段竞芳，宋舜，余本雄，姜海

（一汽-大众汽车有限公司佛山质保部，广东佛山528000）

车辆识别代号刻划质量控制

段竞芳，宋舜，余本雄，姜海

（一汽-大众汽车有限公司佛山质保部，广东佛山528000）

研究了车辆识别代号的字体深度与刻划气压、刻划头接触面积等影响因素的数学关系，并将刻划实际字深数据采用该数学模型进行拟合，获得特定条件下的字深与气压之间的计算公式；同时针对刻划工艺中常见的质量缺陷提出了相应的优化建议。

VIN号；字深数学模型；质量控制

1975年国际标准化组织制定了车辆识别代号（VIN号）的相关标准，对VIN号的内容与结构、标识位置等进行了规范。参照国际标准，我国于1997年制定中国第一版车辆识别代号标准GB16735，对VIN标识的应用作了详细的规定和指导［1-3］。根据国标要求，整车厂通过粘贴VIN标识以及在车架上刻划VIN号的方式对车辆进行规范性标识。VIN标识通常被贴在前后盖、车门及仪表侧面上，该工艺操作简单并且后续几乎不会产生任何质量缺陷，但由于标签容易撕掉，标记功能的可靠性不如VIN号刻划工艺。VIN刻划工艺是实现整车标识唯一性的可靠方法。国标要求VIN号的字体深度大于200 μm，本文中建立了VIN号的字深数学模型，研究了特定刻划系统下车辆识别代号的字体深度与刻划气压、刻划头接触面积之间的数学关系并使用实验数据进行拟合，获得特定条件下的字深与气压之间的计算公式。同时针对刻划工艺中常见的质量缺陷提出了相应的优化建议。

1　底盘号字深数学模型推导

1.1刻划工艺介绍

刻划针通常为硬度较高的合金或金刚石，安装在刻划头上，刻划头内部通过电机驱动，可以实现X、Y、Z方向的移动，图1为刻划工艺的几何模型。

VIN号刻划时，刻划头被夹具固定在车身上，为了使刻划头稳定，通常会在车身上预留多处定位孔。启动刻划指令后，刻划针由气缸推动，作用在车身钣金上，可以通过调节气缸压力获得相应的字体深度，驱动电机根据控制系统给出的指令推动刻划针在工件表面上水平或垂直（X、Y向）移动，最终刻出相应的字符。本文中研究的刻划头为锥形头。

图1　刻划工艺几何模型

1.2刻划字深的影响因素

刻划字深h与刻针材质的硬度H1、车身基材材质的硬度H2、接触面积Ac［4，7-8］、刻划压力P［4，9］、车身漆膜厚度D等因素紧密相关。

谭孟曦［4］、刘美林［9］发现一般金属材料的硬度并不是一个常量。当压入深度较小时，材料的硬度较大；随着压入深度的增加，硬度趋近一恒定值。当压入深度达到200nm以上，金属材料的硬度基本为恒定值。漆膜厚度稳定在60μm，每次刻划时使用同样硬度的刻划针。本文中主要研究字深为200～300μm，刻划实际工况下的字深数学模型，在此字深范围内可以假定材料硬度为恒定值，漆膜厚度对字深的影响为恒定值。此时字深h的影响因素为接触面积Ac和刻划压力P。

式中：h的单位为nm，k1为常数，Ac的单位为nm，P的单位为Pa。

1.3锥形针头字深的数学模型

Olive.W C［5-6］提出了有效接触面积的计算公式：

谭孟曦［4］根据

对锥形头的硬度与位移关系进行了模拟计算及实验验证，理论计算与实验结果高度符合。参照式（3）建立字深h、有效接触面积Ac及刻划气压P的幂指数关系：

式中：a，b为幂指数。将式（3）代入式（4），可得

式中：k为修正系数nm·Pa-c，k=k11/（1-2a）24.56a/（1-2a）；c为修正指数，c=b/（1-2a）。

2　实验方法

参考读数显微镜测试试样断面裂纹长度的方法［10］，使用体式显微镜对刻划字深进行测量。首先挑选一组冲压成型的翼子板，这样可以保证测试样板的材质与实车钣金处一样，接着对样件进行电泳、喷涂等油漆工艺，最终制成刻划样板。采用不同的气压对样板进行VIN号刻划，然后通过切割法制作样件并置于体式显微镜下测量出相应的字深。

2.1实验结果及数据处理

采用4.8 bar压力刻划的样板字深截面（图2），测量的尺寸精度达到0.1 μm。图2中白色部分为金属基材，基材刻划深度为104.04 μm；上面2层为油漆层及过渡层，刻划深度为65.83 μm，该气压下的字深为169.87 μm。

图2　样件字深显微读数

图3为不同气压下的字深曲线。采用幂函数对数据进行拟合，当修正系数k为9.202 5，幂指数为c为1.824时，拟合度较高，拟合相关系数R为0.999 4。式（5）经整理可得：

图3　气压-字深拟合曲线

采用式（6）可以计算目标字深下的气压值。如满足国标要求的字深，气压P设置至少为5.4×105Pa。

2.2刻划气压值选择

在刻划VIN号的过程中，当刻划气压偏低时，将刻划头压在车身钣金上的力过小，刻划头容易受环境震动的影响而抖动，进而导致字体变形。以本文中选用的刻划系统为例，当刻划气压低于4.4 bar时刻划字体将发生变形，如图4所示。

当刻划气压偏高时，将刻划头压在车身钣金上的力过大，字体容易发生凹陷。以本文中选用的刻划系统为例，当刻划气压高于6.2 bar时VIN号刻划部位将发生字体凹陷，如图5所示。

图4　字体变形

图5　字体凹陷

3　VIN号刻划质量控制

在VIN号刻划过程中，除了优化气压设置外，还需要针对各种特殊的质量缺陷采取相应的措施，才能确保刻划质量。

第1类是刻划过程中常常会发生的漆面毛边、炸漆问题［11］。该类缺陷产生的原因是多方面：其一是油漆工艺，当钢板表面被蜡，油脂等物质污染，或钢板表面生锈时，漆面与基材结合力将会下降，这类缺陷需要通过原材料的输入以及前处理的质量；其二是漆膜过厚，当漆膜厚度过大时，漆膜应力增大，刻划VIN号时容易造成周边漆膜的损伤，控制合适的漆膜厚度就能降低炸漆问题的发生，特别是需要防止对漆面漆面进行多次喷涂。

第2类是VIN号字体变形问题，具体表现是字体相比于相邻的字体明显变形。解决这类质量缺陷，首先需要控制好钣金原材料输入的质量，保证材料型面平整、硬度均匀；此外需要确保生产系统的稳定性，防止车身抖动及刻划头机械部件卡滞导致的字体变形。

第3类是字体生锈，是一种偶发的质量缺陷，在一定程度上影响客户对产品的认可度。字体生锈的机理与金属生锈的机理完全相同，原因是在字体附近发生了导致金属生锈的原电池反应。当金属与水份、空气接触时，将会在金属表面吸附了一层非常薄的水膜。该膜中溶解的氧气在水中形成氢离子与氢氧根离子，形成电解质溶液。钢板中的铁和其中的碳元素、电解质溶液形成数量众多的微型原电池，在发生电化学反应的同时，字体生锈。

为了避免字体生锈，在刻划全过程中必须保证VIN号破漆处干净、干燥。为此在刻划结束后需要将刻划下来的残漆和金属残削清理干净，防止这些物质加重生锈过程。

此外，针对自身的油漆工艺特点，需要选择合适的刻划头，确保工艺质量得到系统性提升。

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Quality Control of VIN Number Marking

Duan Jingfang，Song Shun，Yu Benxiong，Jiang Hai
（Foshan Quality Assurence Department，FAW-Volkswagen Automotive Co.Ltd.，Foshan 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

段竞芳（1986-），男，湖北荆州人，工程师，从事汽车制造、质量控制研究。E-mail：jingfangduan2016@163.com