L型車身支架的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

楊秀林，唐君俊，彭斌

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

1 引言

在車身設(shè)計(jì)過程中，一款車身上往往有各種型式支架，L型車身支架作為其中之一，主要應(yīng)用在翼子板、后保險(xiǎn)杠及門檻踏板等位置，和其他小支架一樣，作為附件的載體一般都焊接在車身上；支架既要滿足四大工藝和尺寸要求，也要滿足附件安裝點(diǎn)剛度要求，但各大主機(jī)廠往往只針對一些關(guān)鍵的附件安裝點(diǎn)分析支架剛度，而普通的附件安裝點(diǎn)一般不作分析，也沒有相應(yīng)的剛度標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際裝車過程中問題層出不窮；為了解決此類問題，需要對影響支架剛度的因素進(jìn)行分析，從而達(dá)到用最輕量化支架滿足附件安裝功能要求的目的。

2 四大工藝和尺寸要求

2.1 沖壓工藝

一般L型支架沖壓工藝相對簡單，相對容易滿足基本的沖壓要求：

1）沖壓方向上無負(fù)角。

2）盡可能增加三角筋防止支架回彈（如圖1所示）。

3）L型支架如有翻邊，翻邊直邊高度應(yīng)是支架料厚的2倍（t為料厚），即H=R+2t，且翻邊至少需有3°拔模角，否則反彈不易控制，增加調(diào)試模具時(shí)間；三面相交的位置要做球角或三角面，避免沖壓開裂；當(dāng)支架料厚較厚，折彎位置疊料嚴(yán)重時(shí)，在不影響支架剛度的情況下可適當(dāng)開工藝缺口（如圖2所示）。

圖1 L型支架三角筋示意圖

圖2 L型支架翻邊示意圖

4）孔邊緣到支架邊界a應(yīng)滿足如下要求：當(dāng)D（孔徑）＜5t(t為料厚）時(shí)，a≥2t；當(dāng)D≥5t時(shí)，a≥3t；孔邊緣到R角邊界距離 b應(yīng)滿足如下要求：先沖孔再翻邊 b≥2t，先翻邊再?zèng)_孔 b≥t；為保證模具的強(qiáng)度，盡量保證 a≥5mm，b≥5mm（如圖3所示）。

圖3 L型支架孔邊界要求示意圖

5）沖孔方向與孔的軸線盡量一致，保證孔的精度；如無法保證兩者一致，則夾角α在不大于17°的條件下，保證α≤D（D為孔徑），（如圖4所示）。

圖4 L型支架沖孔方向示意圖

2.2 焊裝工藝

1）焊接邊根據(jù)板材厚度不同從13mm至20mm不等，一般焊接邊c要求二層板焊接14mm，三層板焊接16mm。焊接邊過短影響焊接效果，焊點(diǎn)強(qiáng)度下降；焊接止邊容易被壓潰，對于需要密封的位置容易出現(xiàn)密封不良現(xiàn)象；焊接飛濺增加，容易損傷零件表面；焊接邊過長會(huì)增加支架重量，造成材料浪費(fèi)（如圖5所示）。

圖5 L型支架焊接邊示意圖

2）一般凸焊螺母（如圖6所示）和凸焊螺栓(如圖7所示)包絡(luò)要求到L型支架邊界和R角距離d至少2mm，以防止凸焊螺母或凸焊螺栓超出支架邊界或與R角干涉。

圖6 L型支架凸焊螺母示意圖

圖7 L型支架凸焊螺栓示意圖

3）L型支架盡量做成自身對稱，以便實(shí)現(xiàn)通用化，避免現(xiàn)場焊錯(cuò)，提高生產(chǎn)效率；如無法做成自身對稱，最好做明顯的差異特征，實(shí)現(xiàn)從視覺和夾具上雙重防錯(cuò)（如圖8所示）。

圖8 L型支架自身對稱示意圖

4）直徑為 Ma的凸焊螺母對應(yīng)的 L型支架底孔 e為（Ma+1）mm；直徑為Mb的螺栓對應(yīng)的L型支架底孔f為（Mb+0.2）mm（如圖9所示）。

圖9 L型支架凸焊螺母和螺栓示意圖

5）凸焊螺母和凸焊螺栓需要滿足上下凸焊電極的要求，凸焊螺母和凸焊螺栓凸焊結(jié)構(gòu)相似，設(shè)計(jì)時(shí)以本公司的標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。

下電極一般需要滿足下表中的要求：

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上電極一般要滿足下表中的要求：

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2.3 涂裝工藝

1）L型支架如有翻邊結(jié)構(gòu)且?guī)购嘎菽富蛘呗菟ǖ男枰苊獬霈F(xiàn)氣室和積液（如圖10所示），需要在螺母或螺栓未遮蓋的區(qū)域再增加一個(gè)瀝液孔，該孔與螺母所在孔間距不應(yīng)小于5t (t為料厚)（如圖11）；

圖10 L型支架翻邊結(jié)構(gòu)示意圖

圖11 L型支架翻邊漏液結(jié)構(gòu)示意圖

2）L型支架和其他鈑金件焊接，兩鈑金貼合部位電泳液無法進(jìn)入，電泳不充分，暴露在潮濕的空氣中易銹蝕，需要增加點(diǎn)焊密封膠或支架采用鍍鋅板。

2.4 總裝工藝

L型支架在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮總裝安裝附件的可靠性、售后維修和保養(yǎng)的便利性。

2.5 尺寸要求

L型小支架結(jié)構(gòu)簡單，在焊接時(shí)往往不易定位，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮定位策略，通常使用3-2-1的定位原則，定位孔的坐標(biāo)盡量保證至少兩個(gè)方向的坐標(biāo)為整數(shù)。

凸焊螺母的L型小支架通常有兩種定位方式：

1）以螺母孔為定位孔，用支架側(cè)面（邊）限位（如圖12所示）。

2）完全以支架的側(cè)面（邊）限位（如圖13所示）；當(dāng)支架側(cè)面（邊）限位條件不允許時(shí)，可借助凸焊螺母的端面限位。

凸焊螺栓的L型小支架也有兩種定位方式：

1）夾具上用銷套作為螺栓定位，用支架側(cè)面（邊）限位（如圖12所示）。

2）完全用支架側(cè)面（邊）限位（如圖13所示）。

圖12 一孔兩面定位簡圖

圖13 三面定位簡圖

以上定位方式只針對安裝精度要求不是很高的附件；對于要求精度很高的附件，需要增大支架尺寸，增加定位孔；對于本身尺寸就較大的L型支架，盡可能增加定位孔。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)附件對L型支架的安裝精度要求選擇合適的定位方式。

3 影響L型支架剛度的因素

3.1 板材厚度

L型支架的剛度取決于板材厚度，厚度增加對車身重量和單車成本增加也較大，選取合適的厚度可以保證支架有較好的性價(jià)比。為驗(yàn)證不同料厚對L型支架剛度的影響，把不同料厚的L型支架焊接在厚度為1.0mm的鋼板上并對鋼板進(jìn)行約束作為簡化模型（如圖14所示），從而可以通過定量的方式定性的判斷料厚對支架剛度的影響。

圖14 L型支架簡化模型

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經(jīng)對L型支架安裝點(diǎn)法向剛度進(jìn)行對比分析，料厚對支架安裝點(diǎn)法向剛度的影響如下：從以上圖表可以看出，隨著L型支架料厚的增加，重量和預(yù)估成本也增加，安裝點(diǎn)法向剛度逐步提升，且四者基本均成線性關(guān)系。

3.2 支架特征

表1

L型支架的特征對安裝點(diǎn)剛度也有較大影響，把1.0mm厚度不同特征的支架焊接在1.0mm厚度鋼板上，并對鋼板約束作為簡化模型（與圖14類似）。對不同特征的L型支架的重量和安裝點(diǎn)法向剛度對比分析結(jié)果如表1。

從以上圖表可以得出如下結(jié)論：

1）增加三角面和三角筋重量相同，剛度提升效果相當(dāng)；

2）無翻邊 L型支架增加三角筋相對于不增加三角筋重量相同，安裝點(diǎn)法向剛度略有提升；

3）雙面沉臺(tái)支架與單面翻邊沉臺(tái)重量相同，成本相同，但雙面沉臺(tái)剛度增加近一倍；

4）L型支架增加翻邊相對BASE的重量增幅較小，但剛度提升非常明顯；支架在有翻邊的情況下，增加三角筋作用較?。?/p>

5）全翻邊 L型支架相對于只有翻邊特征的情況，重量增幅較大，但法向剛度提升不明顯；

6）自身焊接支架由 L型支架衍生而來，雖然剛度相對BASE提升很大，但重量增幅也很大，性價(jià)比較低；

7）重量和成本基本成線性關(guān)系，重量增加，成本也隨之增加。

從重量、成本和法向剛度方面綜合考慮，建議如下：

1）翻邊 L型支架重量較小，成本較低，性價(jià)比最高，優(yōu)先采用；

2）自身焊 L型支架雖然性價(jià)比低，但在附件安裝點(diǎn)懸臂過長，其他支架均無法滿足剛度要求且無成本壓力的情況下可考慮采用。

3）當(dāng)受邊界條件制約，L型支架無法做翻邊，且無較大成本壓力的條件下，可考慮采用雙面沉臺(tái)L型支架。

4 結(jié)語

（1）L型支架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮四大工藝和尺寸等內(nèi)容。

（2）L型支架所承載的附件不同，要求的剛度也不盡相同，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分對標(biāo)市場上不同車型的L型支架結(jié)構(gòu)，通過CAE分析計(jì)算出其剛度值，參考本文的分析結(jié)論選擇不同的料厚和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行靈敏度分析，使其剛度不小于對標(biāo)車型，從而開發(fā)出滿足功能需求的最輕量化支架。

（3）本文的研究結(jié)論對其他支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有參考價(jià)值。