，对不同颜色的和不同金属漆与素色漆的漆雾进行干扰试验，确认红色素色漆与其他金属漆喷涂过程中漆雾不会造成另外一种漆的颗粒等弊病。按此逻辑方式，对其他 9 个末端因素进行潜在失效模式和对策识别。2.4将识别的因素进行 F M E A 文件设计将以上末端因素的 F M E A 确认过程，按照 F M E A文件的形式进行梳理，见表 1 所列。3魅力红颜色实现过程3.1F M E A 文件的实施通过多功能小组的 F M E A 分析，将红色漆可能出现的风险进行识别，同时从 4 M 因素出发进行了失效起因和机理识别以及对策，在涂料喷涂之前，在涂料厂家以及在投罐之后进行了试验，降低风险系数。按照新颜色投罐、调试流程，对魅力红新颜色进行投罐，以及在实验室对 F M E A 中的建议措施开展工作，同时将试验结果应用于现场过程中。虽然如此，但是在量产生产过程中，发现有 2 辆车出现类似的问题。一个是右前门把手处，一个是后背门下部，都出现了白色的印记，需要进行修补处理。3.2F M E A 完善过程3.2.1问题描述此两台车前后均为魅力红色车，也非开线前几台图 1魅力红与传统红色工艺ED双组分清漆双组分清漆传统红色工艺高魅力红色工艺红色金属漆 1 站红色金属漆 BASE1ED红色素色漆 BASE2红色金属漆 2 站中涂中涂现代涂装M odern F inishing第 2 6 卷 第 2 期2 0 2 3 年2 月MPF现代涂料与涂装70车，没有明显的规律，另外后背门和右前门为不同的机器人喷涂。3.2.2失效原因识别通过放大镜观察，该缺陷处铝粉排列与周边不同，初步判断问题发生在色漆层，不是清漆层的问题。同时针对白色印记的形状进行分析，类似手印。排查同线体其他颜色车，不存在此问题。依据 F M E A 失效原因识别原则“只要存在失效的可能，如果时间足够长，这种失效迟早会发生”。因此将确定此项为新增失效模式，即白色印记。对 A 3 大小的试板进行电泳、中涂，在中涂试板上，按照正常喷涂流程进行擦净、吹净、黏性擦布擦净，3 块样板中出现了一处白色缺陷；随后，进行极限样本试验，在中涂试板上裸手触摸，不进行擦净，直接喷涂魅力红，白色缺陷再现。推论红色底漆对底材洁净性敏感度差，影响铝粉排列。3.2.3对策选取去污能力强的擦拭溶剂进行处理。现场用无纺布蘸擦拭溶剂对中涂车身进行擦净，然后吹净和黏性擦布擦净，问题得以解决。3.3F M E A 文件标准化通过以上实践案例，增加 F M E A 失效模式：白色印记，失效起因为中涂车身局部不洁净，预防措施为为红色车在面漆擦净工位，增加一道溶剂擦净。将上述失效模式、失效起因和预防对策增加到 F M E A 文件中，见表 2 所列。目视整车色差一致功能要求局部修补时没有修补印车身与保险杠目视无明显色差内外板色差一致预防/探测措施对小修员工进行培训，量产前提供红色漆进行训练量产前提前匹配实验室对不同工艺进行试板喷涂，对色差进行测量潜在失效模式在局部修补时有色差，有修补印保险杠和车身之间有色差内板和外部之间存在色差漆膜目视通透，层次分明湿碰湿三层漆膜无混溶，无渗透实验室对两种色漆的互溶性进行验证BA SE 1 和 BA SE 2 为两种漆，湿碰湿喷涂，两层漆膜互溶喷涂过程中前后车之间无漆雾干扰红色树脂漆与其他金属漆之间漆雾不相溶，导致喷涂中出现异色颗粒在实验室对不同颜色的和不同金属漆与素色漆的漆雾进行干扰试验，确认红色漆与其他金属漆喷涂过程中雾漆无问题潜在失效起因/机理人法法料法修补性差保险杠为溶剂型红色漆；不同线体生产，存在色差内板喷涂只有一站，只喷涂BA SE 1，与外板工艺不同BA SE 1 闪干时间过短；BA SE 2 喷涂后，BA SE 2 和BA SE 1 涂层进行渗透互溶树脂漆与其他金属漆体系不同，喷涂飞散的颜料/树脂成为另一个颜色颗粒缺陷漆膜光滑，无虚喷、流漆、痱子等缺陷无流挂弊病色漆喷涂后有流挂现象实验室采用打孔法测量色漆抗流挂性2 5 m法色漆流挂极限低于需喷涂厚度无虚喷弊病色漆喷涂后有虚喷现象法色漆遮盖力差，对膜厚不均匀的情况太敏感实验室对不同膜厚梯度的色漆进行色差测量胶面上的面漆流挂等缺陷胶面上的面漆有流挂等问题料胶面上的析出物在与面漆湿碰湿过程中，发生反应，形成流挂在喷涂前做胶与面漆的匹配性验证试验漆膜无痱子缺陷烘干后漆膜表面有痱子缺陷法BA SE 1 和 BA SE 2 以及清漆均“湿碰湿”，尤其 BA SE 2 树脂含量高，三层湿膜叠加，预烘烤时间短，升温速率过急造成痱子实验室试验，确定三层涂料适宜的膜厚；在线体对预烘烤烤房进行确认，确保脱水率满足材料要求漆膜表面光滑，无异色颗粒漆膜表面无异色颗粒喷涂过程中，机器人旋杯清洗不干净，喷涂过程中串色法清洗过程中，清洗溶剂对红色漆的清洗能力差对现场用清洗溶剂进行试验，要求清洗效果达到 90%以上表 1魅力红新颜色涂装 PF M E A 文件漆膜表面外观一致，无异色缺陷功能要求目视漆膜表面无手印等缺陷预防/探测措施红色车喷涂时，在面漆擦净工位，增加一道溶剂擦净潜在失效模式红色漆膜上有白色印记潜在失效起因/机理法中涂车身局部不洁净表 2新增 F M E A 文件M odern F inishing现代涂装第 2 6 卷 第 2 期2 02 3 年2 月MPF现代涂料与涂装714结语以上对魅力红新颜色开发过程中 F M E A 工具的应用，不仅提前做到了预防，保证了一次性做好。同时针对生产过程中的问题，将措施完善到了 F M E A 中。在开发类似涂料时借鉴应用预防措施。涂装质量问题涉及到化学反应等，比较复杂，一个质量问题的产生往往是多种因素综合作用的结果。要从这些错综复杂的因素中理出头绪，抓住关键因素，就需要利用科学方法，从质量问题这个“结果”出发，F M E A 就是根据结果寻找原因的一种高级质量工具。工程师需要提前将汽车涂装中易出现的质量问题从各类失效起因、失效后果进行分析以及对策，这样在现场出现问题时，对高风险度的项目进行排查。如果所查出来的失效起因不在已有的 F M E A 表格中，就应立即将新发现的原因加入进去，不断完善 F M E A 表格，进行经验积累，为下一个项目奠定基础。征稿范围：涂料涂装行业关键核心技术自主创新及进口替代进展最新涂料涂装政策、标准解读及应对措施环境友好型涂料及特种功能型涂料的研发及创新应用涂装行业V O C源头控制、过程管理、末端治理技术及设备，涂料涂装废水处理技术及设备涂料涂装行业安全生产管理创新传统制造业（汽车、工程机械、轨道交通、船舶）、战略性新兴产业和新型基础设施涂装智能化及新工艺、新材料和新设备征稿要求：来稿涉及技术保密问题需通过作者单位审查;来稿请注明作者单位（中英文）、地址及邮编。请勿一稿多投，如欲改投，请提前告知本编辑部。稿件收到后即发回执，稿件一经刊发，即按规定付给稿酬，并赠送期刊3本。来稿一般不退，请作者自留底稿，半年内未接到通知，作者可自行处理。稿件要求内容新颖、主题明确、逻辑严谨、文字精炼、格式规范、数据真实，正文字数不少于3 0 0 0字，相似度不高于1 0%，附1 0 0 2 0 0字的摘要并列出关键词（3 8个）及相应的英文；附作者简介，内容包括：姓名（出生年）、性别、职称、学历、主要从事的工作或研究方向、联系方式及身份证号。稿件用电子文档投稿，一律采用法定标准计量单位名称和符号。文章标题以3级为限，文题简洁，表格一律为三线表，文中插图要清晰。参考文献勿省略，置于文末，并在文中注明序号、排好次序。现代涂料与涂装 征稿启事现代涂装M odern F inishing第 26 卷 第 2 期2023年2月MPF现代涂料与涂装 现代涂料与涂装 期刊是由中昊北方涂料工业研究设计院有限公司主办的全国性科技期刊，国内外公开发行，国际连续出版物号：IS S N1 0 0 7-9 5 4 8，国内统一连续出版物号：C N6 2-1 1 3 5/T Q；本刊是中国学术期刊综合评价数据库来源期刊；中国学术期刊（光盘版）、中国期刊网、万方数字化期刊群 全文收录期刊；美国 化学文摘（C A）收录期刊。连续多届荣获全国石油和化工行业优秀期刊奖。主要报道涂料、颜料及辅助材料的研究、开发、产业化及应用的创新情况，侧重报道国内外涂装行业的最新进展，赋予本刊鲜明的应用特色，搭建涂料与涂装工程师交流的技术平台。本刊为月刊，每月2 0日出版，大1 6开本，彩版印刷，每期定价1 5.0 0元，全年1 2期1 8 0.0 0元，挂号2 1 6.0 0元（含每期挂号费3.0 0元），快递2 8 2.0 0元。请根据您的方便，选择以下方式订阅：1）通过当地邮局订阅，国内邮发代号5 4-6 5；2）直接向编辑部订阅：征订热线0 9 3 1-8 4 9 6 3 4 3，邮箱1 0 5 6 4 1 8 5 4 8 q q.c o m。欢迎订阅 2023 年现代涂料与涂装72