儀表板氣囊點爆失敗原因分析及優化

耿輝斌,趙海英,曹慧林,張晶,楊現偉,李彩鳳

(北京汽車集團越野車有限公司，北京 101300)

0 引言

儀表板系統承載了組合儀表、各類控制開關、乘員側安全氣囊、飾條、手套箱、雜物盒、出風口、風道、CCB等零件，儀表板點爆性能受零件材料選擇、結構設計、焊接工藝、弱化工藝參數等因素影響，引起試驗失敗原因較多，通常試驗經過多次調整才能通過，本文作者根據試驗過程中遇到的問題，分析了當前車型的問題原因及其他注意事項。

1 儀表板的構成及工藝說明

儀表板構成如圖1所示，主要由儀表板上本體、儀表板下本體、乘員側氣囊框等數十個零件構成。影響乘員側氣囊點爆的主要零件有儀表板上本體和氣囊框,本車型儀表板上本體、氣囊框注塑成型、振動摩擦焊接、激光弱化。主要零件工藝及材料見表1。

圖1 儀表板構成

圖2 氣囊點爆區域主要零件

表1 主要零件工藝及材料

(1)注塑成型。儀表板本體和氣囊框分別注塑成型。

(2)激光弱化。注塑完成的儀表板本體進行激光弱化，弱化殘余厚度 (0.25±0.1)mm。

(3)摩擦焊接。弱化后的儀表板本體與乘員側氣囊框摩擦焊接[1],儀表板本體總成制作完成。

2 儀表板點爆試驗要求

儀表板包括周邊環境件按裝車狀態裝配到白車身上，受環境倉尺寸限制，白車身后半部分切割，試驗前應至少將試驗樣件裝配后在環境艙放置4 h；儀表板點爆試驗分低溫、高溫及常溫3種試驗條件，具體試驗條件及要求見表2。

因材料在高溫及低溫條件下特性有所改變，因此高溫和低溫點爆比較容易出問題，常溫下一般問題較少，試驗時先開展高溫和低溫，最后進行常溫試驗。

3 問題原因分析及對策

在低溫氣囊點爆試驗過程出現手套箱打開，副駕把手裝飾條彈出，儀表板本體硬質碎片飛出，氣囊蓋板鉸鏈斷裂飛出4個問題，導致試驗失敗，下面將詳細描述問題現象、原因分析及優化方案。

3.1 手套箱打開

氣囊點爆過程中，手套箱兩側鎖銷脫出，手套箱打開。儀表板本體受到氣囊沖擊力的作用產生變形，當變形量大于鎖鉤鎖止量的情況下手套箱才會打開。首先排查手套箱鎖銷與襯套過盈量是否符合設計要求，經測量，手套箱過盈量為10 mm，滿足至少8 mm的要求，此原因排除。再對手套箱周邊安裝結構排除，發現周邊結構強度偏弱，容易變形,對其進行結構設計優化,如圖3所示，對手套箱框進行結構優化及安裝點增加,CAE分析剛性提升明顯。

圖3 手套箱優化方案

后續設計項目開發過程中，應注意鎖銷周圍的結構設計，在鎖銷周圍布置安裝點，減少氣囊點爆過程手套箱變形。

3.2 乘員側飾條彈出

副駕把手裝飾條距離氣囊爆破區域較近，在點爆力的沖擊下，從儀表板安裝位置彈出，對成員造成傷害，導致試驗不合格。對失效樣件進行分析，發現主要原因是飾條卡扣固定力偏小導致，從以下幾個方面排查：

(1)零件尺寸超差，儀表板安裝孔尺寸偏大，超出公差范圍，導致安裝在其上的零件固定力偏小，對對手件開孔進行檢測，檢具通止規都能插入孔內，安裝孔尺寸合格。

(2)卡扣固定數量少，或者選擇的卡扣拔出力偏小，導致安裝后固定力不足，點爆后飛出；位于氣囊點爆附件的零件，對失效零件進行排查發現飾條采用自身卡扣固定，如圖4斷面A-A所示，卡扣懸臂較長，裝配后卡扣懸臂向外側變形，導致卡接量變小，卡接力不足，對卡扣懸臂內側增加加強筋，避免裝配后變形。

圖4 卡扣優化方案

對于乘員氣囊附近的零件，設計時應注意結構設計，選擇合理的連接結構，根據卡接力大小排序，通常金屬卡扣最大，其次是塑料卡扣，最小的是零件自身注塑卡扣，設計時根據零件尺寸大小，選擇合理的安裝卡扣。此外，為防止飾條點爆過程飛出傷人，在結構設計時可以設計防脫結構，具體形式如圖5所示，在飾條脫出時，防脫掛鉤會卡住飾條，防止飛出，這樣不需要設計太大的卡接力，也能防止零件脫出，解決了卡接力大拆解不方便問題。

圖5 防脫結構示意

3.3 儀表板本體硬質碎片飛出

3.3.1 氣囊框側面硬質飛濺物飛出

點爆過程儀表板氣囊蓋板兩側儀表板本體斷裂，有尖銳飛濺物飛出[2]；如圖6所示，對收集的飛濺物分析發現，側面斷裂位置與設計弱化軌跡偏離，氣囊蓋板未按弱化軌跡展開，下面對可能造成飛濺的原因進行逐項排查。

圖6 氣囊框側面飛濺物

(1)氣囊框焊接位置排查，氣囊框焊接后位置與設計位置偏差±1 mm，焊接位置偏離設計位置太大，會引起氣囊蓋板撕裂位置偏離設計位置，氣囊框設計時應注意設計焊接定位結構,同時在儀表板模具上刻線,標出理論偏差值，如圖7所示，焊接后測量偏離值。通過對試驗樣件測量，氣囊框焊接位置偏離小于0.8 mm,符合要求。

圖7 氣囊框測量基準

(2)殘余厚度排查[3]，設計弱化殘余 (0.25±0.1)mm，對失效樣件弱化殘余厚度測量，殘余厚度0.45～0.62 mm，不符合要求，另外一套試驗樣件為發生飛濺，測量弱化殘余厚度0.19～0.22 mm,兩臺激光弱化參數一致，殘余厚度測量不一致，后對零件生產追溯，厚度較厚的一套試驗樣件是注塑后 2 h弱化的，沒問題的樣件是注塑2 d后弱化的，不是同一批次，對零件尺寸對比發現，剛注塑的儀表板本體，因未完全冷卻，應力為完全釋放等原因，零件壁厚，型面與理論尺寸存在偏差，造成相同弱化參數，殘余厚度差異，對放置不同時間的樣件進行激光弱化，測量殘余厚度值，測量值與放置時間的關系如圖8所示，放置24 h后區域穩定，弱化殘余厚度符合設計要求。

圖8 殘余厚度與放置時間關系

對后續激光弱化工序增加規定，續激光弱化前儀表板應注塑完成至少放置24 h，確保零件應力完全釋放。氣囊蓋板區域儀表板本體厚度做關鍵特征控制，厚度控制在±0.1 mm以內，以確保弱化殘余厚度符合要求；此區域模具設計時注意，避免設計滑塊結構因配模匹配不良導致厚度超差，影響弱化結果。

3.3.2 氣囊蓋板焊接區域部分本體飛出

儀表板與氣囊框焊接區域部分儀表板飛出，初步考慮焊接強度不足導致，對焊接熔深尺寸測量，兩側焊接筋熔化0.5 mm，中間焊接筋熔化0.9 mm，摩擦焊接熔深設計值(1±0.3)mm，兩側焊接熔深不符合要求。對此區域氣囊框焊接筋高度測量，兩側高度2.1 mm,偏離理論設計值(2.5±0.1)mm,模具加工不到位導致，修改模具，把焊接筋高度調整到理論值，如圖9所示。

圖9 氣囊蓋板焊接熔深檢查示意

引起焊接強度不足的原因通常還有焊接胎具不平整，焊接過程受到的壓力不均勻、焊接壓力小、焊接筋寬度窄或者焊筋布置數量不足，焊接面積不足等，在開發過程應注意。同時結構設計時應注意對于無法焊接壓頭的位置，如圖10所示，DOGHOUSE背面區域應避免布置焊接筋，避免此區域焊筋壓力小，不熔融，降低周邊焊接筋焊接強度。

圖10 氣囊框焊接筋布置說明

3.3.3 氣囊蓋鉸鏈斷裂飛出

在低溫點爆過程中，出現一例氣囊蓋板鉸鏈斷裂，如圖11所示，從斷裂效果來看，鉸鏈根部完全斷裂，初步分析是鉸鏈強度不足導致。對鉸鏈區域參數測量，斷裂區域鉸鏈厚度小于理論值2.5 mm，具體測量值見表3，需對模具進行燒焊，調整到理論值。

圖11 氣囊框焊接筋布置說明

表3 鉸鏈參數測量

鉸鏈尺寸是影響氣囊點爆的關鍵尺寸，經常因試驗失敗需要調整，在模具設計時此處注意設計鑲塊，方便修改，避免因尺寸調整造成模具報廢。

4 方案驗證

對整改后的零件進行試驗驗證，如圖12所示，手套箱未開啟，副駕把手裝飾條未發生彈出，無尖銳飛濺物，氣囊蓋板鉸鏈未發生斷裂，試驗合格。

圖12 試驗后儀表板

5 結束語

儀表板點爆試驗涉及零件裝配、結構設計、焊接工藝、注塑工藝、弱化工藝等，涉及面廣，問題原因復雜，在開發過程中應統籌考慮。文中針對氣囊點爆過程出現的問題，對于可能的原因逐項排查，最終找到問題原因，并對其他可能的原因、注意事項給出設計建議，希望對其他車型開發提供借鑒意義，提高試驗成功率，降低開發費用，縮短開發周期。