行李箱蓋尾燈支架的設(shè)計和工藝方案

雷振華 張錦良 蔡鋼 劉美娜

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

汽車尾燈處是關(guān)系到汽車外造型的關(guān)鍵區(qū)域之一，該處外造型趨勢正逐漸向Z向狹小、X向和Y向細長的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式發(fā)展[1]。這種外造型對白車身行李箱蓋尾燈支架處鈑金結(jié)構(gòu)造成很大約束，與此同時，汽車后尾燈內(nèi)部所布置的燈具結(jié)構(gòu)也會限制白車身行李箱蓋尾燈支架處的鈑金結(jié)構(gòu)。因此在滿足上述2種約束的前提下，要實現(xiàn)白車身行李箱蓋尾燈支架與行李箱蓋外板之間的可靠連接，就對結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝提出了更高的要求。針對這個問題，文章分析了問題產(chǎn)生的根本原因，并研究出了一系列差異化的解決方案，經(jīng)項目搭載驗證，可達到預(yù)期的效果。

1 問題原因分析

電阻點焊是白車身最主要的連接方式，由于其具有成本低、連接強度高及操作性好等優(yōu)點，應(yīng)用最為廣泛。目前，國內(nèi)外主機廠大多采用電阻點焊實現(xiàn)白車身行李箱蓋尾燈支架與行李箱蓋外板的連接，但是電阻點焊在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中一般都會遇到焊鉗不可達或者操作性很差的問題，如圖1所示。

圖1 焊鉗與行李箱蓋外板干涉案例圖

造成焊鉗與鈑金干涉的原因主要在于造型和尾燈結(jié)構(gòu)對鈑金的約束矛盾，如圖2所示。造型需要Z向高度盡量小，尾燈亮區(qū)盡量大，尾燈制造工藝需要足夠的底盒空間。這個約束疊加起來導(dǎo)致鈑金翻邊角度需要盡量大，底盒深度需要足夠深，以至于焊鉗操作性變得很差，甚至大部分焊點不可達。

圖2 汽車尾燈支架焊接問題原因解析圖

2 設(shè)計解決方案

2.1 上下外板分件

采用上下外板分件的方式處理（如圖3所示）可以較大程度地提高焊接操作性。這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢就是在焊接其中比較難焊的一個面時，不會存在另外一部分外板遮擋的情況，但是它會造成沖壓多1套模具，焊裝多1排焊點，制造成本增加。

圖3 上下外板分件方案案例圖

2.2 整體式?jīng)_壓

采用整體式?jīng)_壓結(jié)構(gòu)（如圖4所示），外板和尾燈支架合為一體，直接節(jié)省1套沖壓模具并減少了對應(yīng)焊點，但是它僅適用于尾燈比較突出或者較大面積為假燈的造型設(shè)計，適用范圍比較窄。

圖4 整體式（外板+尾燈支架）沖壓結(jié)構(gòu)案例圖

2.3 外板整體沖壓+內(nèi)板安裝

采用“外板整體沖壓+內(nèi)板安裝”的結(jié)構(gòu)（如圖5所示），把尾燈支架取消，使尾燈直接安裝在內(nèi)板上，也可以節(jié)省1套沖壓模具及對應(yīng)焊點，但是還是會造成尾燈局部暗區(qū)以及內(nèi)板設(shè)計約束多、要求高的情況。

圖5 “外板整體沖壓+內(nèi)板安裝”結(jié)構(gòu)案例圖

2.4 外板整體沖壓+內(nèi)板X向焊接

采用“外板整體沖壓+內(nèi)板X向焊接”的結(jié)構(gòu)（如圖6所示），從外板上伸出3個以上的X向搭接點，使焊接時焊鉗的操作性達到最佳。這種方案的缺點是外板伸出的搭接點深度有限，只能適用于尾燈比較突出的造型結(jié)構(gòu)或者成本比較高昂的特殊淺底LED燈具結(jié)構(gòu)。

圖6 “外板整體沖壓+內(nèi)板X向焊接”結(jié)構(gòu)案例圖

2.5 部分點焊+局部涂結(jié)構(gòu)膠

采用“部分點焊+局部涂結(jié)構(gòu)膠”的方式（如圖7所示），通過調(diào)整鈑金搭接的角度確保2/3以上的區(qū)域可以實現(xiàn)點焊，余下的確實焊接困難的區(qū)域采用涂結(jié)構(gòu)膠的工藝形式替代。這種結(jié)構(gòu)形式對造型的約束較少，可行范圍相對較大，但是它的缺點在于操作性比較差，需要增設(shè)專門的涂膠工位，而且涂結(jié)構(gòu)膠工藝的耐久性和成本都不如點焊工藝形式。

圖7 “部分點焊+局部涂結(jié)構(gòu)膠”結(jié)構(gòu)案例圖

2.6 X向點焊

采用“X向點焊”的結(jié)構(gòu)形式（如圖8所示），參照圖8設(shè)計鈑金，使行李箱蓋尾燈支架和行李箱蓋外板之間存在一個X向點焊的搭接。通過對已有焊鉗的虛擬仿真分析確認好相關(guān)參數(shù)，就可以使該處焊接有相對較好的焊鉗操作性。

圖8 “X向點焊”尾燈支架結(jié)構(gòu)斷面示意圖

3 工藝解決方案

3.1 激光焊接

采用激光焊接實現(xiàn)白車身行李箱蓋尾燈支架與行李箱蓋外板的連接，如圖9所示，焊后鈑金變形小，焊縫成形美觀，質(zhì)量穩(wěn)定，很好地保證了行李箱蓋尾燈支架與燈具的安裝精度，并且大大提高了工作效率[2]。然而激光焊接不僅成本高，而且對于待焊白車身鈑金件之間的裝配精度具有較高要求，因此，在白車身行李箱蓋尾燈支架與行李箱蓋外板的連接中并沒有得到特別廣泛的應(yīng)用。

圖9 行李箱蓋尾燈支架與行李箱蓋外板的激光焊接

3.2 CO2氣體保護焊

CO2氣體保護焊因具有操作靈活、簡單、成本低、對油污和銹跡的敏感性差等特點，而被國內(nèi)各汽車公司廣泛應(yīng)用[3]，也有一些主機廠用其進行白車身行李箱蓋尾燈支架與行李箱蓋外板的連接，如圖10所示。雖然CO2氣體保護焊在技術(shù)和設(shè)備方面已日趨完善，但焊縫成形粗糙、飛濺較大，嚴重影響焊接質(zhì)量，進而影響后尾燈裝配精度，而且易產(chǎn)生焊渣，污染環(huán)境且焊接后需要打磨，工序繁瑣，增加了生產(chǎn)節(jié)拍。因此，CO2氣體保護焊并不是焊接行李箱蓋尾燈支架與行李箱蓋外板最好的連接方式。

圖10 行李箱蓋尾燈支架與行李箱蓋外板的CO2保護焊

3.3 結(jié)構(gòu)膠連接

結(jié)構(gòu)膠具有強度高、能承受較大載荷、耐腐蝕，以及在預(yù)期壽命內(nèi)性能穩(wěn)定的特點，適用于承受強力的結(jié)構(gòu)件粘接[4]。其主要用于車門、發(fā)動機艙蓋、后背門（行李箱蓋）內(nèi)外板以及一些特殊位置的粘接。某些車型局部采用結(jié)構(gòu)膠對行李箱蓋尾燈支架與行李箱蓋外板進行連接，取得了不錯的效果。然而，由于結(jié)構(gòu)膠成本較高、常溫固化時間長、對溫度和濕度較為敏感，并且耐久性不可靠，因此，并沒有得到廣泛和大面積應(yīng)用，一般作為用于局部特殊位置的補充性工藝。

3.4 采用異型焊鉗

在某些情況下，概念設(shè)計階段并不能按照上述6種結(jié)構(gòu)形式進行設(shè)計，而只能布置Z向搭接，而普通焊鉗在空間結(jié)構(gòu)上屬于單一平面，進行車身正Z向或Z向帶角度條件下的電阻點焊時，常常出現(xiàn)焊鉗與行李箱蓋外板或行李箱蓋尾燈支架等鈑金件干涉的情況，導(dǎo)致焊接性能差或焊接無法實現(xiàn)，如圖11所示。為了實現(xiàn)Z向焊接，建議采用異型焊鉗，焊接方式如圖12所示。

圖11 Z向焊點焊鉗干涉

圖12 異型焊鉗焊接圖

不過，這種方式也存在一定缺陷，由于焊鉗握桿不平行，壓力太大容易變形或偏移，所以這種焊鉗的焊接壓力低于普通焊鉗，僅可達到2～2.5 kN，因此對于焊接處鈑金材料厚度有一定的要求，一般總料厚不能超過4 mm，否則無法保證焊接強度。

3.5 采用傀儡焊

焊接行李箱蓋尾燈支架時，通過在夾具的板件下方預(yù)埋傀儡焊鉗，板件上方夾具夾緊塊實現(xiàn)定位和電流傳導(dǎo)，并通過絕緣墊片隔離，傀儡焊鉗通過附纜和銅排引出后可以便利地利用外部焊鉗[5]。但是布置傀儡焊機構(gòu)需要占用較大的空間，包括額外增加銅排、附纜及傀儡焊鉗，因此從投資成本上考慮，應(yīng)盡量避免使用傀儡焊工藝。

4 結(jié)論

綜上所述，為應(yīng)對汽車后尾燈處外造型發(fā)展趨勢，可以采用多種連接方法實現(xiàn)尾燈安裝板與行李箱蓋外板的連接，相對而言，點焊應(yīng)用更為廣泛。在車身概念設(shè)計階段就要采取合適的設(shè)計方案盡量布置X向焊點。對于無法實現(xiàn)布置X向焊點，而只能布置Z向焊點的情況，優(yōu)先考慮在結(jié)構(gòu)設(shè)計上進行優(yōu)化，盡量參考上述6種結(jié)構(gòu)設(shè)計形式提高點焊的焊接可達性；其次可采用異形焊鉗或者傀儡焊方式進行焊接；CO2保護焊或結(jié)構(gòu)膠粘接作為最后或者補充的焊接工藝。隨著技術(shù)的發(fā)展和激光焊成本的降低，激光焊或許也將成為行李箱蓋尾燈支架與行李箱蓋外板焊接的主要焊接工藝之一。