一種固定式機蓋方案的前期工藝研究

李波 安敦仁 劉連超 趙鵬

（上海格麟倍科技發(fā)展有限公司，上海 201100）

1 前言

近些年，新能源汽車競爭激烈，車型不斷推陳出新，燃油車不常采用的新設(shè)計、新工藝不斷涌現(xiàn)。相較于發(fā)動機，純電動車型的電機結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，故障率低，機艙開啟頻次很低。另外，電動車機艙內(nèi)存在高壓電，出于安全考慮，不主張用戶開啟。因此，某純電動多用途車型（MPV）提出固定式機蓋設(shè)計，即取消機蓋鉸鏈，增加機蓋固定插銷結(jié)構(gòu)，與機蓋鎖共同固定住機蓋，需要使用專用工具才能打開。該方案可降低成本，提高產(chǎn)品競爭力。

2 全工藝流程方案選定

固定式機蓋制造工藝涉及焊裝、涂裝和總裝，其中的難點在于涂裝和總裝，為實現(xiàn)固定式機蓋方案，提出了4 種可行方案，如表1 所示。

表1 4種工藝方案簡述

方案1 在焊裝階段安裝鉸鏈工裝，涂裝階段不需要調(diào)整改造，總裝階段拆卸鉸鏈工裝，裝上機蓋固定套件，但此方案最大問題是鉸鏈工裝與車身接觸面沒有電泳漆，即使與內(nèi)外飾安裝孔共用，無法避免腐蝕。為了規(guī)避風(fēng)險，方案2 和方案3 提出了機蓋隨車身掛件電泳后，再更換鉸鏈工裝或開發(fā)噴涂掛具。由于掛件電泳不利于機蓋變形控制，難以避免電泳質(zhì)量問題，掛具噴涂節(jié)拍損失大，因此，2 種方案仍需改進。方案4（圖3）不使用鉸鏈工裝，將機蓋固定在一個角度進行涂裝，滿足前處理/電泳、涂膠及噴涂需求，相比前3 種方案，對焊裝與總裝影響很小，但是開啟角度仍需進一步驗證。

上述4 種方案從制造成本、防腐影響、變形影響、外觀影響、裝配影響進行綜合考慮。將影響程度分為6 個級別：1 級代表影響最小，防腐與外觀最優(yōu)，制造成本最低；6 級則代表影響最大，腐蝕風(fēng)險、變形風(fēng)險及制造成本等最高。4 種方案影響等級對比如圖4 所示，綜合分析最終選擇方案4，即機蓋打開一定角度固定在治具插銷位置，整個涂裝工藝流程不改變角度，對總裝影響最低。

3 機蓋固定開啟角度選定

總裝同步工程（Synchronization Engineering，SE）部門反饋，機蓋固定角度開啟為30～70°可滿足總裝裝配空間需求，而70°是最理想開啟角度。接下來，重點分析不同開啟角度對涂裝相關(guān)工段的影響，確定影響最小的開啟角度。

3.1 對排氣瀝液的影響

白車身進入電泳槽后，白車身內(nèi)腔殘存的氣體無法排除，影響電泳漆附著，降低電泳漆上漆率，最終影響車身防腐性能。積液是白車身出電泳槽后自身殘留的液體，會導(dǎo)致串槽、電泳不良、電泳流痕及烘烤不良等問題。因此，在空腔結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)包含排液、排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計。本研究中車型所使用的前處理/電泳生產(chǎn)線，為45°出入槽的擺桿線，結(jié)合運用Alsim 和Merge 仿真軟件進行精準仿真，得到白車身內(nèi)部氣泡及電泳殘液的分布情況，再結(jié)合機蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)，找出合適的機蓋開啟角度。

3.1.1 排氣瀝液仿真流程

排氣瀝液仿真流程如圖5所示，建立與實際生產(chǎn)線相同的運動軌跡直接影響仿真分析的準確性。

3.1.2 排氣瀝液問題

在前期SE 分析中，提出在內(nèi)板上增加排氣排液孔（圖6）。利用排氣瀝液仿真軟件分別對開啟30°和70°進行仿真分析，氣體均能通過增加的排氣孔排出，只是時間上有差異；絕大部分積液能及時排出，局部小的積液結(jié)構(gòu)可通過調(diào)整內(nèi)板進行優(yōu)化（圖7）。因此，整個機蓋都能覆蓋電泳漆膜，滿足防腐要求。

3.2 對變形控制的影響

在前處理/電泳時，機蓋會受到來自電泳液流體的作用力。主要會受到自身重力、流體阻力、機蓋積氣引起的浮力、積液引入電泳液的重力的共同作用。根據(jù)以往實際電泳拆車經(jīng)驗，機蓋在經(jīng)過電泳后面差增大，嚴重時甚至影響后續(xù)外飾件裝配。

對于45°擺桿線而言，機蓋開啟角度越大，受槽液流體阻力越大。因此，開啟角度為30°或70°均需要從工裝設(shè)計角度降低槽液流體阻力對機蓋變形的影響。根據(jù)以往車型經(jīng)驗，將電泳工裝由中部1 點支撐優(yōu)化為3 點支撐（圖8）能有效改善流體阻力對機蓋變形的影響。

另外，上文已提到使用排氣瀝液仿真軟件，對機蓋在泳池中各個階段的積氣、積液進行分析，解決了防腐問題。排氣瀝液仿真軟件能夠輸出各個時間段機蓋上積氣位置、輪廓和體積，直觀分析在泳池中受到的浮力。分析發(fā)現(xiàn)，機蓋腔體內(nèi)的積氣面積隨開啟角度變大而加增大，排出時間隨開啟角度變大而增長（圖9），開啟角度為70°時，受浮力影響最大。因此，從變形控制的角度，開啟30°更有利于變形控制。

3.3 對噴涂的影響

3.3.1 對機蓋外板的影響

開啟角度為70°時，機蓋就像一堵墻立在前風(fēng)擋區(qū)域（圖10），在門框區(qū)域進行內(nèi)噴時，漆霧顆粒飛散到機蓋外表面，造成色差、顆粒等質(zhì)量問題。從機蓋外板漆膜質(zhì)量控制角度來說，機蓋開啟角度越小越好。

圖1 機蓋裝配插銷孔與治具插銷孔位置示意

圖2 機艙裝配作業(yè)示意

圖3 方案4全工藝流程

圖4 4種方案對不同因素的影響程度

圖5 排氣瀝液仿真流程

圖6 機蓋內(nèi)板增加排氣排液孔

圖7 機蓋內(nèi)板積液結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖8 電泳工裝采用3點支撐

圖9 機蓋開啟30°與70°氣體排出時間對比

圖10 機蓋開啟70°時前門框內(nèi)噴示意

3.3.2 對機蓋噴涂的影響

內(nèi)板模擬噴涂發(fā)現(xiàn)，前蓋內(nèi)板后側(cè)區(qū)域與插銷撐板背面噴涂困難（圖11）。將插銷長度加長40 mm，從而使機蓋X向前移30 mm，機蓋后空間變大，噴涂角度變大，后部區(qū)域機器人可進行噴涂。撐板背面噴涂有所改善，對標有鉸鏈車型，與鉸鏈遮擋區(qū)域類似，經(jīng)質(zhì)量評估，固定式機蓋撐板噴涂狀態(tài)可接受。

圖11 機蓋開啟30°時內(nèi)板噴涂困難區(qū)域

通過排氣瀝液仿真軟件對開啟一定角度后的機蓋積氣積液問題、變形控制的影響以及對噴涂外觀影響的分析，確定了開啟角度為30°為最佳方案。

4 結(jié)束語

此次固定式機蓋方案開發(fā)，在SE 階段有效識別出可能存在的各項問題，借助排氣瀝液仿真軟件對積氣積液位置與體量進行了準確的分析，通過積氣積液時間對不同開啟角度情況下的變形風(fēng)險進行分析，后續(xù)主要改進如下。

a.在變形影響分析中存在局限性，后續(xù)項目可借助專業(yè)流體仿真分析軟件Simerics 對白車身在電泳過程中電泳液的流場狀態(tài)進行分析，可分析機蓋表面在不同開啟角度下的受力分布。借助傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析軟件，將流固耦合邊界條件合并導(dǎo)入，綜合分析車身結(jié)構(gòu)、焊接、鉚接工藝以及電泳工藝對鈑金變形的影響；

b.在噴涂影響分析中，后續(xù)項目可借助IPS 軟件的Spray 與Robotics 模塊進行仿真分析。