基于鋁溫成型內(nèi)板的車門總成尺寸育成探究

王硯紅　黃露　雷舸

摘 要：本文介紹了汽車行業(yè)內(nèi)首款應用鋁溫成型內(nèi)板的車門總成尺寸育成全過程，基于大量測量分析總結(jié)了不同姿態(tài)檢具對車門內(nèi)板測量結(jié)果的影響規(guī)律，積累了車門制造工序?qū)π兔娉叽绲挠绊懸?guī)律并充分應用于車門總成尺寸育成中，通過車門內(nèi)板尺寸符合性、穩(wěn)定性提升和車門加強件部分匹配面修正等方法，短期實現(xiàn)車門總成尺寸狀態(tài)滿足量產(chǎn)所需，對后續(xù)鋁溫成型車門內(nèi)板設計及尺寸育成具有指導意義。

關鍵詞：鋁溫成型車門內(nèi)板 車門總成 尺寸育成

1 引言

隨著我國整車銷售市場中電動汽車比重逐年提升，鑒于整車重量對電動汽車續(xù)航的巨大影響及電動汽車車主普遍存在的“續(xù)航焦慮”心理，相較于燃油車而言，電動汽車在產(chǎn)品開發(fā)階段對整車重量更為敏感，因此鋁材質(zhì)零件以其相較于鋼材質(zhì)零件明顯的重量優(yōu)勢，在國產(chǎn)電動汽車尤其是高端汽車的車身上應用越來越廣泛。零件材質(zhì)的變革對零件制造、連接、分總成及總成尺寸精度的育成都提出了新的挑戰(zhàn)，基于鋼材質(zhì)零件總結(jié)積累的經(jīng)驗普遍失效，新的經(jīng)驗需要在實際生產(chǎn)過程中不斷總結(jié)。

國內(nèi)某豪華電動汽車的代表品牌，旗下首款Hyper SUV車型車身大量采用鋁材質(zhì)零件以減輕整車重量，車門總成（除車門防撞梁外）均應用鋁材質(zhì)零件，鑒于該車型車身整體尺寸及豐富的車門功能需求，車門總成整體厚度不斷增加的同時，對車門內(nèi)板的拉延深度提出極高要求，常規(guī)的單塊冷沖壓鋁板無法解決大深度拉延造成的表面質(zhì)量問題，因此項目決策該車型車門內(nèi)板采用鋁溫成型工藝，在此之前鋁溫成型工藝僅應用于車身后流水槽等尺寸較小零件，此工藝制造車門內(nèi)板業(yè)界尚無先例，且車門內(nèi)板單件尺寸狀態(tài)直接影響車門總成的DTS匹配面，因此工藝的變更對車門總成尺寸育成提出極大挑戰(zhàn)。本文通過對該車型車門總成尺寸育成過程進行還原，探究基于鋁溫成型內(nèi)板的車門總成尺寸育成思路。

2 背景

該車型因車身整體尺寸及車門功能需求，車門總成整體厚度超出冷沖壓鋁板的拉延極限，單塊冷沖壓車門內(nèi)板存在嚴重的且無法解決的表面質(zhì)量問題，必須改變設計思路；而可行的替代方案主要有兩種：一、采用兩塊冷沖壓鋁板拼接制造車門內(nèi)板，工藝較為成熟但外觀存在較為明顯且無法遮蓋的拼接痕跡，車門開啟時可被用戶感知，不利于外觀感知質(zhì)量；二、應用鋁溫成型工藝，車門內(nèi)板不需要分件、整體性強，外觀品質(zhì)更佳但業(yè)界沒有先例，車門內(nèi)板可以達到的尺寸狀態(tài)未知。鑒于該車型的豪華屬性，項目組決定優(yōu)先保證車門內(nèi)板的外觀品質(zhì)，選擇鋁溫成型內(nèi)板工藝。由于鋁溫成型車門內(nèi)板為業(yè)界首例、沒有可參考借鑒的案例，該項目在工藝探索中無可避免走了彎路，導致模具報廢重開等問題，犧牲了大量項目時間，以至于TT階段僅有T0（即模具首件）狀態(tài)車門內(nèi)板單件，型面尺寸合格率僅70%左右，此時距項目J1節(jié)點僅3個月時間，對車門總成的尺寸育成提出極大挑戰(zhàn)。

3 規(guī)律總結(jié)

3.1 車門內(nèi)板單件測量規(guī)律總結(jié)，單件問題識別

基于冷沖壓零件檢具設計經(jīng)驗，車門零件的檢具（見附圖1）姿態(tài)普遍設計為臥式（即與零件整車實際姿態(tài)呈90°），而車門總成檢具（同時具備測量內(nèi)板單件功能，見附圖2）測量因為要確保與裝車姿態(tài)一致，設計為立式，這樣的檢具姿態(tài)差異在冷沖壓零件尺寸育成中并未出現(xiàn)問題，因此該項目單件檢具設計之初，無人對檢具姿態(tài)提出異議。但由于鋁溫成型工藝生產(chǎn)的車門內(nèi)板回彈較大等原因，在實際尺寸育成過程中，我們逐漸發(fā)現(xiàn)車門內(nèi)板單件檢具與車門總成檢具結(jié)果存在很大差異，一度對車門總成的尺寸育成起到干擾。為徹底解決這一問題，我們要求單件檢具運送至整車生產(chǎn)基地，采用同一零件分別上兩套檢具測量的方式，對車門內(nèi)板包邊面及切邊進行密集采點測量，后門內(nèi)板測量點83處，前門內(nèi)板測量點68處，記錄四門內(nèi)板各20件測量值并利用Excel工具對測量結(jié)果匯總分析；在密集采點、大量測量的數(shù)據(jù)基礎上分析總結(jié)兩套檢具間的測量差異規(guī)律，充分識別到不同的檢具姿態(tài)下，重力對同一零件測量結(jié)果的巨大影響（部分區(qū)域測量差異高達1.5mm）。通過檢具到廠的方式有效避免了零件運輸過程中的尺寸變形，使規(guī)律總結(jié)排除一切干擾、更加真實。在這一過程中我們還重點識別出車門內(nèi)板扭曲變形、立式測量時零件四個Y向基準不能完全貼合、Y7基準與檢具基準面距離不穩(wěn)定（0～2mm范圍波動）的問題，反映出零件尺寸穩(wěn)定性嚴重不足，對車門總成的最終尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生決定性影響。這個問題因重力作用，在臥式的單件檢具中無法檢出，且會對單件檢具中包邊面的偏差測量結(jié)果造成干擾，故而我們要求零件供應商通過模具研合、工藝參數(shù)調(diào)整、固化等手段，優(yōu)先解決零件的扭曲、Y向基準不貼合的問題，在此基礎上才能進行零件尺寸穩(wěn)定性的提升工作。

3.2 車門總成工序變化規(guī)律總結(jié)

車門內(nèi)板需經(jīng)過焊接一序（焊接鉸鏈加強板等）、焊接二序（焊接外水切加強板等）、內(nèi)外板包邊三道工序后形成車門總成，每道工序均會對車門總成的最終型面尺寸狀態(tài)造成影響。我們充分利用TT階段車門慢焊過程，分工序測量車門內(nèi)板單件、焊接一序后車門內(nèi)板分總成、焊接二序后車門內(nèi)板總成及包邊后車門總成的型面尺寸狀態(tài)，每個車門均測量10件，在大量數(shù)據(jù)積累的基礎上利用Excel工具充分總結(jié)車門總成制造各工序?qū)π兔娉叽绲挠绊?，形成清晰的車門總成型面偏差影響路徑?；诠ば蜃兓?guī)律總結(jié)，我們可以根據(jù)車門總成的尺寸目標要求反推出車門內(nèi)板單件的型面尺寸要求，同時結(jié)合兩套檢具間的測量結(jié)果差異規(guī)律，我們制定了基于單件檢具的車門內(nèi)板初版整改指令。

4 鎖定整改指令

4.1 結(jié)合車身側(cè)圍尺寸狀態(tài)優(yōu)化車門內(nèi)板整改指令

常規(guī)的車身尺寸育成思路，應該是車身側(cè)圍與后門總成分別達成設計的尺寸公差要求，而TT階段車身側(cè)圍外板的尺寸狀態(tài)、工裝夾具的調(diào)整等已基本鎖定；通過分析車身三坐標數(shù)據(jù)，我們識別出左右兩側(cè)車身側(cè)圍型面均存在上部偏高下部偏低的問題，型面上下存在0.8mm左右的極差，此時若要優(yōu)化白車身側(cè)圍型面尺寸需對側(cè)圍外板模具進行修模，修模時間長達兩個月且修模后的面品質(zhì)量不可預估，存在影響項目J1節(jié)點的巨大風險；基于上述風險和車門內(nèi)板尺寸育成進度遠遠落后于車身其他零件的實際情況，我們決定鎖定車身側(cè)圍型面尺寸狀態(tài)，結(jié)合生產(chǎn)基地調(diào)整線后門匹配側(cè)圍調(diào)整的原則，通過對后車門后部進行修偏以匹配車身側(cè)圍的型面偏差，保證后門與側(cè)圍的實車匹配符合DTS設計公差（±0.5mm）要求。結(jié)合車身側(cè)圍和后車門總成的實際尺寸狀態(tài)，我們規(guī)劃了后車門后部的目標尺寸狀態(tài)（見附圖3）。同理，我們根據(jù)后車門前部與前車門后部的實際尺寸狀態(tài)，規(guī)劃了此匹配區(qū)域車門總成的目標尺寸狀態(tài)（見附圖4）。利用車門總成工序變化規(guī)律，反推出車門內(nèi)板單件的型面尺寸要求，結(jié)合兩套檢具測量結(jié)果差異規(guī)律，我們優(yōu)化并制定了車門內(nèi)板過程版整改指令。

4.2 利用車門加強件矯形車門內(nèi)板，鎖定車門內(nèi)板及加強件整改指令

車門內(nèi)板經(jīng)過兩輪模具研合、成型工藝參數(shù)（加熱溫度、加熱時長、模具表面涂油量、保壓時間等）固化后，零件的四個Y項基準面在總成檢具上狀態(tài)穩(wěn)定，尺寸穩(wěn)定性也得到很大提升，型面尺寸合格率達85～95%，并減小了單一型面的尺寸極差，但此時零件尺寸狀態(tài)距整改指令要求仍有不小的差距，此時車門內(nèi)板的生產(chǎn)制造參數(shù)已通過大量實驗和調(diào)整趨于固化，如果要求供應商進一步提升車門內(nèi)板型面尺寸合格率需要對模具進行修模，而此時距項目J1節(jié)點已不足一個月，緊迫的項目時間無法應對修模可能帶來的尺寸不穩(wěn)定、面品質(zhì)量差等諸多問題，因此針對車門內(nèi)板我們制定終版整改指令，要求供應商鎖定當前的模具狀態(tài)，將工作重點放在提升產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性上，保證同一批次、不同批次零件尺寸穩(wěn)定。

鎖定車門內(nèi)板尺寸狀態(tài)后，為達成車門總成的目標尺寸狀態(tài)，我們充分利用已總結(jié)的車門總成各工序尺寸變化規(guī)律，識別出對車門總成型面尺寸存在決定性影響的車門加強件，如：車門外水切加強板對車門總成后部面差的影響，車門鉸鏈加強板對車門總成前部面差的影響等，進而通過加強件檢具到廠、現(xiàn)場手修零件的方式，不斷試驗總結(jié)出加強件各區(qū)域尺寸變化對總成型面尺寸的具體影響點和影響量，從而通過對車門加強件小部分匹配區(qū)域尺寸修偏，利用加強件在車門焊接過程中對內(nèi)板的矯形作用，達成車門總成的目標尺寸狀態(tài)。針對車門加強件的修偏僅涉及五個零件且均為小面積匹配面，修模周期僅需兩周，且模具修模完成前可通過零件手修的方式滿足車門生產(chǎn)要求，不影響項目J1節(jié)點，是最優(yōu)方案，因此方案得到項目組的認可。

但因為此方法是通過加強件矯形方式強制車門內(nèi)板受力變形，會導致焊接、包邊后的車門總成內(nèi)部存在應力，車門總成經(jīng)過涂裝電泳、高溫烘烤后應力釋放會對車門總成的型面造成一定影響；結(jié)合車門總成涂裝后的變化情況，我們對加強件的整改指令進行了迭代更新，在不斷試驗的基礎上形成了最終版的加強件整改指令。經(jīng)過MP階段生產(chǎn)車門總成的測量驗證，手修臨時應對和修模完成后的車門加強件均能良好適配車門內(nèi)板，達成預設的車門總成尺寸目標，從而保證車門與側(cè)圍、前門與后門的匹配效果達成外觀DTS質(zhì)量要求（±0.5mm）。

5 結(jié)論

（1）鋁溫成型工藝生產(chǎn)的車門內(nèi)板受重力影響尤其明顯，檢具的放置方向（立式和臥式）對測量結(jié)果影響極大，部分區(qū)域兩套檢具測量結(jié)果差異竟高達1.5mm，前期對車門內(nèi)板尺寸育成造成干擾，直到采取單件檢具到廠、大量測量對比兩套檢具差異的方式才識別出差異規(guī)律，故而建議采用鋁溫成型工藝的車門內(nèi)板單件檢具放置方向應與總成檢具放置方向一致，避免測量結(jié)果對尺寸育成工作的干擾。

（2）鋁溫成型工藝生產(chǎn)的車門內(nèi)板，成型后的回彈力要遠大于冷沖壓工藝生產(chǎn)的車門內(nèi)板，因此要充分關注立式檢具測量時Y向四個基準面的貼合情況，務必將Y向基準穩(wěn)定并貼合作為尺寸提升的第一關注項和優(yōu)先解決項，基準不穩(wěn)定必然導致測量結(jié)果不穩(wěn)定，零件的尺寸穩(wěn)定性必然無法實現(xiàn)，尺寸育成也就無從談起。

（3）鋁溫成型工藝生產(chǎn)的車門內(nèi)板，與冷沖壓工藝生產(chǎn)的車門內(nèi)板在單件尺寸育成方面存在本質(zhì)的差異，即鋁溫成型工藝不僅受模具尺寸狀態(tài)的影響，還受到加熱溫度、加熱時長、模具表面涂油量、保壓時間、激光切割等諸多參數(shù)影響，模具尺寸優(yōu)化僅是其中一個影響因素，因此修模帶來的尺寸收益遠不如冷沖壓工藝直接，且可能造成面品質(zhì)量下降等副作用。因此應用鋁溫成型工藝的車門內(nèi)板應盡早開模，以留有足夠的時間對各影響參數(shù)進行試驗、調(diào)整、固化，保證車門內(nèi)板的尺寸穩(wěn)定；車門內(nèi)板尺寸穩(wěn)定且符合設計公差要求后，應慎重對待尺寸變更（如修偏車門內(nèi)板匹配車身側(cè)圍的尺寸偏差等）的要求。

（4）車門焊接各工序中，車門加強件因零件料厚遠超車門內(nèi)板，對車門內(nèi)板存在很強的矯形作用，因此在設計階段應注意盡量減小加強件與車門內(nèi)板的匹配面積，以便更好地控制加強件匹配面尺寸精度，降低車門總成尺寸育成難度。尺寸育成過程中應注意通過數(shù)據(jù)積累，充分識別各加強件對車門總成的尺寸影響。在車門內(nèi)板尺寸穩(wěn)定但未達到設計尺寸公差要求、且通過調(diào)整工藝參數(shù)等手段均無法解決的前提下，為避免修模對項目進度和零件面品質(zhì)量造成風險，可采用修偏車門加強件的匹配面，通過加強件矯形車門內(nèi)板的方式，保證車門總成達成設計的尺寸目標。此方式有利于縮短車門總成尺寸育成周期，但應重點關注車門總成涂裝后的應力釋放情況，以涂裝后的車門總成尺寸狀態(tài)為準制定車門加強件的修正量。

參考文獻：

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