車(chē)門(mén)烘烤變形原因及改善策略分析

劉禮解，韓 晶，劉 洋，曾心延，蒲少玲

（1.東風(fēng)汽車(chē)集團(tuán)有限公司乘用車(chē)公司，湖北 武漢 430056；2.東風(fēng)汽車(chē)集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430056）

近年來(lái)，隨著汽車(chē)市場(chǎng)的日趨飽和，各大汽車(chē)制造廠都展開(kāi)了白刃化的競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)是全方位的，任何一方面的落后，都有可能造成銷(xiāo)量的下降乃至淘汰出局。外觀精細(xì)感知質(zhì)量能夠給消費(fèi)者帶來(lái)視覺(jué)沖擊，直接影響消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)意愿。各大主機(jī)廠為了提高市場(chǎng)占有率，對(duì)汽車(chē)精細(xì)感知方面要求越來(lái)越嚴(yán)格[1]。

車(chē)門(mén)總成作為整車(chē)重要的外觀覆蓋件，其間隙面差的好壞直接影響外觀精細(xì)感知質(zhì)量的優(yōu)劣。然而，車(chē)門(mén)噴涂過(guò)程中烘烤產(chǎn)生變形，是行業(yè)內(nèi)普遍存在的難題。烘烤變形是多個(gè)因素互相影響累積，涉及到車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)形式、焊接工藝、噴涂工藝等多方面，且很難通過(guò)前期的計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering, CAE）仿真分析得出一個(gè)量化的結(jié)果，只能在試生產(chǎn)早期現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車(chē)驗(yàn)證，通過(guò)總結(jié)實(shí)車(chē)數(shù)據(jù)，優(yōu)化制造工藝降低烘烤變形量[2]。

本文以某車(chē)型車(chē)門(mén)總成為例，通過(guò)幾輪實(shí)物驗(yàn)證試驗(yàn)，調(diào)研車(chē)門(mén)烘烤前和烘烤后間隙面差的變化，然后提出夾具矯形、鉸鏈螺母板適配調(diào)整等調(diào)試方案，同時(shí)對(duì)車(chē)門(mén)導(dǎo)軌、車(chē)門(mén)里板、鉸鏈加強(qiáng)板等結(jié)構(gòu)形式的研究，提出車(chē)門(mén)里板拼焊、車(chē)門(mén)總成包邊后單邊點(diǎn)焊、車(chē)門(mén)鉸鏈加強(qiáng)板與導(dǎo)軌分開(kāi)點(diǎn)焊等焊接工藝，減少后期尺寸匹配缺陷。

1 車(chē)門(mén)烘烤變形現(xiàn)狀

某車(chē)型在小批量試制階段，前后車(chē)門(mén)裝配于白車(chē)身下線后，面差處于合格監(jiān)控范圍內(nèi)，但總裝整車(chē)下線后，前門(mén)下角均高于后門(mén)3 mm～4 mm（尺寸技術(shù)規(guī)范（Dimensional Technical Specification, DTS）設(shè)計(jì)值為（0±1.2）mm）。且經(jīng)驗(yàn)證，后車(chē)門(mén)烘烤變形較少，影響可忽略不計(jì)，主要為前車(chē)門(mén)貢獻(xiàn)，本文主要論述前車(chē)門(mén)變形。

前車(chē)門(mén)經(jīng)噴涂高溫烘烤后，車(chē)門(mén)的強(qiáng)度和剛度有較大提高。因此，通過(guò)局部變形來(lái)實(shí)現(xiàn)間隙面差的調(diào)整比較困難，只能調(diào)整車(chē)門(mén)鎖扣適度緩解。故后工序需要花費(fèi)大量的人力物力來(lái)對(duì)車(chē)輛返修，增加調(diào)整工時(shí)，影響車(chē)輛交付。

2 車(chē)門(mén)烘烤變形數(shù)據(jù)分析

本文采用全尺寸跟蹤實(shí)物驗(yàn)證的試驗(yàn)方法分析車(chē)門(mén)烘烤變形。首先，調(diào)研烘烤前車(chē)門(mén)總成面差，測(cè)點(diǎn)分布如圖1所示。噴涂烘烤后，拆下車(chē)門(mén)，相同的方法調(diào)研面差。此試驗(yàn)共做5次，取其平均值。

圖1 左前車(chē)門(mén)測(cè)點(diǎn)分布圖

圖2 左前車(chē)門(mén)烘烤變形面差變化

圖3 右前車(chē)門(mén)燒烤變形面差變化

如圖2、圖3所示，左前車(chē)門(mén)7—10中縫下角區(qū)域烘烤變形量最大為1.7 mm，其次為15—17號(hào)前車(chē)門(mén)上鉸鏈區(qū)域，最大變形量為0.8 mm。右前車(chē)門(mén)6—11中縫下角區(qū)域烘烤變形量最大為4.5 mm。

2.1 前車(chē)門(mén)上鉸鏈螺母孔3D調(diào)研數(shù)據(jù)

基于前車(chē)門(mén)上鉸鏈和中縫下角兩個(gè)區(qū)域變形量較大，可能有三種結(jié)果：車(chē)門(mén)下角區(qū)域變形、車(chē)門(mén)上鉸鏈區(qū)域變形、下角區(qū)域和車(chē)門(mén)上鉸鏈區(qū)域均有變形。分別對(duì)其烘烤前后進(jìn)行3D調(diào)研，調(diào)研上鉸鏈螺母孔和右下角包邊面區(qū)域，測(cè)點(diǎn)如圖4所示。

圖4 測(cè)點(diǎn)分布圖

表1為左/右前車(chē)門(mén)上鉸鏈螺母孔Y向烘烤變形前后對(duì)比。左前車(chē)門(mén)上鉸鏈螺母孔分別往車(chē)身外側(cè)（Y-）變化1.446 mm，1.914 mm，右前車(chē)門(mén)上鉸鏈螺母孔分別往車(chē)身外側(cè)（Y+）變化1.063 mm，1.273 mm。根據(jù)車(chē)門(mén)與鉸鏈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，車(chē)門(mén)上鉸鏈區(qū)域往車(chē)身內(nèi)側(cè)偏移，中縫下角區(qū)域則往車(chē)身外側(cè)偏移。

表1 左/右前車(chē)門(mén)螺母孔烘烤變形變化

表2為左/右前門(mén)下角區(qū)域2個(gè)特征點(diǎn)Y向烘烤變形變化，數(shù)據(jù)顯示，下角區(qū)域幾乎沒(méi)有變化。

表2 左/右前車(chē)門(mén)右下角區(qū)域烘烤變形變化

數(shù)據(jù)顯示，前車(chē)門(mén)上鉸鏈螺母孔噴涂烘烤后，其位置度發(fā)生變化，由車(chē)門(mén)與鉸鏈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，中縫下部鈑金區(qū)域發(fā)生起翹，面差變大。

3 車(chē)門(mén)烘烤變形原因分析

車(chē)門(mén)噴涂過(guò)程烘烤變形屬于復(fù)合型疑難問(wèn)題，原因較多。根據(jù)以往多個(gè)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，主要分為設(shè)計(jì)缺陷及制造工藝不合理。

3.1 車(chē)門(mén)里板結(jié)構(gòu)形式

車(chē)門(mén)里板一般分為整體式和激光拼焊式，如圖5所示。整體式由沖壓一體成型，里板料厚一般為0.65 mm或0.7 mm。拼焊式采用單板分開(kāi)沖壓工藝，然后通過(guò)激光焊接工藝把兩塊厚度不一的單板合為一快整板，靠近鉸鏈處里板料厚為1.2 mm，較薄處料厚0.65 mm。一般來(lái)說(shuō)，車(chē)門(mén)鉸鏈處的烘烤變形相比其他區(qū)域更大些，強(qiáng)度剛度也要求更高。因此，采用拼焊式里板既可以實(shí)現(xiàn)輕量化，也可以滿(mǎn)足性能要求。

圖5 里板結(jié)構(gòu)形式

3.2 車(chē)門(mén)導(dǎo)軌總成的結(jié)構(gòu)形式

某車(chē)型采用車(chē)門(mén)導(dǎo)軌roof段和鉸鏈加強(qiáng)板設(shè)計(jì)為一體，車(chē)門(mén)導(dǎo)軌和里板窗臺(tái)加強(qiáng)梁在廠內(nèi)焊接，如圖6所示。由于車(chē)門(mén)導(dǎo)軌總成呈U形，不能構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)，且roof段與鉸鏈加強(qiáng)板在供應(yīng)商處焊接，尺寸符合性較差。因此，車(chē)門(mén)導(dǎo)軌總成、鉸鏈螺母板、車(chē)門(mén)里板廠內(nèi)焊接時(shí)，三者貼合面通常存在較大間隙，焊接完成后，會(huì)存在較大焊接應(yīng)力，噴涂烘烤后，應(yīng)力釋放，鉸鏈螺母孔的位置度發(fā)生較大變化。

圖6 車(chē)門(mén)導(dǎo)軌與里板結(jié)構(gòu)圖

3.3 包邊料厚

車(chē)門(mén)里外板一般通過(guò)機(jī)器人滾邊，使其為一個(gè)車(chē)門(mén)總成，包邊厚度理論值應(yīng)為2倍外板料厚與里板料厚之和，包邊厚度越大，滾邊越不實(shí)，里外板貼合性較差。在整車(chē)制造過(guò)程中，車(chē)門(mén)總成會(huì)經(jīng)過(guò)搬運(yùn)、安裝、調(diào)整、抬起、涂裝輔具作用力、電泳液沖擊、烘烤等各種工序，導(dǎo)致內(nèi)外板發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)的狀態(tài)經(jīng)過(guò)噴涂烘烤后固化，發(fā)生較大變形，引起車(chē)門(mén)面差變化[5]。

3.4 車(chē)門(mén)涂膠的影響

為了保證車(chē)身的強(qiáng)度和剛度，提升車(chē)輛的噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness,NVH）性能，焊裝白車(chē)身及各分總成焊接時(shí)，會(huì)對(duì)總成及零件施加折邊膠、減震膠等涂膠工藝。車(chē)門(mén)總成也是如此，在高溫的烘烤下，其應(yīng)力釋放，膠變硬，引起面差變化。經(jīng)驗(yàn)證，使用折邊結(jié)構(gòu)膠的車(chē)門(mén)，經(jīng)噴涂烘烤后面差變化1 mm，不涂折邊結(jié)構(gòu)膠的車(chē)門(mén)，經(jīng)噴涂烘烤后變化0.3 mm[5]。

4 車(chē)門(mén)烘烤變形解決方案

基于以上烘烤變形原因，一般從兩方面提出解決方案：一是在前期車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，提出優(yōu)化方案；二是在實(shí)物驗(yàn)證階段，即工業(yè)化尺寸調(diào)試階段，進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證和綜合匹配[4]。

4.1 車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)及焊接工藝優(yōu)化

1.車(chē)門(mén)里板強(qiáng)度及剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)

在成本允許的情況下，加厚內(nèi)板材料的厚度，選擇變形量較小的鋼材，采用激光拼焊工藝，車(chē)門(mén)里板采用1.2 mm、0.7 mm的板材通過(guò)激光拼焊焊接為一個(gè)整體，增加車(chē)門(mén)鉸鏈側(cè)的強(qiáng)度和剛度，減少變形量。

2.優(yōu)化車(chē)門(mén)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式

車(chē)門(mén)上鉸鏈加強(qiáng)板單獨(dú)設(shè)計(jì)，不與導(dǎo)軌在供應(yīng)商處焊接為一個(gè)整體；車(chē)門(mén)導(dǎo)軌與里板窗臺(tái)加強(qiáng)梁焊接為整體，形成閉環(huán)，增強(qiáng)其尺寸的穩(wěn)定性，避免后期因生產(chǎn)制造、物流運(yùn)輸引起的尺寸波動(dòng)。

3.優(yōu)化焊接工藝

優(yōu)化車(chē)門(mén)的焊接順序，車(chē)門(mén)里板與鉸鏈加強(qiáng)板焊接后，再與導(dǎo)軌總成焊接，減少車(chē)門(mén)焊接變形及焊接應(yīng)力，或增加車(chē)門(mén)單邊點(diǎn)焊，在里外板交疊位置增加局部焊接（傀儡焊、阿普拉斯焊、電弧焊、冷金屬過(guò)渡技術(shù)（Cold Metal Transfer,CMT）焊[5]，防止里外板發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。

4.2 工業(yè)化調(diào)試方案

1.車(chē)門(mén)焊接夾具的調(diào)整矯形

如果前期設(shè)計(jì)沒(méi)考慮烘烤變形，后期調(diào)試則需要做反變形補(bǔ)償，通過(guò)前期的實(shí)物驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)，調(diào)整焊接夾具。如在車(chē)門(mén)防撞桿焊接工序，調(diào)整夾具的支撐壓緊，矯形使面差變低。

2.車(chē)門(mén)鉸鏈螺母板的適配調(diào)整

車(chē)門(mén)鉸鏈螺母板與里板焊接，車(chē)門(mén)鉸鏈一端與車(chē)身相連，另一端與鉸鏈螺母板螺栓連接，螺母板的位置決定了車(chē)門(mén)裝配于車(chē)身的姿態(tài)。3D調(diào)研結(jié)果顯示，某車(chē)型車(chē)門(mén)在噴涂烘烤過(guò)程發(fā)生變形，上鉸鏈螺母孔的位置往車(chē)身外側(cè)偏1.0 mm左右，通過(guò)杠桿效應(yīng)的放大，中縫下角區(qū)域面差比后門(mén)高2.0 mm。調(diào)整車(chē)門(mén)上鉸鏈螺母板焊接夾具定位銷(xiāo)，如圖6所示，改變鉸鏈螺母板的焊接位置，調(diào)整車(chē)門(mén)姿態(tài)，使前門(mén)右下部區(qū)域面差低于后門(mén)。

3.加強(qiáng)車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)件的尺寸管控

車(chē)門(mén)里板、車(chē)門(mén)導(dǎo)軌、鉸鏈加強(qiáng)板、車(chē)門(mén)里板窗臺(tái)加強(qiáng)梁等關(guān)鍵零部件，需要重點(diǎn)管控其尺寸的符合性，保證焊接面貼合良好。

5 結(jié)論

車(chē)門(mén)噴涂過(guò)程的烘烤變形問(wèn)題屬于跨專(zhuān)業(yè)跨部門(mén)的行業(yè)疑難問(wèn)題, 受多種因素影響，每臺(tái)車(chē)變形量都不穩(wěn)定。前期車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)將噴涂烘烤變形作為限制條件，進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，采用車(chē)門(mén)導(dǎo)軌與鉸鏈加強(qiáng)板分開(kāi)焊接，車(chē)門(mén)導(dǎo)軌與里板窗臺(tái)加強(qiáng)梁設(shè)計(jì)為一個(gè)閉環(huán)，采用激光拼焊式里板等。

尺寸工程、焊裝工藝、涂裝工藝等專(zhuān)業(yè)工程師應(yīng)從各自角度，根據(jù)以往的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，做出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判，提出設(shè)計(jì)反饋。如車(chē)門(mén)包邊后增加單邊點(diǎn)焊、優(yōu)化結(jié)構(gòu)件焊接順序、優(yōu)化噴涂烘烤的溫度，工位布置順序、涂裝輔具的布置等。

在小批量試制階段，尺寸工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)通過(guò)多輪實(shí)物驗(yàn)證試驗(yàn)，研究變形規(guī)律，得出一個(gè)穩(wěn)定的變形量，然后實(shí)施夾具的調(diào)整做反變形補(bǔ)償。同時(shí)，對(duì)關(guān)鍵零部件尺寸做好嚴(yán)格管控，保證焊接貼合良好。