車門窗框結構對車門總成制造尺寸的影響研究

曾翠麗　蘇逢偉　胡霞

摘 要：車門是車身中的重要零件，車門總成的尺寸公差直接影響整車DTS中前門與后側門以及側圍的間隙面差，而車門結構形式又直接影響車門總成的制造尺寸公差。本文介紹了整體式車門、分體式車門和混合式車門的結構特點，從窗框結構特點方面詳細闡述了三種車門窗框結構對車門總成的制造尺寸的影響，為后續車型產品分析判斷生產制造過程中門總成尺寸超差的原因提供理論參考。

關鍵詞：車門總成 車門窗框結構 制造尺寸

Study on the influence of door window frame structure on the manufacturing dimension of the door assembly

Zeng Cuili Su Fengwei Hu Xia

Abstract：The doors are very important parts of the body， and the door structure directly affects the dimension tolerance of door assembly that directly affects the gap and flush of the vehicle DTS， referred to the gap and flush of the front door to the rear door and rear door to the bodyside. This paper introduced the structural characteristics of the full stamped inner and outer panel construction door， the loose upper frame construction door and mixed door. This paper described the influence of these three types of door window frame structure on the manufacturing dimension of the door assembly. Provided a theoretical reference for analysis the reason why the door assembly dimension is out of tolerance in the manufacturing process.

Key words：Door assembly; door window frame structure; Manufacturing dimension

車門在整車中的地位十分重要，關系到車輛的外觀質量，同時影響顧客選擇車輛的感知體驗。要獲得一個完整的車門需要涉及到零件沖壓、部件裝配、零件焊接、包邊、總成組裝等多道工藝工序。對于整車來講，門蓋尺寸匹配的好壞影響整車的風噪、四門閉合力及密封效果;焊裝車間對車門的匹配外觀效果控制不好，將會直接影響白車身車門裝配以及總裝整車的下線，增加調整量生產節拍。因此，車門總成尺寸狀態對車門與車身匹配相關的間隙和面差有非常重要的意義。

1 車門結構分類

汽車車門分為帶窗框車門和無窗框車門（Frameless Glass Construction，多見于高檔跑車，俗稱硬頂車）兩大類，窗框的結構形式對車門整體結構影響較大，帶窗框車門又可以分為整體式（Full Stamped Inner and Outer Panel Construction，內外門板帶著窗框部分一起沖壓成形）和獨立窗框（ Loose Upper Frame Construction， 即窗框部分與窗臺線以下的內外板分剝成形）兩大類。因此， 在對車門結構形式進行分析時， 車門窗框的結構形式及特點很關鍵[1～2]。

門總成是整車裝配過程中影響側面整體外觀的重要零件，門總成的尺寸公差直接影響整車DTS中前門與中門以及側圍的間隙面差。影響門蓋焊接與裝配尺寸的因素有很多，從產品設計源頭來看，門蓋產品結構性的問題較為突出[3]，其次是制造過程中選用的工藝和工裝定位方案。目前有三種主流的車門結構形式，分別是：整體式車門、分體式車門和混合式車門。分析這三種車門窗框結構形式對車門總成的制造尺寸的影響，從優化產品結構和選用更易保證產品尺寸的定位策略方面保證門總成尺寸。

2 整體式車門

整體式車門的結構特點是車門內、外板采用整體式結構，即內板、外板分別為一整個沖壓件。車門總成制造工藝過程為內板與玻璃導槽和密封導槽等功能件通過焊接形成內板總成，之后內板總成與外板通過包邊工藝合成為一個完整的白車門。圖1為整體式車門框架示意圖。

2.1 整體式車門特點

1）優點車門內外板均是整體沖壓件，隨形性好，成形精度高，強度及剛度易滿足要求，制造中的工序比較少、工藝簡單。

2）缺點在窗框部分結構上處理不佳，如玻璃導軌及密封條嵌槽的結構需另外設計裝配結構件，使結構比較復雜。玻璃導軌和密封條嵌槽需要單獨設計結構件與內板焊接，增加零件數量，窗框A柱外邊框通常比較寬大，窗框的可裝飾性不強，對造型有限制，不太符合現代造型的要求;全尺寸的門板需要比較大的沖壓模具，對沖壓模的要求、成本也比較高，板料的利用率比較低[4]。

3）在內外板件只有玻璃導軌結構，整體上來說整體式上的強度要明顯低于其他的上段結構，這種結構的上段會使車門的閉合性差，因為強度的原因，密封與穩定性也會減弱。

2.2 整體式車門對車門總成制造尺寸影響

整體式車門在內板總成焊接過程中，焊接零件較多，上段窗框與內板焊接的零件主要以導槽為主，對這些導槽與內板的匹配精度要求高，否則容易出現導槽與內板搭接不貼合，干涉等問題，從而造成焊接變形，造成內板總成的尺寸超差，進而影響到包邊后的門總成尺寸狀態。整體式車門制造過程中各零件尺寸控制要求如下：

1）整體式車門外板與內板總成周圈包邊，需要保證車門的Y向面差，也就是要保證內板、內板總成包邊面尺寸。內、外板為整個沖壓件，零件尺寸精度高，比較容易保證內、外板包邊面尺寸要求;

2）內板與導槽、鉸鏈加強板、鎖扣加強板、防撞桿等零件焊接形成內板總成。這個工藝過程中焊接零件較多，其中這類門導槽類零件較多，一般此類零件由廠外零件供應商提供，預防措施，需要關注零件與內板匹配弧度，可以在供應商處用檢具進行檢測，使之符合GD&T圖紙要求。

3）廠內車身車間將子級零件裝配、焊接到內板上，需要保證廠內焊接時零件定位充分，定位策略需要精細到每個零件的定位，優先選用兩定位銷加型面的定位策略。

3 分體式車門

車門本體由車門外板、車門內板及窗框構成。其典型結構為輥壓上段式車門整個上段從車門內外板中被分離出來，而內外板尺寸縮小為只有窗臺以下部分，稱之為輥壓窗框。輥壓窗框是由幾段通過輥壓工藝成型的導軌和一些小沖壓件焊接而成的窗框總成，然后輥壓窗框總成與門內板在窗臺位置通過焊接的方式形成內板總成，最后與外板包邊得到一個完整的白車門（圖2所示）。

3.1 分體式車門窗框特點

由于分開式車門內外板沖壓件明顯減小，窗框較窄視野性好，因此被普遍應用。輥壓成形是以若干對輥輪為成形工具，隨著輥輪的旋轉運動，將帶鋼向前送進的同時順次進行成形，以獲得所需斷面形狀的一種加工方法[5]。有些斷面形狀的零件用沖壓方法是不可能實現的，如輥壓車門窗框、玻璃導槽、車門導軌等。由于輥輪的工作方向既可水平放置，也可垂直放置，同時輥輪的高度、旋轉方向都可以靈活調節，輥壓線可生產出多種斷面復雜的零件（圖3所示典型輥壓窗框截面示意圖）。

但由于該窗框為等斷面型材制成， 外表面形狀變化受到限制，與車身外表面隨形性不好，而且，為實現玻璃順利升降，窗框與車門下部飯金件不能平齊，外形造型效果不佳。

3.2 輥壓窗框式車門對車門總成制造尺寸的影響

（1）輥壓窗框是多段導軌拼焊而成的，且整個上段總成也是和門內板焊接連接的，制造精度要求較高。輥壓上段與門內板焊接部位，精度要求高，否則易出現配合不良、焊接扭曲等現象，無法保證上段焊接后精度。容易出現輥壓窗框尺寸超差的問題。

（2）窗框的裝配精度對整個車門的裝配精度影響大，輥壓窗框式車門容易形成大小門狀態和出現焊接后門總成的面差問題。最終影響裝車后前后門間，前后門上段與側圍間的間隙、面差配合。

3.3 分體式車門尺寸制造過程控制

（1）基準一致性要求

車門要滿足裝車的調整，需要同時保證是X向、Y向、Z向尺寸，X向的開口控制，Y向的面差控制。Z向尺寸由上段輥壓窗框總成與車門內板的焊接確定的，主要采用單面釬焊，然后打磨焊點。兩段對接過程中容易出現對齊度不合問題，這就需要保持輥壓窗框自身的焊接的定位，與輥壓窗框和內板總成焊接這一序的定位一致。如圖4所示輥壓窗框定位策略保持與門總成拼焊臺定位策略一致，控制方向與夾緊位置一致。

（2）定位充分性要求

輥壓窗框與內板在窗臺處連接如圖5所示，連接方向為X向和Y向搭接，X向搭接結構是造成大小門狀態的主要影響因素。Y向搭接結構影響整個門總成Y向尺寸，也就是門總成自身上檢具的面差，影響裝到白車身后前后門間的面差和門總成與側圍間的間隙、面差，還會影響門總成與車身的內間隙大小，直接影響關門力大小。為避免這些結構造成的匹配精度問題，此類結構產品必須考慮到焊接后的變形。車門上下兩段獨靠中間此段進行焊接連接，所以產品設計時窗框與內板匹配區域即焊接平面要盡量保持是平面，避免采用弧度大的焊接面，焊點的布置也要避免直線布置造成整體上段與門內板的相互扭轉。在焊接時，一旦上段與內板發生相互扭轉，夾具在放開控制后將會反彈，從而影響前后門上段的配合。因此，在制作定位策略中要體現Y向的充分壓緊機構，X向限位保證X向的定位（如圖5b）。

4 混合式車門

混合式車門集成了整體式車門和分體式車門的特點，形成半框式車門。即車門內板采用整體沖壓結構，窗框也采用沖壓結構，內板與窗框焊接連接形成內板總成，車門外板采用無窗框部位結構，與內板總成通過包邊形成白車門（如圖6）。

4.1 混合式車門結構對車門總成制造尺寸的影響

內板和窗框都是整體式沖壓成型，沖壓件尺寸比較容易保證，內板與上窗框周圈搭接焊接形成內板總成。門總成尺寸超差主要考慮內板與上窗框的焊接變形所帶來的門總成Y向面差。

兩個零件的匹配主要以Y向搭接為主，在窗臺區域一般采用X向或Y向或者同時搭接的結構，搭接視覺圖7，窗臺區域結構見圖8。為了滿足車門的剛度要求，考慮沖壓工藝性能和成本因素，內板與上窗框在材料和厚度選擇上會不同，內板一般厚度在0.65～0.85mm，上窗框的厚度一般在1.0～1.4mm，兩者材料性能厚度差異較大，焊接應力也各有不同，容易造成兩個零件拉扯，在焊接過程中產生扭曲變形。

內板與窗框在窗臺處搭接結構影響門總成尺寸，若窗臺處同時采用X向和Y向搭接的結構，此時，匹配要求最高，對模具精度和制造要求高，需要同時保證兩個方向的匹配精度，同時還需要考慮焊接工藝，在兩個方向制造精度有差異的情況下，先焊接哪個方向匹配面所產生的焊接變形量是不一樣的，最后門總成尺寸狀態也是不一樣的。

4.2 設計優化及定位要求

混合式車門內板與上窗框兩個零件周圈匹配區域制造精度要求較高，因此，優化上窗框與內板的搭接結構，減少尺寸鏈的公差累積。應避免前后兩端同時采用X/Y向搭接的結構，因為此時匹配要求最高，需要同時保證兩個方向的匹配精度。由于前門前端結構剛性會較后端剛性強，焊接變形量小。推薦前端選擇Y向搭接結構，保證包邊面尺寸;后端B柱段較長，涉及到前后門總成間DTS面差要求，以及與側圍的間隙、面差要求，推薦后端選擇X向搭接結構，不推薦Y向搭接設計，避免兩個零件匹配精度差帶來的門總成Y向面差。

通過充分合理的工裝定位來保證焊接過程中零件的定位穩定，內板與上窗框兩個零件的搭接關系為周圈匹配，需要在Y向進行支撐壓緊，防止焊接時造成Y向波動，影響整個車門的平度。上段的夾具定位要保證焊接面抱緊，門蓋板件比較薄，焊點多，牙邊在焊接后易發生錯動、牙邊高出內板牙邊的情況，還要進行Y向壓緊。圖7兩處截面所示定位策略如圖9所示。

5 結論

不同結構車門結構裝配到白車身上，均要滿足白車身尺寸控制要求，符合整車DTS間隙面差要求。通過分析不同車門結構特點和對車門總成尺寸匹配的影響，可快速判斷生產制造過程中門總成尺寸超差的原因。

1）整體式車門整個制造工藝過程簡單，工序少，尺寸精度最容易控制。可通過查看沖壓內、外板及子級沖壓零件質量，結合拼焊件的定位情況迅速判斷這類門總成尺寸超差的原因。

2）分體式車門輥壓窗框生產工藝復雜，制造精度要求高，尺寸精度最難控制。通過充分了解輥壓窗框生產工藝及結構特點，考慮輥壓窗框與內板焊接變形、定位等因素指導分析制造過程中的這類門總成的尺寸超差問題。

3）混合式車門尺寸精度控制難度介于整體式車門和分體式車門之間，可通過監控沖壓內板和沖壓窗框零件質量，考慮窗框與內板的搭接關系、焊接工藝等帶來的焊接變形、定位等因素快速查找此類門總成尺寸超差問題。

參考文獻：

[1]尹恒，汽車車門窗框滾壓成形介紹及滾壓零件成本測算模型研究[J].2009中國汽車工程學會年會論文集.2009：1141-1144.

[2]姜連勃，王紹春.汽車車門設計[J].汽車技術，1999，4：14-19.

[3]尹雪松，吳錦文，李憲龍等.淺談轎車門蓋關鍵零件的定位及尺寸的調試方法[J].電焊機，2013，43（6）：39-43

[4]張世東，淺析汽車前車門結構及要求[J].裝備制造技術.2013，7：116-121.

[5]楊雪，王海玲，劉程等.汽車窗框輥壓工藝及設備淺析[J].金屬加工熱加工，2017， 1-2：72-74.