儀表板氣囊點爆失敗原因分析及優(yōu)化

耿輝斌,趙海英,曹慧林,張晶,楊現(xiàn)偉,李彩鳳

(北京汽車集團(tuán)越野車有限公司，北京 101300)

0 引言

儀表板系統(tǒng)承載了組合儀表、各類控制開關(guān)、乘員側(cè)安全氣囊、飾條、手套箱、雜物盒、出風(fēng)口、風(fēng)道、CCB等零件，儀表板點爆性能受零件材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、焊接工藝、弱化工藝參數(shù)等因素影響，引起試驗失敗原因較多，通常試驗經(jīng)過多次調(diào)整才能通過，本文作者根據(jù)試驗過程中遇到的問題，分析了當(dāng)前車型的問題原因及其他注意事項。

1 儀表板的構(gòu)成及工藝說明

儀表板構(gòu)成如圖1所示，主要由儀表板上本體、儀表板下本體、乘員側(cè)氣囊框等數(shù)十個零件構(gòu)成。影響乘員側(cè)氣囊點爆的主要零件有儀表板上本體和氣囊框,本車型儀表板上本體、氣囊框注塑成型、振動摩擦焊接、激光弱化。主要零件工藝及材料見表1。

圖1 儀表板構(gòu)成

圖2 氣囊點爆區(qū)域主要零件

表1 主要零件工藝及材料

(1)注塑成型。儀表板本體和氣囊框分別注塑成型。

(2)激光弱化。注塑完成的儀表板本體進(jìn)行激光弱化，弱化殘余厚度 (0.25±0.1)mm。

(3)摩擦焊接。弱化后的儀表板本體與乘員側(cè)氣囊框摩擦焊接[1],儀表板本體總成制作完成。

2 儀表板點爆試驗要求

儀表板包括周邊環(huán)境件按裝車狀態(tài)裝配到白車身上，受環(huán)境倉尺寸限制，白車身后半部分切割，試驗前應(yīng)至少將試驗樣件裝配后在環(huán)境艙放置4 h；儀表板點爆試驗分低溫、高溫及常溫3種試驗條件，具體試驗條件及要求見表2。

因材料在高溫及低溫條件下特性有所改變，因此高溫和低溫點爆比較容易出問題，常溫下一般問題較少，試驗時先開展高溫和低溫，最后進(jìn)行常溫試驗。

3 問題原因分析及對策

在低溫氣囊點爆試驗過程出現(xiàn)手套箱打開，副駕把手裝飾條彈出，儀表板本體硬質(zhì)碎片飛出，氣囊蓋板鉸鏈斷裂飛出4個問題，導(dǎo)致試驗失敗，下面將詳細(xì)描述問題現(xiàn)象、原因分析及優(yōu)化方案。

3.1 手套箱打開

氣囊點爆過程中，手套箱兩側(cè)鎖銷脫出，手套箱打開。儀表板本體受到氣囊沖擊力的作用產(chǎn)生變形，當(dāng)變形量大于鎖鉤鎖止量的情況下手套箱才會打開。首先排查手套箱鎖銷與襯套過盈量是否符合設(shè)計要求，經(jīng)測量，手套箱過盈量為10 mm，滿足至少8 mm的要求，此原因排除。再對手套箱周邊安裝結(jié)構(gòu)排除，發(fā)現(xiàn)周邊結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏弱，容易變形,對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化,如圖3所示，對手套箱框進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化及安裝點增加,CAE分析剛性提升明顯。

圖3 手套箱優(yōu)化方案

后續(xù)設(shè)計項目開發(fā)過程中，應(yīng)注意鎖銷周圍的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在鎖銷周圍布置安裝點，減少氣囊點爆過程手套箱變形。

3.2 乘員側(cè)飾條彈出

副駕把手裝飾條距離氣囊爆破區(qū)域較近，在點爆力的沖擊下，從儀表板安裝位置彈出，對成員造成傷害，導(dǎo)致試驗不合格。對失效樣件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要原因是飾條卡扣固定力偏小導(dǎo)致，從以下幾個方面排查：

(1)零件尺寸超差，儀表板安裝孔尺寸偏大，超出公差范圍，導(dǎo)致安裝在其上的零件固定力偏小，對對手件開孔進(jìn)行檢測，檢具通止規(guī)都能插入孔內(nèi)，安裝孔尺寸合格。

(2)卡扣固定數(shù)量少，或者選擇的卡扣拔出力偏小，導(dǎo)致安裝后固定力不足，點爆后飛出；位于氣囊點爆附件的零件，對失效零件進(jìn)行排查發(fā)現(xiàn)飾條采用自身卡扣固定，如圖4斷面A-A所示，卡扣懸臂較長，裝配后卡扣懸臂向外側(cè)變形，導(dǎo)致卡接量變小，卡接力不足，對卡扣懸臂內(nèi)側(cè)增加加強(qiáng)筋，避免裝配后變形。

圖4 卡扣優(yōu)化方案

對于乘員氣囊附近的零件，設(shè)計時應(yīng)注意結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇合理的連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)卡接力大小排序，通常金屬卡扣最大，其次是塑料卡扣，最小的是零件自身注塑卡扣，設(shè)計時根據(jù)零件尺寸大小，選擇合理的安裝卡扣。此外，為防止飾條點爆過程飛出傷人，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時可以設(shè)計防脫結(jié)構(gòu)，具體形式如圖5所示，在飾條脫出時，防脫掛鉤會卡住飾條，防止飛出，這樣不需要設(shè)計太大的卡接力，也能防止零件脫出，解決了卡接力大拆解不方便問題。

圖5 防脫結(jié)構(gòu)示意

3.3 儀表板本體硬質(zhì)碎片飛出

3.3.1 氣囊框側(cè)面硬質(zhì)飛濺物飛出

點爆過程儀表板氣囊蓋板兩側(cè)儀表板本體斷裂，有尖銳飛濺物飛出[2]；如圖6所示，對收集的飛濺物分析發(fā)現(xiàn)，側(cè)面斷裂位置與設(shè)計弱化軌跡偏離，氣囊蓋板未按弱化軌跡展開，下面對可能造成飛濺的原因進(jìn)行逐項排查。

圖6 氣囊框側(cè)面飛濺物

(1)氣囊框焊接位置排查，氣囊框焊接后位置與設(shè)計位置偏差±1 mm，焊接位置偏離設(shè)計位置太大，會引起氣囊蓋板撕裂位置偏離設(shè)計位置，氣囊框設(shè)計時應(yīng)注意設(shè)計焊接定位結(jié)構(gòu),同時在儀表板模具上刻線,標(biāo)出理論偏差值，如圖7所示，焊接后測量偏離值。通過對試驗樣件測量，氣囊框焊接位置偏離小于0.8 mm,符合要求。

圖7 氣囊框測量基準(zhǔn)

(2)殘余厚度排查[3]，設(shè)計弱化殘余 (0.25±0.1)mm，對失效樣件弱化殘余厚度測量，殘余厚度0.45～0.62 mm，不符合要求，另外一套試驗樣件為發(fā)生飛濺，測量弱化殘余厚度0.19～0.22 mm,兩臺激光弱化參數(shù)一致，殘余厚度測量不一致，后對零件生產(chǎn)追溯，厚度較厚的一套試驗樣件是注塑后 2 h弱化的，沒問題的樣件是注塑2 d后弱化的，不是同一批次，對零件尺寸對比發(fā)現(xiàn)，剛注塑的儀表板本體，因未完全冷卻，應(yīng)力為完全釋放等原因，零件壁厚，型面與理論尺寸存在偏差，造成相同弱化參數(shù)，殘余厚度差異，對放置不同時間的樣件進(jìn)行激光弱化，測量殘余厚度值，測量值與放置時間的關(guān)系如圖8所示，放置24 h后區(qū)域穩(wěn)定，弱化殘余厚度符合設(shè)計要求。

圖8 殘余厚度與放置時間關(guān)系

對后續(xù)激光弱化工序增加規(guī)定，續(xù)激光弱化前儀表板應(yīng)注塑完成至少放置24 h，確保零件應(yīng)力完全釋放。氣囊蓋板區(qū)域儀表板本體厚度做關(guān)鍵特征控制，厚度控制在±0.1 mm以內(nèi)，以確保弱化殘余厚度符合要求；此區(qū)域模具設(shè)計時注意，避免設(shè)計滑塊結(jié)構(gòu)因配模匹配不良導(dǎo)致厚度超差，影響弱化結(jié)果。

3.3.2 氣囊蓋板焊接區(qū)域部分本體飛出

儀表板與氣囊框焊接區(qū)域部分儀表板飛出，初步考慮焊接強(qiáng)度不足導(dǎo)致，對焊接熔深尺寸測量，兩側(cè)焊接筋熔化0.5 mm，中間焊接筋熔化0.9 mm，摩擦焊接熔深設(shè)計值(1±0.3)mm，兩側(cè)焊接熔深不符合要求。對此區(qū)域氣囊框焊接筋高度測量，兩側(cè)高度2.1 mm,偏離理論設(shè)計值(2.5±0.1)mm,模具加工不到位導(dǎo)致，修改模具，把焊接筋高度調(diào)整到理論值，如圖9所示。

圖9 氣囊蓋板焊接熔深檢查示意

引起焊接強(qiáng)度不足的原因通常還有焊接胎具不平整，焊接過程受到的壓力不均勻、焊接壓力小、焊接筋寬度窄或者焊筋布置數(shù)量不足，焊接面積不足等，在開發(fā)過程應(yīng)注意。同時結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意對于無法焊接壓頭的位置，如圖10所示，DOGHOUSE背面區(qū)域應(yīng)避免布置焊接筋，避免此區(qū)域焊筋壓力小，不熔融，降低周邊焊接筋焊接強(qiáng)度。

圖10 氣囊框焊接筋布置說明

3.3.3 氣囊蓋鉸鏈斷裂飛出

在低溫點爆過程中，出現(xiàn)一例氣囊蓋板鉸鏈斷裂，如圖11所示，從斷裂效果來看，鉸鏈根部完全斷裂，初步分析是鉸鏈強(qiáng)度不足導(dǎo)致。對鉸鏈區(qū)域參數(shù)測量，斷裂區(qū)域鉸鏈厚度小于理論值2.5 mm，具體測量值見表3，需對模具進(jìn)行燒焊，調(diào)整到理論值。

圖11 氣囊框焊接筋布置說明

表3 鉸鏈參數(shù)測量

鉸鏈尺寸是影響氣囊點爆的關(guān)鍵尺寸，經(jīng)常因試驗失敗需要調(diào)整，在模具設(shè)計時此處注意設(shè)計鑲塊，方便修改，避免因尺寸調(diào)整造成模具報廢。

4 方案驗證

對整改后的零件進(jìn)行試驗驗證，如圖12所示，手套箱未開啟，副駕把手裝飾條未發(fā)生彈出，無尖銳飛濺物，氣囊蓋板鉸鏈未發(fā)生斷裂，試驗合格。

圖12 試驗后儀表板

5 結(jié)束語

儀表板點爆試驗涉及零件裝配、結(jié)構(gòu)設(shè)計、焊接工藝、注塑工藝、弱化工藝等，涉及面廣，問題原因復(fù)雜，在開發(fā)過程中應(yīng)統(tǒng)籌考慮。文中針對氣囊點爆過程出現(xiàn)的問題，對于可能的原因逐項排查，最終找到問題原因，并對其他可能的原因、注意事項給出設(shè)計建議，希望對其他車型開發(fā)提供借鑒意義，提高試驗成功率，降低開發(fā)費用，縮短開發(fā)周期。