輥壓窗框結(jié)構(gòu)門(mén)總成焊接變形分析及解決思路淺談

黃列群

摘 要：本文分析了輥壓窗框結(jié)構(gòu)門(mén)總成焊接變形的表現(xiàn)，并從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、基準(zhǔn)定位、工藝工裝設(shè)計(jì)、變形補(bǔ)償?shù)确矫嬗懻撊绾螠p少焊接變形的方法，雖然焊接變形有其不可控性，但是分析并掌握變形規(guī)律，采取相應(yīng)對(duì)策，可以最大限度的減少變形量，達(dá)到尺寸控制目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：輥壓窗框 車(chē)門(mén) 焊接 變形

Analysis and Countermeasures of the Welding Deformation of the Rolled Window Frame Door Assembly

Huang Liequn

Abstract：This paper analyses the welding deformation of the rolled window frame door assembly and discusses the method of how to reduce welding deformation through the structure of the product，datum system design，process design，welding fixture design and deformation compensation. Although the welding deformation is not controllable，but by analyzing and grasping the deformation regularity，and adopting corresponding countermeasures，the deformation can be reduced and dimensional target can be achieved.

Key words：rolled window frame，door，welding，deformation

1 車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)類(lèi)型及其特點(diǎn)

車(chē)門(mén)總成主要由車(chē)門(mén)內(nèi)板、車(chē)門(mén)外板、玻璃導(dǎo)槽、內(nèi)外窗臺(tái)加強(qiáng)板、門(mén)鎖加強(qiáng)板、防撞梁等組成。目前主流的車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有“全尺寸內(nèi)外板結(jié)構(gòu)”、“半開(kāi)放式車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)”和“滾壓窗框結(jié)構(gòu)”這三種類(lèi)型。

全尺寸內(nèi)外板結(jié)構(gòu)的門(mén)總成主要特點(diǎn)是車(chē)門(mén)外板及內(nèi)板均為全尺寸，內(nèi)板與子零件焊接后與外板通過(guò)包邊閉合形成車(chē)門(mén)總成。全尺寸內(nèi)外板結(jié)構(gòu)門(mén)總成的主要優(yōu)點(diǎn)是剛性好、工藝簡(jiǎn)單、制造精度高。但它的缺點(diǎn)是窗框較寬，裝飾性不佳，不符合現(xiàn)代的審美需求，所以此類(lèi)型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)越來(lái)越少。

半開(kāi)放式車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)的門(mén)總成主要特點(diǎn)是使用全尺寸的沖壓內(nèi)板、窗框加強(qiáng)板和一半尺寸的沖壓外板組成，因此車(chē)門(mén)外板尺寸變小，材料的利用率提高，造型設(shè)計(jì)可塑性好，符合現(xiàn)代審美要求。但這種車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是沒(méi)有門(mén)外板上框，因此玻璃上導(dǎo)槽的結(jié)構(gòu)集成度高，設(shè)計(jì)難度和制造難度較大，各零件間的匹配結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且容易出現(xiàn)玻璃升降等功能問(wèn)題，無(wú)法滿足汽車(chē)企業(yè)低成本高價(jià)值的目標(biāo)。

本文主要討論輥壓窗框結(jié)構(gòu)門(mén)總成，此類(lèi)型門(mén)總成主要由輥壓窗框、車(chē)門(mén)內(nèi)板、車(chē)門(mén)外板、外窗臺(tái)加強(qiáng)板、門(mén)鎖加強(qiáng)板、防撞梁等組成。其中輥壓窗框由幾段通過(guò)輥壓工藝成型的導(dǎo)軌和窗臺(tái)內(nèi)板加強(qiáng)板焊接而成，它將車(chē)門(mén)內(nèi)板上部、車(chē)門(mén)外板上部以及玻璃導(dǎo)槽的功能集成在一起，然后與窗臺(tái)內(nèi)板加強(qiáng)板焊接如圖所示。

門(mén)內(nèi)外板尺寸僅為窗臺(tái)以下部分，然后輥壓窗框與門(mén)內(nèi)板在窗臺(tái)位置通過(guò)焊接的方式連接成一個(gè)完整的車(chē)門(mén)，見(jiàn)圖1。這種結(jié)構(gòu)的門(mén)總成優(yōu)點(diǎn)是窗框可以不受沖壓和焊接工藝的限制，寬度可以設(shè)計(jì)得比較窄，有利于造型設(shè)計(jì)和駕駛員的視野需求。[1]并且門(mén)內(nèi)外板尺寸均縮小了幾乎一半，模具成本降低了很多，板材的利用率也大幅提升。由于輥壓窗框門(mén)總成的整體性價(jià)比高，因此被眾多主機(jī)廠采用。

但是，輥壓窗框結(jié)構(gòu)門(mén)總成存在一個(gè)急待解決問(wèn)題，即整個(gè)窗框總成是和門(mén)內(nèi)板焊接連接的，容易出現(xiàn)焊接變形問(wèn)題，制造精度比較難控制，并且尺寸大，剛性強(qiáng)，變形問(wèn)題無(wú)法通過(guò)人工進(jìn)行校正。

因此本文圍繞解決輥壓窗框結(jié)構(gòu)門(mén)總成的焊接變形問(wèn)題進(jìn)行分析和研究。

2 輥壓窗框結(jié)構(gòu)門(mén)總成的工藝順序

如圖所示，輥壓窗框結(jié)構(gòu)門(mén)總成的工藝步驟主要由4個(gè)工序組成，見(jiàn)圖2。

3 輥壓窗框門(mén)總成焊接變形的主要表現(xiàn)

輥壓窗框與門(mén)內(nèi)板合拼焊接，焊點(diǎn)主要集中在窗臺(tái)附近，在焊接過(guò)程中隨著接通焊接電流，焊點(diǎn)位置的溫度迅速上升，在0.5s到達(dá)1500攝氏度;當(dāng)電流被切斷后，由于工件被周?chē)目諝饫鋮s，工件的溫度逐步降低。 焊接結(jié)束后，在熱影響區(qū)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力值在焊接熱影響區(qū)沿著工件厚度方向產(chǎn)生回彈翹曲變形，導(dǎo)致發(fā)生了圍繞窗臺(tái)線的彎曲變形，主要表現(xiàn)為輥壓窗框外翻或內(nèi)收如圖3所示。輥壓窗框往車(chē)身外側(cè)變形的定義為I類(lèi)變形，輥壓窗框往車(chē)身內(nèi)部彎曲變形的定義為II類(lèi)變形，I類(lèi)變形的門(mén)總成裝配到整車(chē)后的故障表現(xiàn)主要是門(mén)框與周圈匹配零件正段差超差、風(fēng)噪、漏水等問(wèn)題。II類(lèi)變形的門(mén)總成裝配到整車(chē)后的故障表現(xiàn)主要是門(mén)框與周圈匹配零件負(fù)段差超差、關(guān)門(mén)力大等問(wèn)題。

4 如何減少變形發(fā)生

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

搭接結(jié)構(gòu)類(lèi)似半包圍式，即輥壓窗框鑲嵌入門(mén)內(nèi)板，需要保證輥壓窗框與門(mén)內(nèi)板非必要接觸面的安全距離，以免出現(xiàn)輥壓窗框與內(nèi)板干涉落不到位的情況，此種情況將會(huì)導(dǎo)致焊接后會(huì)產(chǎn)生更大的彎曲變形，且變形量波動(dòng)大，不利于后續(xù)的校正工作。

4.2 優(yōu)化基準(zhǔn)定位體系

輥壓窗框的輥壓段是腔體結(jié)構(gòu)，剛性比較強(qiáng)，而窗臺(tái)加強(qiáng)板的厚度一般為1.2mm的沖壓薄板，它的剛性相對(duì)弱很多，因此，輥壓窗框的定位體系需要選取剛性較強(qiáng)的輥壓段上，并保證單件、焊合件的所有檢具基準(zhǔn)、焊接工裝夾具基準(zhǔn)的一致性。

4.3 優(yōu)化工裝設(shè)計(jì)

為了焊接熱應(yīng)力釋放的瞬間，工件得到有效地剛性固定，以減少變形發(fā)生。焊接工裝上應(yīng)布局足夠多的剛性?shī)A緊點(diǎn)[2]，輥壓窗框至少布局7組夾緊點(diǎn)，門(mén)內(nèi)板布局8組夾緊點(diǎn)，并且?jiàn)A緊點(diǎn)盡可能對(duì)稱分布。此外夾緊接觸面也做了適當(dāng)加寬設(shè)計(jì)，才能有效控制焊接熱應(yīng)力釋放發(fā)生的變形。

4.4 優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)

輥壓窗框與門(mén)內(nèi)板的連接方式一般為點(diǎn)焊加釬焊，焊接位置主要集中在窗臺(tái)區(qū)域，因此，合理的焊接順序可以有效減少焊接變形。一般原則上優(yōu)先焊接底面，目的是消除兩個(gè)搭接零件間的間隙，然后再焊接立面。

為尋找最優(yōu)方案，我們可制定3～5種焊接順序方案，然后進(jìn)行一一試驗(yàn)，可得出相應(yīng)的3～5種焊接變形結(jié)果，選取焊接變形最小的方案作為最終的工藝方案。[3]

4.5 控制零件關(guān)鍵尺寸

所有輥壓窗框與門(mén)內(nèi)板的接觸面均為關(guān)鍵控制尺寸型面，要求型面公差控制在+/-0.5mm以內(nèi)，接觸的立面需要進(jìn)行偏公差設(shè)計(jì)，內(nèi)板為0～0.3mm，輥壓窗框?yàn)?0.3～0mm，以保證輥壓窗框可順利放入內(nèi)板，如圖4所示。

4.6 變形校正

輥壓窗框與門(mén)內(nèi)板焊接后，彎曲變形已經(jīng)發(fā)生，這時(shí)候可以在引出焊拼臺(tái)，即工序4的平臺(tái)上進(jìn)行變形校正，根據(jù)彎曲變形的兩種表現(xiàn)進(jìn)行反向校正。引出焊平臺(tái)布局一般為門(mén)內(nèi)板朝上，因此針對(duì)I類(lèi)彎曲變形可在引出焊的1～4#夾緊點(diǎn)采取加高支撐夾緊面的措施，針對(duì)II類(lèi)彎曲變形，則在引出焊的1～4#定位點(diǎn)采取降低支撐夾緊面的措施。如圖5所示。

變形補(bǔ)償經(jīng)驗(yàn)值選擇根據(jù)經(jīng)驗(yàn)整理如表1所示，假設(shè)夾緊點(diǎn)位置面差變形量為X。

此變形補(bǔ)償經(jīng)驗(yàn)值僅供參考，實(shí)際的變形補(bǔ)償值與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、子零件的制造偏差、焊接材料的熱物理參數(shù)、 焊點(diǎn)布局、工藝順序、焊接夾具的設(shè)計(jì)、以及裝夾的位置、焊接中真實(shí)焊點(diǎn)位置的偏移等有較大關(guān)系。通常，在子零件制造狀態(tài)比較穩(wěn)定的情況下，即子零件的過(guò)程能力指數(shù)Cpk≥1.33時(shí)，焊接出現(xiàn)的變形量是比較穩(wěn)定的，那么經(jīng)過(guò)3～5次調(diào)試則可鎖定變形補(bǔ)償值。

5 總結(jié)

本文根據(jù)輥壓窗框結(jié)構(gòu)門(mén)總成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其工藝特點(diǎn)，分析了這類(lèi)門(mén)總成焊接變形的產(chǎn)生原因及表現(xiàn)形式，并討論控制和校正變形量的可行措施。

焊接變形一直是焊接專業(yè)的難題，受影響的因素很多，有其不可控性，也有其規(guī)律，掌握解決的思路和方法，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行驗(yàn)證優(yōu)化，才能達(dá)到尺寸控制目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周旸，汽車(chē)車(chē)門(mén)的設(shè)計(jì)探析，時(shí)代汽車(chē)，2020，（10），78-79.

[2]婁萬(wàn)軍，汽車(chē)制造中的焊接變形與控制，黑龍江科學(xué)，2020，11（10），96-97.

[3]王浩，吳華芝，李杰，微車(chē)車(chē)架焊接變形及其控制方法，企業(yè)科技與發(fā)展，2013年第13期.