某微型車前圍板焊點脫焊問題研究

劉 偉 吳文雙 司超群

(上汽通用五菱 廣西 柳州 545000)

某微型車前圍板焊點脫焊問題研究

劉 偉 吳文雙 司超群

(上汽通用五菱 廣西 柳州 545000)

通過對某微型車在整車耐久性試驗中前圍板上千斤頂安裝支架脫焊的問題分析，提出優(yōu)化方案，改進工藝，正常發(fā)揮其功能。本文總結(jié)了千斤頂安裝的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計要求，為兼顧車身強度和功能的設(shè)計提供一些借鑒和參考。

應(yīng)力；車身結(jié)構(gòu)設(shè)計；強度設(shè)計；功能設(shè)計；輸入條件；有限元分析

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計是以車身造型設(shè)計為基礎(chǔ)進行車身強度設(shè)計和功能設(shè)計，以期最終找到合理的車身結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計過程的統(tǒng)稱，其設(shè)計質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到車身內(nèi)外造型能否順利實現(xiàn)和車身各種功能是否能正常發(fā)揮。所以說，它是完成整個車身開發(fā)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。另外，其它區(qū)域?qū)嚿淼臈l件輸入的充分與否也涉及到車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量和周期。

結(jié)構(gòu)設(shè)計必須兼顧造型設(shè)計的要求，同時應(yīng)充分考慮諸如結(jié)構(gòu)強度、防塵隔噪性能、以及制造工藝等多種設(shè)計要求。優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計可以充分保證汽車整車質(zhì)量的減小，進而達到改善整車性能、降低制造成本的目的。此外，其他區(qū)域的充分的條件的輸入不僅可以提高車身設(shè)計質(zhì)量，而且可以縮短設(shè)計周期。本文主要針對前艙部件—前圍板焊合總成的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計，通過此結(jié)構(gòu)件在整車耐久性試驗(路試里程為39000 Km)中千斤頂安裝支架脫焊、掉落、焊點開裂進行分析和成功優(yōu)化這一實例，總結(jié)了前圍板焊合總成結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計的經(jīng)驗，為兼顧車身強度和功能的設(shè)計提供一些借鑒和參考。

一、整車耐久性試驗路試車分析

在整車開發(fā)過程中，各階段的樣車制造出來后會根據(jù)本公司的整車可靠性試驗規(guī)范標準，進行39000 Km的耐久性規(guī)范試驗，耐久性規(guī)范構(gòu)成為：壞路、城市、蛇形、直線、高速、16坡度、點制動、全制動等，各個規(guī)范構(gòu)成所占比例不同，比重最大為壞路，總里程為26000 Km，其余比例根據(jù)標準來分配。

某微車的前艙部件—前圍板焊合總成在開發(fā)階段的一次整車耐久性試驗中樣車在試驗中檢查發(fā)現(xiàn)千斤頂安裝支架左右兩側(cè)焊點脫焊(圖1)，發(fā)生脫焊時路試里程已完成17675 Km。而后連續(xù)發(fā)現(xiàn)兩臺車焊點出現(xiàn)類似故障，一臺車在路試里程完成21670Km時千斤頂安裝支架左側(cè)焊點脫焊(圖2)，一臺車在路試里程已完成42628Km時千斤頂安裝支架焊點開裂，共4處，長約10mm(圖3)。

圖1 前圍板千斤頂安裝支架左右兩側(cè)焊點脫焊故障圖

圖2 前圍板千斤頂安裝支架左側(cè)焊點脫焊故障圖

圖3 前圍板千斤頂安裝支架兩側(cè)焊點開裂故障圖

設(shè)計上前圍板千斤頂安裝支架左右兩側(cè)都是3個焊點，故障件照片顯示焊點數(shù)量符合設(shè)計；另外，焊點脫落把前圍板本體撕裂，留下幾個孔，說明焊點強度足，排除虛焊可能性。

圖4 前圍板千斤頂安裝支架變形故障圖

測量兩件故障件千斤頂安裝支架上下兩安裝面間隙發(fā)現(xiàn)，設(shè)計尺寸約95mm，兩件故障件尺寸已達105mm，千斤頂安裝支架變形嚴重，分析原因是總裝車間安裝千斤頂安裝支架時，使用搖桿裝配時對千斤頂施加扭力過大導致的，后面為了查清是多大的扭力使支架高度變形到105mm，我們在現(xiàn)場通過8臺車進行試驗，現(xiàn)場通過扭力扳手給千斤頂施加扭力，千斤頂?shù)膹埩κ骨Ы镯敯惭b支架頂開至故障件相同變形量，所測扭力值約為44N.m扭力。

二、CAE理論分析

有了千斤頂使用搖桿裝配扭力輸入條件后，可以借助整車強度分析工具CAE模擬分析千斤頂安裝支架焊點脫焊處的應(yīng)力情況來判定強度是否滿足要求。模擬分析時工況為給千斤頂加50N.m的扭力，支架應(yīng)力分布如下圖所示：

根據(jù)線性關(guān)系換算，當扭力值為44N.m時，支架4個角部應(yīng)力范圍為：320MPa-495MPa。

圖5 前圍板千斤頂安裝支架CAE分析圖

經(jīng)CAE的模擬分析，得出千斤頂安裝支架受千斤頂所施的力分布如上圖截面所示：在千斤頂本身自重(g)以及整車路試過程中水平加速度a(加速、減速方向相反)共同作用下，千斤頂安裝支架有前后擺動的趨勢，焊接千斤頂安裝支架與前圍板本體的焊點被撕扯；加上初始預(yù)緊千斤頂時施加的扭力過大，致使千斤頂安裝支架變形，加劇焊點失效風險。

圖6 前圍板千斤頂安裝支架受力分析圖

總之，在整車耐久路試過程中，千斤頂安裝支架本身受千斤頂?shù)牧τ星昂髷[動趨勢，此趨勢撕扯焊點；加上初始預(yù)緊千斤頂時施加的扭力過大(約44N.m)，致使千斤頂安裝支架變形，加劇焊點失效風險。

三、解決方案

之前，青島總裝車間對千斤頂預(yù)緊沒有具體的扭力值要求，工藝文件對員工的要求是千斤頂預(yù)緊后不松脫。

為了有效控制千斤頂安裝支架變形量，降低支架焊點脫焊風險。參考其他車型，讓車間增加千斤頂預(yù)緊扭力要求。如下為現(xiàn)場模擬預(yù)緊千斤頂時所需扭力，與千斤頂產(chǎn)品工程師現(xiàn)場測試2臺車：當扭力達到20N.m時，判斷已緊固千斤頂。

圖7 前圍板千斤頂安裝扭力驗證圖

四、方案驗證和實施

我們安排新的控制千斤頂安裝預(yù)緊扭力(約20N.m)路試驗證車，路試結(jié)束后檢查原前圍板千斤頂安裝支架焊點脫焊處沒有發(fā)生脫焊問題，說明已經(jīng)滿足要求，設(shè)計工藝合理，可以實施該方案。

根據(jù)路試情況，我們正式下發(fā)了控制千斤頂預(yù)緊扭力的技術(shù)文件。總裝車間已采取千斤頂工位使用搖桿預(yù)裝配+后工位使用定扭扳手打扭矩來控制千斤頂預(yù)緊扭力，扭力值設(shè)定在20N.m左右。

五、總結(jié)

在車身結(jié)構(gòu)開發(fā)設(shè)計過程中，以車身造型設(shè)計為基礎(chǔ)進行車身強度設(shè)計和功能設(shè)計，以期最終找到合理的車身結(jié)構(gòu)型式，但是無論如何其它區(qū)域?qū)嚿項l件的輸入關(guān)系到車身設(shè)計的質(zhì)量和設(shè)計周期，從前圍板千斤頂安裝支架脫焊的實例中足以說明對車身的輸入條件在車身設(shè)計中起著一個非常至關(guān)重要的作用。如果在前期開發(fā)中對車身的輸入條件充分、準確的話，車身的強度和功能將得到合理的設(shè)計方案，再通過運用CAE這一工具，將大大縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量。因此可以說，在車身結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計中必須兼顧車身強度和功能的設(shè)計。

[1]黃天澤、黃金陵.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計.機械工業(yè)出版社，1997.

[2]林炳華.最新汽車使用設(shè)計.黑龍江人民出版社，2005.

[3]Q/SGMWJ0801-2009,整車可靠性試驗規(guī)范.

劉偉(1989.08-)，男，廣西人，工程學士學位，助理工程師，研究方向：車身下車體相關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。