汽車行李箱密封條漏水問題分析與優(yōu)化

趙艷青，呂均益，呂 程，黃 濤，孫士煒，余家輝

（上汽大眾汽車有限公司長(zhǎng)沙分公司，長(zhǎng)沙 410132）

0 引言

密封條分布于整車的車門、車窗、天窗、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、行李箱等各個(gè)位置，具有密封、防噪、防水等重要功能[1-2]。車輛制造企業(yè)采用標(biāo)準(zhǔn)的雨淋實(shí)驗(yàn)條件，噴淋系統(tǒng)以大于25 L/min 的流量360°對(duì)整車進(jìn)行雨淋實(shí)驗(yàn)。近乎苛刻的實(shí)驗(yàn)條件足夠發(fā)現(xiàn)和預(yù)見交付車輛可能發(fā)生的漏水問題。行李箱密封條位于整車后部，對(duì)于整車后部的防水功能起著重要作用。一方面，通過密封條海綿泡管與行李箱蓋壓縮配合，形成一道防水密封；另一方面，通過行李箱密封條U 型槽下端、內(nèi)部擋水唇邊和不干膠與鈑金夾緊密封。

密封條的防水設(shè)計(jì)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展也逐步成熟，如：設(shè)置多個(gè)海綿膠擋水唇邊，使密封條緊貼于鈑金型面上；增加輔助密封的不干膠，防止密封條與鈑金裝配后，雨從車身鈑金間存在的間隙滲進(jìn)行李箱內(nèi)；通過CAE 模擬和實(shí)際裝車跟蹤驗(yàn)證海綿泡尺寸和結(jié)構(gòu)等斷面形貌是否合適[3-6]。由于需要與鈑金配合，密封條有金屬骨架。為保證密封條與鈑金之間的夾緊力，滾壓槍的選擇也尤為重要。目前，行李箱密封條多使用扭矩扳手配置專門滾壓夾頭的設(shè)計(jì)，門框密封條也有使用機(jī)器人自動(dòng)滾壓技術(shù)[7-9]。

本研究涉及的汽車行李箱密封條同樣是采用扭矩扳手配置專門滾壓夾頭的設(shè)計(jì)，并監(jiān)控滾壓槍滾輪的間隙，以保證穩(wěn)定的滾壓工藝。密封條防水設(shè)計(jì)海綿泡管為第一道防水密封，上、下各3 個(gè)防水唇邊，并用不干膠進(jìn)行輔助密封，項(xiàng)目前期通過模擬和裝車驗(yàn)證防水性能良好。行李箱密封條斷面與鈑金的配合形式見圖1。對(duì)此次批量生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的行李箱漏水問題，通過對(duì)行李箱密封條、車身鈑金和滾壓工藝進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)和完善批量控制中疏漏的滾壓工藝控制點(diǎn)，以及行李箱密封條滾壓前后對(duì)應(yīng)拔出力和鈑金尺寸配合控制參數(shù)，對(duì)后續(xù)批量控制具有指導(dǎo)意義。

圖1 行李箱密封條和鈑金的配合形式Fig.1 Matching form of trunk sealing strip and sheet metal

車輛在進(jìn)行雨淋實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)行李箱密封條下部左右兩側(cè)位置漏水，漏水率約20%。進(jìn)水點(diǎn)為兩側(cè)頂部位置，水順鈑金而下，在下部?jī)蓚?cè)位置穿過U 型槽進(jìn)入行李箱。從現(xiàn)場(chǎng)裝配狀態(tài)來看，此為密封條不能完全夾緊鈑金導(dǎo)致的漏水。漏水路徑如圖2 所示。

圖2 行李箱密封條漏水路徑Fig.2 Leakage path of trunk sealing strip

1 行李箱密封條漏水原因分析

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可能導(dǎo)致行李箱密封條漏水的因素有：

1）鈑金尺寸。一方面，鈑金過厚，密封條無法安裝到位，密封條底唇與鈑金面接觸不夠，水流從U 型槽內(nèi)部越過鈑金止口流入行李箱；另一方面，鈑金從多層板到少層板過渡時(shí)，落差太大，密封條斷面的牙齒和膠也無法填滿落差縫隙。

2）密封條。密封條斷面有偏差、密封條骨架硬度不合格或本身的夾緊力不夠，導(dǎo)致密封條無法正常安裝到位。

3）滾壓槍。滾壓速度或滾壓槍夾頭之間的間隙不滿足要求，導(dǎo)致密封條U 型槽無法滾壓到位，夾緊力不夠。

1.1 鈑金厚度和漏水位置分析

從進(jìn)水點(diǎn)到下部進(jìn)入車箱的漏水點(diǎn)，自上而下用游標(biāo)卡尺測(cè)量漏水車輛一周密封條的鈑金厚度，厚度均符合圖紙要求，其中5 個(gè)拐點(diǎn)的數(shù)據(jù)見表1。下部雨水進(jìn)入車廂位置的鈑金厚度較厚，且該位置鈑金從兩側(cè)向中間由3 層板變?yōu)? 層板，鈑金總厚度由約4.5 mm 變?yōu)?.8 mm，厚度不均勻，為拐角位置。鈑金變厚后，滾壓過程中密封條骨架變形容易受阻，導(dǎo)致此處是相對(duì)容易進(jìn)水的位置。

表1 水流經(jīng)過區(qū)域鈑金厚度Table 1 Thickness of sheet metal in the area where water flows mm

1.2 密封條斷面和材料性能測(cè)試

用斷面投影儀觀察密封條斷面可知，擋水唇邊、夾持部位開口尺寸和密封齒均正常，與標(biāo)準(zhǔn)斷面對(duì)比未見明顯差異（圖3）。根據(jù)PV 3365[10]測(cè)試滾壓前后密封條的拔出力，結(jié)果均合格。滾壓前的密封條拔出力為45 N/100 mm（標(biāo)準(zhǔn)要求＞40 N/100 mm），滾壓后的密封條拔出力為102 N/100 mm（標(biāo)準(zhǔn)要求＞100 N/100 mm）。根據(jù)DIN EN 10139[11]測(cè)試密封條骨架的機(jī)械強(qiáng)度，鋼帶的抗拉強(qiáng)度為604～610 MPa，符合技術(shù)條件要求（≥590 MPa）。根據(jù)TL 52704-B[12]測(cè)試密封條硬膠的硬度，肖氏硬度為 67.5，結(jié)果合格（標(biāo)準(zhǔn)要求為70±5）。漏水車輛和正常車輛的行李箱密封條材料和斷面的性能均合格，不是導(dǎo)致漏水的根本原因。

圖3 漏水車輛密封條斷面形貌Fig.3 Section morphology of sealing strip of leaking vehicle

1.3 滾壓工藝對(duì)滾壓程度的影響分析

現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)滾壓槍狀態(tài)，該行李箱密封條相關(guān)的滾壓槍有2 把，均為擰緊用槍體加槍頭。2 把槍的滾輪間隙一致，滾輪軸間隙為19 mm。但2 把槍的滾輪轉(zhuǎn)速分別為460、720 r/min，該轉(zhuǎn)速直接影響滾壓槍的滾壓速度。因?yàn)槁┧恢免k金厚度不均勻，轉(zhuǎn)速太大會(huì)使鈑金厚度突變位置密封條骨架來不及變形，鈑金拔出力變小，最終導(dǎo)致漏水。模擬整車狀態(tài)，用測(cè)力計(jì)測(cè)試不同轉(zhuǎn)速下鈑金厚度增大位置的拔出力，結(jié)果見圖4。隨滾壓槍轉(zhuǎn)速的增大，拔出力逐步變小。當(dāng)轉(zhuǎn)速為460 r/min時(shí)，拔出力約94 N/100 mm；轉(zhuǎn)速為720 r/min 時(shí)，拔出力只有約87 N/100 mm。

圖4 不同滾壓轉(zhuǎn)速下行李箱條的拔出力Fig.4 Pullout force of trunk strip under different rolling speeds

對(duì)漏水位置鈑金厚度增大處的截面進(jìn)行分析。滾壓槍滾輪直徑為11 mm，密封條骨架厚度為0.7 mm，如圖5 所示。滾輪和鈑金之間（圖5 中A 處）有約2.27 mm 的間隙，需要用不干膠和密封條進(jìn)行填充才不會(huì)導(dǎo)致滾壓后的密封條與鈑金之間有間隙，達(dá)到避免漏水的目的。滾壓速度過快，密封條的不干膠在較大力作用下容易被擠出，且密封條骨架變形容易回彈，兩者的共同作用導(dǎo)致水從該位置穿過U 型槽進(jìn)入車廂內(nèi)。

圖5 行李箱密封條滾壓至車身的截面示意圖Fig.5 Schematic cross section of trunk sealing strip rolled to body

2 改進(jìn)措施

針對(duì)此次漏水原因分析，提出以下改進(jìn)措施：

1）對(duì)漏水車輛再次用滾壓槍返工滾壓，雨淋測(cè)試確認(rèn)合格后再報(bào)交。

2）優(yōu)化滾壓槍的轉(zhuǎn)速由720 r/min 調(diào)至460 r/min，后小批量裝車驗(yàn)證158 臺(tái)車，未見漏水車輛。批量切換后跟蹤整車狀態(tài)2 個(gè)月，也未發(fā)現(xiàn)漏水車輛。

3）將滾壓槍的轉(zhuǎn)速和槍頭滾輪之間的間隙一起納入滾壓槍的日常監(jiān)控。

4）增加車身行李箱鈑金厚度變化位置的鈑金厚度定期測(cè)量和監(jiān)控，厚度突變最大不得超過1.5 mm，總厚度不超過5 mm。

3 結(jié)論

1）行李箱條對(duì)應(yīng)一圈鈑金的厚度對(duì)密封條與鈑金的密封性起著重要作用，特別是轉(zhuǎn)角和鈑金厚度變化的位置。

2）現(xiàn)場(chǎng)使用的滾壓槍隨滾輪轉(zhuǎn)速的增大，密封條拔出力變小。在其他條件一致的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)速由460 r/min 提高至720 r/min 時(shí)，拔出力由94 N/100 mm 降至87 N/100 mm。

3）汽車行李箱漏水原因是滾壓槍滾壓速度過快，在車身鈑金轉(zhuǎn)角厚度較大時(shí)，密封條骨架回彈，導(dǎo)致密封條與鈑金之間夾緊力不夠，進(jìn)而在大的雨淋水壓下，水經(jīng)過行李箱密封條的U 型槽進(jìn)入。