汽車車門總成制造工藝淺析

在汽車的生產制造過程中,白車身作為汽車的主要組成部分,其綜合制造成本占到整車制造成本的 40%左右。車門總成作為自車身的關鍵零部件,起著密封、承載等作用,因其外觀品質要求高、用戶體驗感強,它的制造精度很大程度上決定著整車的質量和觀感效果。車門總成在經過沖壓、輯壓、焊接、涂膠、包 邊及裝配等多道工序后,需具備承載大量功能件和抗側面沖擊的能力,所以車門總成要有一定的剛度和強度。同時,車門總成又是一個外觀件和活動裝配件,除了滿足氣密性、安全性的功能要求外還需滿足覆蓋件的外觀品質要求,型面精度的控制和間隙公差的保證是整個車門調試過程中的重點和難點。

Part.1

車門總成的構成

車門按其生產工藝可分為整體式和分體式兩種。相對整體式車門,分體式車門的窗框設計開發可不受沖焊工藝的限制,通過輯壓工藝將窗框盡可能設計得比較細窄,以達到無窗框的效果,更大限度擴展駕乘人員的視覺范圍。同時,分體式車門還具有造型自由度大、材料利用率高、模具工裝開發費用低和生產效率高等綜合優勢,在現有白車身車門的開發中被廣泛應用。 

車門總成由內板分總戚與門外板通過模 具工裝或滾壓設備壓合而成。由于車型的不同,車門的內部結構往往會存在一定差異,但總體功能構件基本相同。以我司開發的國內某款SUV車門總成為例, 門內板分總成主要由內板本體、門內板加強件、門外極支撐板、按鏈加強板、螺母連接板、防撞桿總成及窗框總成等幾部分組焊而成,如圖1所示。

汽車車門總成制造工藝淺析的圖1

Part.2

車門總成制造工藝

門總成涵蓋的零部件比較多,整體要求高。它的制造是一個系統工程,在白車身的零部件中,車門總成的制造工藝最為復雜。一個完整的車門總成要涉及沖壓成形,輥壓成形、焊接、涂膠、扣合(或滾邊壓合)以及裝配等多道工序內容。

車門窗框總成的輥壓成形

窗框分總成中的上窗框、后窗框及玻璃導軌等零部件,因其斷面結構(見圖2)的復雜性和功能要求的特殊性,它的開發制造很難通過沖壓成形的方式實現,多采用輥壓成形與其工藝相結合的方式進行生產制造。

汽車車門總成制造工藝淺析的圖2

窗框總成的制造工藝流程大致可分為:帶料的開卷→成形機組輯壓成形→輪焊機焊接→輻彎機組輯弧→切斷→拉彎成形→沖壓→切角→組焊→打磨一→矯形。其中成形機的輯形是整個輯壓工藝的重點,通過開發一系列輥輪并安裝固定在成形機組上,帶料在輥輪的作用下,逐漸成形至設計所需的斷面結構。

輪焊機焊接主要是通成過對輯壓成形后的制件等距設置一 些焊點,以防止成形后產品截面的展開。輥彎機組輯 弧與拉彎成形工序都是解決制件的弧度問題,但它們有著本質的區別,輯彎機組輻弧主要是把制件由直線形狀成形為曲線形狀,它們是在一個平面內的曲率變化,而拉彎成形是由拉彎機配合專用拉彎模可實現制件變曲率的三維空間彎曲成形。拉彎成形后根據制件的工藝需求,往往還需進行沖壓、組焊及矯形等作業內容。

以圖2所示的前門窗框總成為例,窗框總成由多個輯壓制件和沖壓片件拼焊組成。根據它們的幾何構造,總成零件在組焊完成后由于制件公差的累積和焊接應力釋放等原因,致使總成零件容易出現扭曲、回彈等質量缺陷,一方面影響到車門總成與側固、翼子板等車身搭接零部件的型面匹配和與門洞之間的間隙匹,另一方面也會影響到車門內部車窗玻璃的自由升升降,致使車窗玻璃上下滑動時卡頓并出現異響。

基于窗框總成的結構特性和重要的裝配關系,制造精度和一致性就成為窗框總成制造工藝的重點和難點,也需作為關鍵工序進行重點管控。尤其開放式u型結構的窗框,扭曲、回彈的控制就更加困難,為了保證窗框成品的質量及穩定性,除了對工、輔器具進行合理、優化的設計,制造外, 在窗框制造工藝的設計 上,需考慮在組焊工序后增加一道人工矯形的輔助工序,著重解決制件的扭曲、回彈問題,以達到設計所需的功能要求。

總成零部件的焊接

門總成是由多個零部件、多種工藝、多道工序拼焊組成。焊接工藝流程較為復雜,如圖3所示,整個車門的焊接生產過程涉及凸焊、點焊及C02氣體保護焊,焊點多,有雙層焊,也有3層焊。實際生產過程中,焊接工藝影響到的因素很多,既有因焊接變形而致使總成零件幾何尺寸超差的情況,也有因焊接工藝參數不合理等原因造成凹坑、咬邊、燒穿、未熔合等焊接外觀缺陷的產生,很大程度上影響到產品的質量和生產的效率。為了保證總成焊接的質量要求,一般需從以下幾個方面加以管控。

汽車車門總成制造工藝淺析的圖3

1)焊接夾具的合理、可靠性

在焊接的過程中,夾具工裝的主要作用就是將各個焊接組件進行準確定位后可靠夾緊,并保證組焊總成的結構精度要求。夾具的設計開發除了依據生產節拍設定合理的焊接工序外,還需根據組焊制件的具體形狀、外形尺寸及公差要求,結合焊接實際生產過程中焊的電極壓力大小、焊點接頭區域的應力應變及生產操作的適應性等因素,合理設計夾具的結構形式、定位方式和夾持部位。既要保證定位和夾持元件對制件的定位準確,又要使夾持元件和定位元件具有足夠的強度和剛度,保證制件投取準確、)|質暢,有效地防止制件在裝配、壓緊和焊接過程中出現變形,影響制件的焊接質量。

2)焊接工藝參數選取

焊接參數的選取是整個焊接工藝的核心,工藝參數選取正確與否直接會影響到總成產品的焊接質量。在門總成焊接工藝中,雖然有凸焊、C02氣體保護焊,但點焊用得最為廣泛,尤為重要。在點焊工藝中,電極壓力、電極接觸面的直徑、焊接電流、通電時間等參數都會對總成焊接的質量產生直接影響。

點焊過程中一般優先采用大電流、短通電時間的工藝參數,也稱為硬規范,這種工藝參數的選取具有電極磨損小、生產效率高,焊件表團壓痕淺,焊接變形小,外形美觀等顯著優點。但是,由于焊接電流大,通電時間的掌控就必須精確,否則,就很容易引起加熱不足或過燒,嚴重影響到焊點的焊接強度。另一方面,電極壓力的大小也會對焊件的焊接質量產生影響,電極壓力過大將會使接觸電阻減少,電流密度也會隨之減小,致使焊件加熱不足,焊核小,焊點強度低,甚至可能形不成焊核;但當電極壓力過小,將會使接觸電阻加大,電流密度隨之變大,從而引起焊件燒穿,產生嚴 重噴濺。

除此之外,電極頭接觸面直徑的大小也會影響到總成的焊接質量,電極頭直徑越大,電流密度會相應變小,導致焊接熔核直徑變小;但若電極頭直徑過小,電流密度就會加大,焊接時會發生飛濺、火花,壓痕大且深,也會影響到焊點的焊接強度。所以焊接工藝參數必須根據板材厚度、材質等合理、規范的選取,如表1所示,以保證良好的焊接質量。

汽車車門總成制造工藝淺析的圖4

涂膠與包邊

由于車門總成屬于閉合件,為了保證車門總成的密封防銹、減振降噪等性能要求,提升整車的舒適性,在制造過程中需對門內外板進行涂膠和包邊工藝處理。根據門總成涂膠的工藝要求,→般涂膠分為折邊膠和膨脹膠兩類,如圖4所示。車門外板屬于外覆蓋件,因其嚴格的外觀要求而禁止焊接,但內外板之間僅僅依靠包邊這種物理連接的方式,往往會出現連接強度不夠的情況,需要在包邊工序前對門外板的內表面周邊區域用打膠或涂膠機均勻涂布折邊跤,內外板壓合包邊完成后,折邊膠充分填充到內外板之間,代替焊點起到粘接、連接的作用,從而增強門內外板之間的連接強度。

膨脹膠一般涂抹于門外板的支撐件或者加強梁上,受熱膨脹后門外板 與整個支撐件或加強梁緊密粘合在→起,以達到汽車在高速行駛過程中的減振作用和發生碰撞時的緩沖作用,同時減少振動產生的噪音。

車門包邊是車門總成制造過程中比較特殊的工藝方法,包邊后要求外表面平整、光)I頃,無壓傷、凸包、凹坑等外觀質量缺陷,同時還需要保證車門型面和包邊區域整體尺寸精度的穩定。所以,除了對設備、工裝提出很高要求外,還對門內外板的品質及包邊工藝數據的處理提出了很高的要求。

1)門內外板包邊位置問隙保證

門內外板包邊位置間隙需均勻、合理,→般控制在2. 0~3.0mm,如罔5所示。若間隙過小,門外板翻邊 到45°彎曲時,就會碰到門內板的凸緣邊,使門外板翻 邊彎曲受到限制,表面材料受到拉力作用,剛性較差的形狀面就會產生凹陷。若間隙過大時,則容易出現 包邊塌邊。

汽車車門總成制造工藝淺析的圖5

2)材料蠕變的工藝補償

在包邊過程中,板材因塑形變形致使門四周的輪廓尺寸發生一定的變化,往往會收縮0.1~O.Smm,根據門外板的材質、翻邊R的大小及包邊方式的不同各有差異,如圖5所示。為此,在設計外板翻邊工序時,對外板的輪廓需向外做過翻邊工藝處理。轉角等特征線部位補償設定為O l~0.2mm,一般部位補償為0.3~O.Smm,若是滾邊機器人包邊,變化的補償量要稍小→ 些,補償值一般控制在0~0.2mm范自內。

汽車車門總成制造工藝淺析的圖6

3)門外板拐角處的包邊尺寸要求

車門包邊時,拐角處最容易產生包邊不順、不圓滑或者是包邊不全等質量缺陷,主要原因是拐角處多 料或少料所致。為了保證門角部的包邊質量,在門外板制造時,其邊線及翻邊高度的設計要進行綜合考慮,具體邊線尺寸要求如圖6所示。

汽車車門總成制造工藝淺析的圖7
Part.3

結束語

經過幾十年汽車工業的發展,當前國內汽車白車身的制造工藝水平和制造質量已取得了長足的進步,汽車零部件的生產配套基本實現了國產化。隨著新材料、新工藝、新裝備及自動化、數字化技術的不斷推廣應用,規范化、自動化、智能化已成為今后車門總成制造的主要發展趨勢,車門總成的制造質量、制造精度也將在新技術、新工藝的推動下,得到進一步的提升。

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