某車型B柱鈑金異響機(jī)理的研究

吳曉鵬 楊志卿 朱俊 秦貞國(guó) 張吉兵

摘 要：某車型在行駛中，B柱區(qū)域會(huì)發(fā)出嘀嘀的異響聲音。在暴曬之后更加容易復(fù)現(xiàn)，且異響的聲音明顯增大。文中研究了鈑金異響的機(jī)理，并通過(guò)6sigma的試驗(yàn)方法，找到了最佳的工藝參數(shù)，改善了異響問(wèn)題的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：鈑金 異響 聚合物 六西格瑪

Abstract：When a model is driving， the B-pillar area will make a tick noise. It is easier to reproduce after exposure to the sun， and the noise is significantly increased. In this article， the mechanism of sheet metal rattle is studied， and the best process parameters are found through the 6sigma test method， which improves the occurrence of abnormal noise.

Key words：sheet metal， squeak & rattle， polymer， 6sigma

1 引言

隨著汽車工業(yè)4.0的發(fā)展，優(yōu)美的汽車造型、豐富的配置不斷滿足著中國(guó)客戶的需求。但是異響作為客戶感知類的需求，經(jīng)常容易被OEM所忽視。通過(guò)J.D.Power研究報(bào)告，在客戶的用車體驗(yàn)中，某車型異響問(wèn)題位居首位。近三年，鈑金異響在市場(chǎng)持續(xù)發(fā)生，且客戶抱怨強(qiáng)烈。鈑金異響診斷過(guò)程復(fù)雜，修復(fù)難度大，異響機(jī)理值得深入研究，從而幫助OEM建立更穩(wěn)健的工藝過(guò)程。

在售后市場(chǎng)，客戶抱怨某車型天窗異響，通過(guò)診斷異響點(diǎn)來(lái)源于鈑金，并非天窗框架自身。客戶反饋，車輛在暴曬之后更加容易復(fù)現(xiàn)，且異響的聲音明顯增大。按照異響調(diào)查的一般步驟，首先鎖定異響源，其次通過(guò)空間隔斷法進(jìn)行返修，再次調(diào)查異響產(chǎn)生機(jī)理以及影響異響產(chǎn)生的根本原因，最后針對(duì)關(guān)鍵因子制定對(duì)策進(jìn)行改進(jìn)。

2 試驗(yàn)步驟

2.1 通過(guò)實(shí)際車輛復(fù)現(xiàn)異響

試驗(yàn)設(shè)備：出現(xiàn)過(guò)異響的車輛、聽(tīng)診器、可以達(dá)到60℃以上的環(huán)境倉(cāng)、4立柱振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、可以利用4立柱模擬歐洲磚路-鵝卵石路-比利時(shí)路-鋼繩路-直扭路的操作程序。

試驗(yàn)方法：第一步，將車輛放置在環(huán)境倉(cāng)，并升溫至60℃，浸泡30分鐘，道路測(cè)試是否有異響，若異響出現(xiàn)，進(jìn)行第二步，把車輛放置在4立柱上，進(jìn)行道路測(cè)試模擬，借用聽(tīng)診器尋找異響源。

試驗(yàn)結(jié)果與討論：通過(guò)高溫浸泡后，路試或模擬路試都可以聽(tīng)到異響聲音。借助聽(tīng)診器鎖定異響源在B柱上部鈑金區(qū)域。通過(guò)對(duì)該區(qū)域噴涂WD40降噪油脂，可以有效消除該異響。通過(guò)高低溫振動(dòng)耐久試驗(yàn)，模擬100000公里的里程，該異響始終未復(fù)現(xiàn)，說(shuō)明該返修方案的可靠性至少可以滿足10年的使用，該方法已在市場(chǎng)返修方案中進(jìn)行推廣。

2.2 通過(guò)試驗(yàn)料片模擬異響

試驗(yàn)材料：制作試驗(yàn)樣片，打孔后增加3個(gè)鉚釘，鉚釘間距50mm和130mm，模擬異響區(qū)域整車鈑金狀態(tài)。

試驗(yàn)設(shè)備：鉚釘槍、烘爐、電泳設(shè)備、烤箱。

試驗(yàn)方法：使用120件樣片，跟隨白車身進(jìn)入涂裝車間進(jìn)行電泳、烘烤，之后取出料片，在常溫下，在料片邊緣反復(fù)掰動(dòng)，判斷是否有異響。再放置60度的烤箱30分鐘后，使用相同的方法判斷是否有異響。

試驗(yàn)結(jié)果與討論：在常溫情況下120件樣片，未發(fā)出任何聲音。但在60度的烤箱放置30分鐘后，其中4件聽(tīng)到了嘀嘀的異響聲音，在恢復(fù)到室溫一段時(shí)間后，異響消失。

通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M出了整車在路試過(guò)程中的鈑金嘀嘀的異響聲音。而且與溫度有一定的關(guān)系，高溫更容易再現(xiàn)該異響。同時(shí)，在異響的料片中間也發(fā)現(xiàn)了電泳堆積物質(zhì)，與在整車上拆解后異響位置的鈑金內(nèi)的電泳堆積物質(zhì)一致。通過(guò)第三方實(shí)驗(yàn)室分析，確定為電泳液堆積物成分是聚合物。根據(jù)聚合物的相變理論，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)電泳液聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)，車身將來(lái)自地面的激勵(lì)傳遞至鈑金間隙，并作用于中間的電泳液聚合物一段時(shí)間，產(chǎn)生粘滑效應(yīng)，發(fā)出嘀嘀的異響。

聚合物的高彈性和粘彈性解釋如下：

高彈性：非晶態(tài)聚合物在玻璃化溫度以上時(shí)處于高彈態(tài)。它有如下特征：①?gòu)椥阅Ａ亢苄《巫兞亢艽蟆＂谛巫冃枰獣r(shí)間。由于在受到壓力壓縮的時(shí)候，形變就會(huì)總是隨著時(shí)間的發(fā)展達(dá)到最大，隨著壓力的下降而消失。③形變時(shí)有熱效應(yīng)。在出現(xiàn)形變的時(shí)候會(huì)有熱效應(yīng)，會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱，同時(shí)分子之間會(huì)產(chǎn)生摩擦而產(chǎn)生熱量，發(fā)生結(jié)晶的過(guò)程中也會(huì)放出熱量。

粘彈性：高分子材料的形變性質(zhì)是與時(shí)間有關(guān)的，這種關(guān)系介于理想彈性體和理想粘性體之間，因此高分子材料常被稱為粘彈材料。粘彈性是高分子材料的另一個(gè)重要的特性。在交變應(yīng)力作用下，處于高彈態(tài)的高分子，由于高分子內(nèi)摩擦的存在，使其形變的速度跟不上應(yīng)力變化的速度，從而產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，滯后是典型的動(dòng)態(tài)粘彈性行為。由于滯后，每一循環(huán)變化中就要消耗功，稱為力學(xué)損耗，也稱為內(nèi)耗。

因此，電泳液聚合物在車輛行駛在路面受到來(lái)自鈑金周期性的作用力，表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)粘彈性行為，周期性的做功和應(yīng)力釋放，產(chǎn)生粘滑運(yùn)動(dòng)，發(fā)出嘀嘀的聲音。

2.3 篩選關(guān)鍵影響因子試驗(yàn)

為了找到最佳的工藝參數(shù)，從系統(tǒng)上解決該問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)使用6sigma工具中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）以及田口方法，針對(duì)電泳液成分、電泳烘烤溫度、電泳烘烤時(shí)間等進(jìn)行試驗(yàn)分析。

（1）針對(duì)影響因子X(jué)1電泳液成分，挑選了兩種可用的電泳液進(jìn)行Tg值（℃）的對(duì)比。收集的數(shù)據(jù)如表1。

試驗(yàn)結(jié)果與討論：使用6sigma配對(duì)T檢驗(yàn)，P值≤0.05，拒絕原假設(shè)，原假設(shè)為兩組異響比率無(wú)顯著差異。即CG800與CG800RE電泳液的Tg值有明顯差異，CG800RE比CG800的Tg值平均高3.31℃。

（2）針對(duì)影響因子X(jué)2烘烤時(shí)間，制作了100個(gè)樣片，平均分成2兩組，每組各50個(gè)樣片，烘烤時(shí)間分別為15分鐘和20分鐘，異響料片的數(shù)量分別為19個(gè)和12個(gè)。

試驗(yàn)結(jié)果與討論：使用6sigma雙比率檢驗(yàn)，P值>0.05，無(wú)法拒絕原假設(shè)，原假設(shè)為兩組異響比率無(wú)顯著差異。即表明不同的烘烤時(shí)間，料片異響的比率沒(méi)有明顯的差異。烘烤時(shí)間非關(guān)鍵影響因子。

（3）針對(duì)影響因子X(jué)3烘烤溫度，共設(shè)置了4組試驗(yàn)，因子水平分別為160℃ 175℃ 180℃ 190℃，烘烤時(shí)間為15min，不同的水平下分別使用50個(gè)樣片，經(jīng)過(guò)不同的烘烤溫度，各水平試驗(yàn)產(chǎn)生的異響比率不同。通過(guò)二進(jìn)制logistic回歸，建立了異響比率與烘烤溫度的回歸方程式。

異響比率P=（1+e0.149779烘烤溫度T-25.1762）-1

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論：使用6sigma二進(jìn)制logistic回歸，建立了異響比率與電泳烘烤溫度之間的回歸方程，通過(guò)該方程可以看出，隨著電泳烘烤溫度的增加，當(dāng)烘烤溫度高于190度時(shí)，異響比率開(kāi)始趨于0。

收集了不同烘烤溫度下異響和無(wú)異響料片中間以及料片表面的電泳液聚合物進(jìn)行玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化為高彈態(tài)Tg值（℃）的測(cè)量。輸出DSC曲線如下圖2。

差示掃描量熱法DSC即是在程序溫度下，測(cè)量輸入到物質(zhì)和參比物的功率與溫度（時(shí)間）的關(guān)系的技術(shù)，其特點(diǎn)是使用溫度范圍比較寬，分辨能力和靈敏度高。DSC可以精確地測(cè)定樣品在被加熱、冷卻或恒溫時(shí)吸收或放出的能量（熱），主要用于測(cè)量結(jié)晶度、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)以及聚合、固化、交聯(lián)氧化、分解等反應(yīng)的反應(yīng)熱及研究其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。熱流型DSC通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理將試樣與參比物的溫差轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃坎睿涗浵碌臒崃髀?溫度（或時(shí)間）曲線即為DSC曲線，一般縱坐標(biāo)為單位時(shí)間單位質(zhì)量樣品補(bǔ)償?shù)臒崃浚脽崃鳎‥ndo或Heat Flow）表示，單位為W/g，國(guó)際熱化學(xué)學(xué)報(bào)（Thermochimica Acta）建議向上表示吸熱，向下表示放熱，橫坐標(biāo)為溫度或時(shí)間，從左向右表示增加。

通過(guò)DSC曲線可以看出，①隨著電泳烘烤溫度的提升，玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg值（℃）也在升高;②外表面電泳液，烘烤后物質(zhì)的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg值（℃）高于料片間物質(zhì)轉(zhuǎn)化溫度;③烘烤溫度為175℃時(shí)，樣品料片間物質(zhì)玻璃態(tài)溫度Tg值（℃）仍然較低（39℃）;④達(dá)到190℃烘烤溫度下，樣品料片間物質(zhì)玻璃態(tài)溫度Tg值（℃）也可以大幅度提升到78℃。

3 改進(jìn)關(guān)鍵因子后的結(jié)果與討論

試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)找到了最佳的工藝參數(shù)，電泳液成分CG800RE和烘烤溫度190℃，使電泳液聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）大于環(huán)境溫度。優(yōu)化這兩項(xiàng)參數(shù)之后，經(jīng)過(guò)1年的驗(yàn)證，沒(méi)有客戶的抱怨。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)與環(huán)境溫度相關(guān)的鈑金異響，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)樣片進(jìn)行異響機(jī)理研究，利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）以及田口玄一的穩(wěn)健參數(shù)設(shè)計(jì)，找到符合OEM的工藝參數(shù)，使車身系統(tǒng)更加穩(wěn)健，降低異響對(duì)環(huán)境溫度的敏感性，消除客戶抱怨。

參考文獻(xiàn)：

[1]何曼君.高分子物理（第三版）.

[2]李谷，符若文.高分子物理實(shí)驗(yàn)（第二版）.

[3]何楨.六西格瑪管理（第三版）.

作者簡(jiǎn)介

吳曉鵬：男，山西人，高級(jí)工程師，奇瑞捷豹路虎汽車有限公司。