車(chē)門(mén)鈑金異響解決方法介紹與探究

胡迪航　袁一川　鄭海林　余匯青　程媛

摘 要：汽車(chē)異響問(wèn)題嚴(yán)重影響用戶(hù)的駕乘體驗(yàn)，文章從一個(gè)車(chē)門(mén)鈑金異響的實(shí)例入手，對(duì)其異響來(lái)源，產(chǎn)生原因，解決措施及驗(yàn)證進(jìn)行了深入的介紹。主要探討了鈑金間隙中電泳涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）對(duì)異響形成的影響，建立了振動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)其從材料機(jī)理上做出了解釋。最終通過(guò)烘烤溫度和時(shí)間的提升，提高了電泳涂層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，徹底消除了此類(lèi)異響。文章提出的異響分析方法為相關(guān)工作的開(kāi)展提供了思路。

關(guān)鍵詞：電泳涂層 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 鈑金異響

1 前言

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)品種類(lèi)不斷拓展成熟，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)品質(zhì)的要求也在逐步提高。汽車(chē)的各類(lèi)質(zhì)量問(wèn)題日益受到關(guān)注，汽車(chē)異響是其中最被顧客抱怨的問(wèn)題之一。根據(jù)汽車(chē)之家2022年度投訴分析報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，在所有汽車(chē)質(zhì)量投訴中，汽車(chē)異響投訴達(dá)到了19.9%，位于投訴榜前三，嚴(yán)重影響駕乘體驗(yàn)，破壞駕駛者和乘客的心情。異響的來(lái)源眾多，主要包括線(xiàn)束、內(nèi)外飾、車(chē)身鈑金、發(fā)動(dòng)機(jī)等等。絕大多數(shù)異響源在車(chē)體封閉區(qū)域或內(nèi)外飾遮擋區(qū)域，確認(rèn)異響源和返修極為不便。這往往會(huì)導(dǎo)致用戶(hù)在多次反復(fù)抱怨后，異響問(wèn)題仍無(wú)法解決，嚴(yán)重影響品牌形象和產(chǎn)品銷(xiāo)售[1]。

行業(yè)內(nèi)通常將車(chē)身異響分為車(chē)身鈑金異響、發(fā)動(dòng)機(jī)異響、變速箱異響、制動(dòng)異響等。其中鈑金異響是較為常見(jiàn)的一種。本文通過(guò)發(fā)生的一起車(chē)門(mén)鈑金異響問(wèn)題，從異響來(lái)源，產(chǎn)生原因，解決措施及驗(yàn)證等方面進(jìn)行討論和探究，為此類(lèi)問(wèn)題的解決提供了一種分析思路。

2 鈑金異響產(chǎn)生機(jī)理

聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生，發(fā)出聲音的物體被稱(chēng)為聲源。汽車(chē)車(chē)身，前后蓋及車(chē)門(mén)由千百個(gè)鈑金件經(jīng)過(guò)焊接、膠接、螺栓裝配等各種工藝組合而成，鈑金件的搭接固定方式有2層，3層，4層等等搭接關(guān)系，各個(gè)鈑金部件之間也存在著不同的間隙，在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)與路面?zhèn)鬟f過(guò)來(lái)的振動(dòng)共同作用下，鈑金之間極易產(chǎn)生不規(guī)則的摩擦與變形，從而導(dǎo)致異響的產(chǎn)生[2]。

產(chǎn)生鈑金異響的原因通常有以下幾種：（1）設(shè)計(jì)原因，比如設(shè)計(jì)抗扭強(qiáng)度不夠，鈑金間隙設(shè)計(jì)過(guò)小，焊點(diǎn)布置不合理，搭接面積過(guò)小等等；（2）制造原因，比如沖壓件毛刺、變形，焊接偏移、脫焊，尺寸偏差導(dǎo)致的干涉等等；（3）涂裝烘烤原因，比如烘烤不到位形成的熱應(yīng)力，粘漆音，漏涂膠等等。

3 車(chē)門(mén)異響實(shí)例分析驗(yàn)證

3.1 車(chē)門(mén)異響來(lái)源

某車(chē)型行駛過(guò)程中在經(jīng)過(guò)顛簸路面時(shí)出現(xiàn)前車(chē)門(mén)異響，將異響車(chē)門(mén)拆下后，發(fā)現(xiàn)用手輕輕敲擊車(chē)門(mén)內(nèi)板可以使鈑金異響復(fù)現(xiàn)，通過(guò)“聽(tīng)、摸、看”的方式，確定異響產(chǎn)生的區(qū)域位于車(chē)門(mén)內(nèi)部靠近窗框位置。將該車(chē)門(mén)進(jìn)行解剖，最終鎖定異響來(lái)源為防撞管和窗框板之間（結(jié)構(gòu)如圖1所示）。

3.2 車(chē)門(mén)異響分析

為進(jìn)一步鎖定異響源頭，對(duì)該區(qū)域零件生產(chǎn)工序進(jìn)行排查，主要工序如下，防撞管焊接到窗框板上，再經(jīng)過(guò)后道電泳和油漆工序。按常規(guī)異響分析思路，對(duì)焊點(diǎn)排布，焊接質(zhì)量進(jìn)行分析。該區(qū)域共8個(gè)焊點(diǎn)，且排布符合設(shè)計(jì)要求，通過(guò)焊點(diǎn)破鑿檢查焊接質(zhì)量，焊核直徑均大于3.4mm，符合要求。同時(shí)，分別對(duì)焊接完防撞管電泳前和電泳后的門(mén)板進(jìn)行敲擊模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電泳前門(mén)板均未出現(xiàn)異響，電泳后門(mén)板則出現(xiàn)大比例異響，從而確定異響是經(jīng)過(guò)電泳后產(chǎn)生，與電泳工序密切相關(guān)。

對(duì)異響區(qū)域做進(jìn)一步觀察分析，基于理論設(shè)計(jì)，防撞管與窗框板焊接后貼合，設(shè)計(jì)間隙應(yīng)為0（見(jiàn)下圖2），而實(shí)際生產(chǎn)中，不可避免會(huì)出現(xiàn)局部區(qū)域縫隙。通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)零件在該處的間隙范圍為0-0.65mm。

間隙的存在使該處在形成電泳液堆積，最終導(dǎo)致電泳涂層堆積偏厚。常規(guī)的電泳漆涂層厚度在20-30μm，而涂層堆積處厚度實(shí)測(cè)高達(dá)150μm左右。該區(qū)域位于門(mén)板內(nèi)部，零件進(jìn)入烘房后該處溫度相對(duì)外部偏低，再加上偏厚的涂層影響，會(huì)導(dǎo)致涂層固化交聯(lián)不足，最終形成硬度偏軟的堆積涂層（見(jiàn)下圖3）。彈性涂層的存在可能是導(dǎo)致異響產(chǎn)生的根本原因。

3.3 鈑金異響理論力學(xué)模型

基于振動(dòng)理論模型，一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)必然具備彈性元件和質(zhì)量元件，也就是具有彈性和慣性的系統(tǒng)才會(huì)振動(dòng)[3]。當(dāng)系統(tǒng)受到外界動(dòng)態(tài)作用力的持續(xù)激勵(lì)時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)將會(huì)持續(xù)下去。系統(tǒng)在外界持續(xù)激勵(lì)下引起的振動(dòng)稱(chēng)為強(qiáng)迫振動(dòng)，它是系統(tǒng)對(duì)外部激勵(lì)的響應(yīng)。系統(tǒng)的激勵(lì)可以是力，也可以是位移、速度和加速度。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)敲擊門(mén)內(nèi)板復(fù)現(xiàn)鈑金異響的情況推斷，在經(jīng)過(guò)顛簸路面時(shí)，車(chē)門(mén)受到路面的激勵(lì)，鈑金隨之振動(dòng)，窗框板和防撞管之間存在微小間隙，防撞管相對(duì)窗框板振動(dòng)，當(dāng)振幅大于兩板之間的間隙時(shí)，發(fā)生碰撞產(chǎn)生異響。

根據(jù)以上現(xiàn)狀，其振動(dòng)力學(xué)符合單自由度振動(dòng)系統(tǒng)中的受迫振動(dòng)模型，如圖4所示：

假設(shè)窗框板固定不動(dòng)。防撞管受外部激勵(lì)振動(dòng)，屬于振動(dòng)系統(tǒng)中的質(zhì)量元件；防撞管和窗框板之間存在間隙，且被電泳涂層填充。那么當(dāng)涂層表現(xiàn)出彈性時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)成立，防撞管與窗框板之間形成受迫振動(dòng)，如果外部激勵(lì)超過(guò)一定的程度，使防撞管和窗框板之間的振幅大于兩者間隙，這兩個(gè)鈑金件就會(huì)相互撞擊發(fā)出異響。

其力學(xué)方程可以表示為：

mx"+cx'+kx=F（t0）

其中m表示防撞管質(zhì)量，c表示阻尼系數(shù)，k表示彈性系數(shù)，F(xiàn)表示激勵(lì)力。x，x，x分別是位移、速度和加速度。

3.4 電泳涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對(duì)車(chē)門(mén)異響的影響

基于以上分析，當(dāng)間隙中的涂層表現(xiàn)出彈性，且系統(tǒng)受到一定程度的外部激勵(lì)時(shí)，系統(tǒng)形成受迫振動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生異響。電泳涂層主要成分為環(huán)氧樹(shù)脂，作為一種典型的高分子材料，具備高分子材料的基本特性，即當(dāng)環(huán)境溫度高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)，涂層表現(xiàn)出高彈態(tài)，受較小力就可發(fā)生大的形變，外力去除后可完全恢復(fù)；當(dāng)環(huán)境溫度低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，涂層表現(xiàn)出玻璃態(tài)，剛性大，外力作用下只發(fā)生極其微小的形變[4]。

高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可通過(guò)差示掃描量熱儀（DSC）進(jìn)行測(cè)量[5]，對(duì)異響件間隙中的電泳涂層和外板正常區(qū)域電泳涂層進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果如表1所示。該測(cè)試結(jié)果表明，在異響區(qū)域堆積的電泳涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，玻璃化溫度起始點(diǎn)接近夏季戶(hù)外常溫，當(dāng)環(huán)境溫度較高，且超過(guò)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，電泳涂層表現(xiàn)出高彈態(tài)，振動(dòng)系統(tǒng)成立，外部激勵(lì)到一定程度就會(huì)產(chǎn)生異響。

電泳涂層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高低與涂層的樹(shù)脂結(jié)構(gòu)和聚合度有關(guān)，在涂層單體結(jié)構(gòu)不變的情況下，聚合度就是唯一影響其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的因素。聚合度的高低受烘烤溫度，烘烤時(shí)間和升溫速率影響。為驗(yàn)證烘烤溫度和烘烤時(shí)間對(duì)該電泳涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響，對(duì)完成電泳的金屬樣板分別進(jìn)行180℃下不同烘烤時(shí)間和15分鐘烘烤時(shí)間下不同烘烤溫度實(shí)驗(yàn)，測(cè)試其玻璃化溫度。該實(shí)驗(yàn)電泳過(guò)程在車(chē)間隨線(xiàn)完成，為方便溫度的調(diào)節(jié)設(shè)定，烘烤過(guò)程在實(shí)驗(yàn)室小型烘箱中完成。結(jié)果如圖5所示。由此可以確認(rèn)該電泳涂層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著烘烤溫度的提高，烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)而上升。

3.5 異響消除措施驗(yàn)證

根據(jù)以上結(jié)論，適當(dāng)提高電泳烘房的溫度，延長(zhǎng)烘烤時(shí)間可以提升電泳涂層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從而使防撞管和窗框板之間無(wú)法形成振動(dòng)系統(tǒng)，徹底解決異響問(wèn)題。因此，在符合電泳漆烘烤窗口要求的前提下，將烘房的烘烤溫度由原來(lái)的175℃提升到183℃，烘烤時(shí)間由33分鐘增加到40分鐘。對(duì)優(yōu)化后位于防撞管和窗框板之間的堆積電泳涂層再次進(jìn)行玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)試，結(jié)果顯示，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從原來(lái)的35℃左右提升至75℃左右，該溫度超過(guò)汽車(chē)日常環(huán)境使用溫度，該區(qū)域無(wú)法形成振動(dòng)系統(tǒng)，從而可消除異響問(wèn)題。同時(shí)對(duì)優(yōu)化后車(chē)門(mén)進(jìn)行內(nèi)板敲擊模擬驗(yàn)證，均無(wú)異響產(chǎn)生，表明措施明確有效。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一起由電泳涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低引起的車(chē)門(mén)鈑金異響案例，通過(guò)振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型建立分析了電泳涂層玻璃化溫度對(duì)鈑金振動(dòng)系統(tǒng)的影響。當(dāng)環(huán)境溫度高于涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，涂層呈高彈態(tài)，形成振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)環(huán)境溫度低于涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，涂層呈玻璃態(tài)，無(wú)法形成振動(dòng)系統(tǒng)。因此通過(guò)提升烘烤溫度，增加烘烤時(shí)間，可提高涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，破壞振動(dòng)系統(tǒng)形成，消除異響。

同時(shí)對(duì)生產(chǎn)和設(shè)計(jì)上的建議如下：

（1）基于當(dāng)前節(jié)能環(huán)保理念，可以對(duì)電泳涂料進(jìn)行高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，提高分子剛度，使其固化溫度和時(shí)間降低，從而確保涂層滿(mǎn)足玻璃化溫度要求的情況下，降低能耗，提升生產(chǎn)節(jié)拍。

（2）對(duì)此類(lèi)存在間隙的鈑金焊接面，可以通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低間隙的面積，來(lái)減少電泳液沉積，比如凹凸臺(tái)設(shè)計(jì)，僅焊接極少區(qū)域有間隙，加大其它區(qū)域間隙。

（3）在實(shí)際生產(chǎn)中為防止因結(jié)構(gòu)原因引起的產(chǎn)品內(nèi)部區(qū)域烘烤溫度不足，可以通過(guò)增加傳感器，加強(qiáng)內(nèi)部間隙區(qū)域溫度監(jiān)控，據(jù)此可根據(jù)不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的烘烤爐溫曲線(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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