某三廂轎車行李箱蓋肩部拱起的解決措施

楊學(xué)淵 葉華 王鎮(zhèn)斌 邱瀟 李目佳 王斌 韋衍杰 周楊

（東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心）

據(jù)車主反映，某車型的行李箱蓋在使用一段時間后出現(xiàn)拱起現(xiàn)象，雖不影響使用，但外觀上不美觀，對主機廠的品牌形象造成了比較嚴重的負面影響。類似問題一般出現(xiàn)在現(xiàn)生產(chǎn)汽車的使用過程中，問題的整改經(jīng)常會涉及到大模具的更改甚至重新開發(fā)，涉及到的整改費用較多，周期較長。為最大限度地降低公司損失，文章通過逆向思維，尋求成本更低、周期更短的整改方案，來解決該質(zhì)量問題，并為后續(xù)車型開發(fā)開辟了一條新思路。

1 問題描述

有車主反應(yīng)行李箱出現(xiàn)了較為嚴重的肩部拱起現(xiàn)象，如圖1所示。該車行李箱蓋里板左側(cè)在鉸鏈安裝板周邊發(fā)生明顯形變,右側(cè)在鉸鏈加強板發(fā)生變形，如圖2所示。

2 原因解析

針對以上現(xiàn)象（左右基本一致），初步分析原因可能為：

1）行李頂?shù)姐q鏈，暴力關(guān)閉行李箱蓋導(dǎo)致行李箱蓋里板發(fā)生變形；

2）行李箱蓋關(guān)閉速度過快，行李箱蓋里板發(fā)生變形；

3）板件強度不夠，行李箱蓋里板多次使用后發(fā)生變形。

2.1 模擬試驗

為甄別故障產(chǎn)生原因，通過試驗?zāi)M上述工況的方式找出質(zhì)量問題產(chǎn)生的最主要因素。

1）工況1：在鉸鏈下彎臂處用鋼管頂?。M行李），用手關(guān)閉行李箱，模擬行李箱鉸鏈被行李頂住的工況，如圖3所示，圖3中紅色長方形為鋼管。試驗后行李箱蓋里板局部出現(xiàn)了明顯的形變，行李箱蓋拱起，與問題汽車現(xiàn)象一致。

2）工況2：大力關(guān)閉行李箱蓋，觀察行李箱蓋肩部面差變化。試驗后未發(fā)現(xiàn)變化。

3）工況3：查看并分析行李箱蓋耐久試驗報告、8萬km耐久試驗以及四通道振動試驗相關(guān)報告。未發(fā)現(xiàn)行李箱蓋在耐久或振動后出現(xiàn)肩部拱起現(xiàn)象。

根據(jù)以上試驗工況模擬及相關(guān)報告分析，排除工況2和工況3這2項因素。可以初步判斷行李箱蓋肩部拱起的原因為：大量行李塞滿行李箱，且行李中有硬物，當行李箱蓋關(guān)閉時，硬物頂住行李箱蓋鉸鏈，但客戶仍然強行關(guān)閉行李箱蓋，導(dǎo)致行李箱蓋被強行折彎，使得行李箱蓋里板的鉸鏈加強板焊接周邊區(qū)域發(fā)生較大形變，外觀表現(xiàn)為行李箱蓋肩部拱起。

2.2 CAE分析

找到了問題出現(xiàn)的方向后，通過CAE分析來模擬工況，尋找行李箱蓋里板的薄弱點，為后續(xù)改進提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

分析工況為行李箱蓋突然關(guān)閉。將行李箱蓋打開到最大位置或擋塊位置時，在行李箱蓋最外緣處（中間位置）加載200 N垂直向下（設(shè)計規(guī)范目標值）的力[1]，其模擬工況示意圖，如圖4所示。

經(jīng)CAE計算后，行李箱蓋里板應(yīng)力云圖，如圖5所示。根據(jù)圖5可以發(fā)現(xiàn)，行李箱蓋里板肩部區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中，最大應(yīng)力為173 MPa。行李箱蓋里板材料為DC04，其屈服強度為170 MPa。因而可以判斷，在突然關(guān)閉的工況下，行李箱蓋里板發(fā)生屈服，并產(chǎn)生了形變。因此，加強方案的主要方向為：緩解行李箱蓋里板的應(yīng)力集中，降低最大應(yīng)力，消除行李箱蓋里板的形變。

3 改進目標設(shè)定

根據(jù)問題解決方向，設(shè)定改進目標，具體表現(xiàn)為：1）設(shè)置最大應(yīng)力的性能目標；2）設(shè)置合理的應(yīng)力分布云圖。針對上述問題，查看以往3款車型的CAE報告，進行對比分析，如圖6所示。

從圖6可以發(fā)現(xiàn)：應(yīng)力集中不明顯，并未出現(xiàn)大面積的紅色危險區(qū)域；最大應(yīng)力值均小于屈服值。根據(jù)以上模擬分析結(jié)果，初步設(shè)定目標如下：

1）最大應(yīng)力降低至160 MPa；

2）減緩應(yīng)力集中，防止出現(xiàn)紅色區(qū)域大面積連續(xù)。

4 對策研究

4.1 傳統(tǒng)方案

原始行李箱蓋里板與鉸鏈加強板焊接示意圖，如圖7所示。

針對此類生產(chǎn)質(zhì)量問題，制定改善方案的前提為：更改成本不能過高且周期不能過長。如果更改行李箱蓋里板結(jié)構(gòu)，則需制造一套新模具，成本約200萬元，周期約10個月；而更改行李箱蓋鉸鏈，則需要重新匹配設(shè)計環(huán)境件，成本及周期的代價同樣非常巨大，均不可行。因此，常規(guī)更改方案分為2種思路。

4.1.1 增加行李箱蓋里板肩部加強支架（方案1）[1]

采用與行李箱蓋里板相同的材料DC04，料厚為0.9 mm，將其焊接在鉸鏈加強板和行李箱蓋里板上，共10個焊點，如圖8所示。

提交給CAE分析，根據(jù)CAE結(jié)果調(diào)整數(shù)模方案，最終優(yōu)化完畢后，CAE分析結(jié)果云圖，如圖9所示。

根據(jù)圖9，方案1的CAE最終分析結(jié)果為：內(nèi)板折彎處應(yīng)力為173 MPa（＞160 MPa），里板屈服強度為170 MPa，未達成目標。因此，方案1無法解決行李箱蓋里板在突然關(guān)閉工況下出現(xiàn)形變的質(zhì)量問題，不可行。

4.1.2 延伸鉸鏈加強板到肩部位置（方案2）

鉸鏈加強板材料為H340LAD，料厚1.8mm，將其延伸到行李箱蓋里板肩部位置，增加3個焊點，如圖10所示。

提交給CAE分析，結(jié)合CAE結(jié)果調(diào)整數(shù)模方案，完成多輪數(shù)據(jù)優(yōu)化后，最終版本數(shù)據(jù)的CAE分析結(jié)果，如圖11所示。

根據(jù)圖11，方案2的CAE最終分析結(jié)果為：內(nèi)板折彎處應(yīng)力為171 MPa（＞160 MPa）；里板屈服強度為170 MPa。未達成最大應(yīng)力降低至160 MPa的目標，但對于應(yīng)力集中，紅色區(qū)域大面積連續(xù)有較大緩解。對比方案1，方案2有較大的改進，但最大應(yīng)力值仍然高達171 MPa，不可行。

綜上，常規(guī)方案均無法徹底解決該質(zhì)量問題，必須尋找新的解決辦法。

4.2 創(chuàng)新方案

為尋求解決方案，決定先通過CAE虛擬仿真，尋找一種虛擬解決方案，并以此為方向來設(shè)計結(jié)果，反過來再實現(xiàn)模擬效果。

根據(jù)此逆向思維，進行CAE仿真，結(jié)果顯示：如果將原鉸鏈加強板延伸區(qū)域的行李箱蓋里板料厚由0.7 mm增加至1.5 mm，則可以將最大應(yīng)力值降低至150 MPa左右，可以滿足質(zhì)量改善的設(shè)定目標。

根據(jù)此思路考慮，行李箱蓋里板在該處無支撐，無法實現(xiàn)應(yīng)力釋放，而常規(guī)的2個方案雖然在此處有加強支架，但由于該面為密封面，無法設(shè)計焊點，所以支架與里板之間有空腔，無法實現(xiàn)支撐，應(yīng)力無法順利釋放，導(dǎo)致加強效果達不到設(shè)定目標。對此，在查閱技術(shù)文件，與專家供應(yīng)商會談后，決定使用焊接結(jié)構(gòu)膠來填充加強板和行李箱蓋里板的空腔，來模擬里板料厚增加，實現(xiàn)應(yīng)力釋放。

在方案2基礎(chǔ)上，增加焊接結(jié)構(gòu)膠[2]，如圖12中紅色區(qū)域所示。因密封面上不能夠打焊點，只通過加強板效果不明顯，必須增加密封面與加強板之間的支撐。延伸鉸鏈加強板到肩部位置，鉸鏈加強板材料為H340LAD，增加2個焊點。密封面增加結(jié)構(gòu)膠，彈性模量約為400 MPa。

提交給CAE分析，結(jié)合CAE結(jié)果調(diào)整數(shù)模方案，完成多輪數(shù)據(jù)優(yōu)化后，最終版本數(shù)據(jù)CAE分析結(jié)果，如圖13所示。

根據(jù)圖13，創(chuàng)新方案的CAE最終分析結(jié)果為：內(nèi)板折彎處應(yīng)力為157.3 MPa（＜160 MPa）；里板屈服強度為170 MPa；未出現(xiàn)紅色區(qū)域大面積連續(xù)。滿足了設(shè)定目標，該方案可行。

5 方案驗證

確定了數(shù)據(jù)方案，為驗證方案實效性，安排進行試制3件行李箱蓋板件總成，并制定以下驗證計劃：

1）進行突然工況模擬試驗，驗證里板肩部強度；

2）進行開閉耐久工況試驗，驗證里板肩部強度及焊接結(jié)構(gòu)膠強度；

3）進行四通道振動試驗，驗證里板肩部強度及焊接結(jié)構(gòu)膠強度。

以上試驗均已通過驗證，未發(fā)生行李箱蓋肩部拱起現(xiàn)象。

6 結(jié)論

本次行李箱蓋肩部拱起質(zhì)量改善通過創(chuàng)新結(jié)構(gòu)結(jié)合焊接結(jié)構(gòu)膠的運用，實現(xiàn)了增加成本最低、工藝調(diào)整最小及改善效果最佳3項項目價值，有效解決了質(zhì)量改進難題。并得到以下結(jié)論：

1）根據(jù)CAE分析結(jié)果，對比其他車型的行李箱蓋里板肩部結(jié)果，設(shè)計需要考慮鈑金斷面結(jié)構(gòu)的延續(xù)性，若斷面結(jié)構(gòu)連續(xù)則不會出現(xiàn)應(yīng)力集中；

2）多采用CAE分析手段模擬工況，將隱患在前期進行解決；

3）第1次使用了焊接結(jié)構(gòu)膠，積累了結(jié)構(gòu)膠使用經(jīng)驗，有益于后續(xù)項目開發(fā)。