汽車前蓋烘烤變形問題分析及解決方案

劉俊杰，薛禮

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程，上海 201805）

引言

整車外觀是客戶購車時(shí)的第一印象，隨著汽車市場多元化，外觀已經(jīng)成為影響客戶購車的一個(gè)重要指標(biāo)。由于前蓋是一個(gè)面積大、鈑金較薄、支點(diǎn)少的零件，加上制造過程中工序較多，在復(fù)雜外力相互作用下可能會導(dǎo)致制造過程中容易產(chǎn)生局部區(qū)域變形。[1]前蓋需要同時(shí)與前格柵、前大燈、翼子板匹配，變形將影響前蓋與前保險(xiǎn)杠、翼子板和前大燈等前部的間隙、平整度，增加匹配調(diào)整工作量。本文將介紹影響前蓋烘烤變形的因素，通過仿真模擬、現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集、實(shí)車驗(yàn)證等方式，總結(jié)幾種解決前蓋烘烤變形問題的方法，為后續(xù)新車型項(xiàng)目過程中前蓋烘烤變形問題解決提供參考和指導(dǎo)。

1 前蓋結(jié)構(gòu)及烘烤變形因素分析

1.1 汽車前蓋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及制造工藝

前蓋折邊區(qū)域結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要為內(nèi)板、外板、折邊膠，內(nèi)板與外板連接主要靠外板折邊包覆內(nèi)板及內(nèi)外板之間折邊膠連接。

圖1 前蓋總成結(jié)構(gòu)

前蓋在車身車間的制造工藝如圖2所示，主要是內(nèi)板分拼焊接、內(nèi)板涂減震膠、外板涂折邊膠、折邊等。

1.2 前蓋烘烤變形影響因素

車身制造完成并安裝到白車身上后，進(jìn)入油漆車間電泳，并經(jīng)過 175℃20min烘烤。在高溫烘烤下折邊膠發(fā)生固化，同時(shí)由于板材沖壓、包邊成型積累的內(nèi)應(yīng)力也會逐步釋放而導(dǎo)致輪廓邊沿發(fā)生變形。由于此過程中變形區(qū)域處于自由狀態(tài)不受任何外力作用，因此其變形位置、變形量及變形方向均無法控制。下圖3為某車型在油漆烘烤前后型面變化，前部中間位置變形量達(dá)到了2mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過公差（±1mm）要求。

圖2 某車型前蓋制造工藝蓋工藝

圖3 某車型油漆烘烤前后型面對比分析結(jié)果

通過人、機(jī)、料、法、環(huán)五方面的分析，與前蓋烘烤變形相關(guān)的因素主要有產(chǎn)品自身強(qiáng)度、油漆撐架、油漆烘烤過程溫度變化及其他外力影響等。

（1）產(chǎn)品自身強(qiáng)度及制造過程支撐對烘烤變形影響

前蓋為外覆蓋件，為滿足造型需求，往往設(shè)計(jì)為薄板，容易在生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生變形。近年來出于行人保護(hù)及減重需求，一些主機(jī)廠開始使用更薄的外板板材。同時(shí)，復(fù)雜的輪廓造型由于受張力影響也容易發(fā)生變形。

（2）油漆支撐工裝對烘烤變形影響

為保證在油漆過程中前蓋與車身的電泳和油漆質(zhì)量，需要在前蓋上安裝支撐工裝以避免前蓋與車身磕碰。支撐點(diǎn)的位置不同，前蓋受到的彎矩也不同。彎矩是前蓋因自身重力導(dǎo)致變形的主要因素，故可以通過改變支撐的位置來減小彎矩。[2]

（3）油漆烘烤過程高溫對烘烤變形影響

白車身在油漆車間經(jīng)過電泳后，烘烤過程中折邊膠固化、板材的殘余應(yīng)力會釋放。同時(shí)由于材料本身的熱膨脹，導(dǎo)致鈑金不同程度的變形。

2 前蓋烘烤變形問題解決工藝方案

從工藝角度分析，優(yōu)化解決烘烤變形問題方案有以下幾個(gè)：

（1）調(diào)整油漆支撐工裝位置

通過CAE軟件仿真，可以對不同位置支撐點(diǎn)產(chǎn)生的變形進(jìn)行分析。如圖4、圖5前蓋不同支撐點(diǎn)位置情況下的前蓋變形量仿真云圖，從圖中可以看出支撐點(diǎn)在靠近中間位置與靠近兩側(cè)時(shí)前蓋變形量相差約0.4mm。通過不同位置模擬仿真，選擇變形量最小位置設(shè)計(jì)油漆支撐工裝，可以降低變前蓋形量。

圖4 支撐點(diǎn)靠近中間變形分析

圖5 支撐點(diǎn)靠近兩側(cè)變形分析

（2）折邊膠種類選擇優(yōu)化

目前常用的折邊膠主要是單組份折邊膠，在車身車間處于膠狀，進(jìn)入油漆車間烘烤后才開始固化。一些主機(jī)廠開始采用雙組份膠，這種折邊膠在車身車間涂膠完成后約 15min之內(nèi)自然狀態(tài)下就會固化，提前將零件內(nèi)、外板邊界加固鎖定從而降低因高溫折邊膠固化、板材熱膨脹導(dǎo)致的烘烤變形。

如圖6、圖7為某車型使用單組份膠、雙組份膠烘烤前后前蓋變形量對比，使用單組份膠的前蓋局部變形量超過2mm，而使用雙組份膠的前蓋變形量在±1mm以內(nèi)。

圖6 單組份膠烘烤變形狀態(tài)

圖7 雙組份膠烘烤變形狀態(tài)

但是雙組份膠初期設(shè)備投入以及日常運(yùn)營費(fèi)用都比較高。由于雙組份膠需要兩種膠直接在現(xiàn)場混合，需要投入 2套涂膠系統(tǒng)。涂膠完成后在18min內(nèi)需完成折邊，涂膠設(shè)備停止涂膠一段時(shí)間后（夏令時(shí) 6min，冬令時(shí) 9min）必須自動清理一次混合管內(nèi)的膠水以防混合管凝結(jié)，每個(gè)班次均需要更換一次膠管。

（3）折邊完成后對折邊區(qū)域進(jìn)行加熱

目前生產(chǎn)工藝流程中，前蓋在壓機(jī)區(qū)域折邊完成后直接下線，放置在料架中駁運(yùn)至調(diào)整線安裝至白車身上。為了提前讓折邊膠固化，減少包邊區(qū)域型面、輪廓在油漆車間因高溫烘烤而發(fā)生的變形，一些主機(jī)廠會在線體末端增加感應(yīng)加熱系統(tǒng)。前蓋折邊完成后放置在定位工裝上，工裝夾緊狀態(tài)下對折邊區(qū)域進(jìn)行加熱，提前固化折邊膠及釋放鈑金內(nèi)應(yīng)力，減少在油漆車間的烘烤變形量。

感應(yīng)加熱系統(tǒng)組成如圖8所示，主要有控制器、感應(yīng)線圈、定位工裝等。其中感應(yīng)線圈通電后可產(chǎn)生 110℃高溫，定位工裝上設(shè)置有仿型面，用來控制加熱過程折邊區(qū)域型面。由于感應(yīng)時(shí)間需要 90s，在高節(jié)拍線體上需要考慮增加多套感應(yīng)加熱設(shè)備來滿足線體節(jié)拍要求。

圖8 感應(yīng)加熱設(shè)備組成

（4）對前蓋變形區(qū)域進(jìn)行反變形補(bǔ)償

在試生產(chǎn)階段進(jìn)行批量驗(yàn)證后，如果烘烤變形位置、變形量趨于穩(wěn)定而非離散的?？梢試L試通過對變形區(qū)域進(jìn)行反變形，補(bǔ)償在油漆烘烤過程產(chǎn)生的變形量。

圖9 反變形前TAC上前蓋與格柵間隙

如圖 9為試生產(chǎn)階段前蓋在 TAC（Totally Assembly Check）上與格柵間隙，通過批量現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集發(fā)現(xiàn)此處變形量穩(wěn)定在向上變形2.0-2.5mm之間，且其他區(qū)域未發(fā)現(xiàn)烘烤變形問題。因此對此變形區(qū)域進(jìn)行反變形補(bǔ)償驗(yàn)證，通過對前蓋內(nèi)板往下進(jìn)行整形，補(bǔ)償因油漆烘烤而產(chǎn)生的向上變形。對前蓋內(nèi)板沖壓件進(jìn)行修模，對前蓋單件及總成往下進(jìn)行偏離理論值控制。最終驗(yàn)證結(jié)果如圖10，反變形后在TAC上前蓋與格柵間隙5.75-6.75mm，滿足要求。

圖9 反變形補(bǔ)償后TAC上前蓋與格柵間隙

在試生產(chǎn)過程中使用反變形補(bǔ)償方法是解決已經(jīng)形成穩(wěn)定趨勢的變形（位置和變形量穩(wěn)定）快速且有效的方法，但需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)收集、驗(yàn)證，確定變形位置及變形量。需要將數(shù)據(jù)收集的樣本量加入試生產(chǎn)計(jì)劃安排。

3 結(jié)論

本文對前蓋烘烤變形問題進(jìn)行了研究，分析了變形問題產(chǎn)生的幾個(gè)影響因素，總結(jié)前蓋烘烤變形問題工藝解決方案。因油漆支撐工裝產(chǎn)生的變形可通過 CAE仿真軟件對油漆支撐工裝位置進(jìn)行模擬，優(yōu)化工裝支撐點(diǎn)位置。油漆高溫烘烤過程的變形是多個(gè)因素互相影響累積，目前還無法完全通過CAE仿真進(jìn)行分析，只能在試生產(chǎn)早期現(xiàn)場實(shí)車驗(yàn)證，通過總結(jié)實(shí)車數(shù)據(jù)，優(yōu)化制造工藝降低烘烤變形量。通過采用雙組份膠或增加感應(yīng)加熱設(shè)備可以提前使折邊膠固化，加強(qiáng)包邊區(qū)域強(qiáng)度，減少變形風(fēng)險(xiǎn)；通過對鈑金進(jìn)行預(yù)變形，可以補(bǔ)償因在油漆高溫下烘烤而產(chǎn)生的變形量。