基于鋁溫成型內板的車門總成尺寸育成探究

王硯紅　黃露　雷舸

摘 要：本文介紹了汽車行業內首款應用鋁溫成型內板的車門總成尺寸育成全過程，基于大量測量分析總結了不同姿態檢具對車門內板測量結果的影響規律，積累了車門制造工序對型面尺寸的影響規律并充分應用于車門總成尺寸育成中，通過車門內板尺寸符合性、穩定性提升和車門加強件部分匹配面修正等方法，短期實現車門總成尺寸狀態滿足量產所需，對后續鋁溫成型車門內板設計及尺寸育成具有指導意義。

關鍵詞：鋁溫成型車門內板 車門總成 尺寸育成

1 引言

隨著我國整車銷售市場中電動汽車比重逐年提升，鑒于整車重量對電動汽車續航的巨大影響及電動汽車車主普遍存在的“續航焦慮”心理，相較于燃油車而言，電動汽車在產品開發階段對整車重量更為敏感，因此鋁材質零件以其相較于鋼材質零件明顯的重量優勢，在國產電動汽車尤其是高端汽車的車身上應用越來越廣泛。零件材質的變革對零件制造、連接、分總成及總成尺寸精度的育成都提出了新的挑戰，基于鋼材質零件總結積累的經驗普遍失效，新的經驗需要在實際生產過程中不斷總結。

國內某豪華電動汽車的代表品牌，旗下首款Hyper SUV車型車身大量采用鋁材質零件以減輕整車重量，車門總成（除車門防撞梁外）均應用鋁材質零件，鑒于該車型車身整體尺寸及豐富的車門功能需求，車門總成整體厚度不斷增加的同時，對車門內板的拉延深度提出極高要求，常規的單塊冷沖壓鋁板無法解決大深度拉延造成的表面質量問題，因此項目決策該車型車門內板采用鋁溫成型工藝，在此之前鋁溫成型工藝僅應用于車身后流水槽等尺寸較小零件，此工藝制造車門內板業界尚無先例，且車門內板單件尺寸狀態直接影響車門總成的DTS匹配面，因此工藝的變更對車門總成尺寸育成提出極大挑戰。本文通過對該車型車門總成尺寸育成過程進行還原，探究基于鋁溫成型內板的車門總成尺寸育成思路。

2 背景

該車型因車身整體尺寸及車門功能需求，車門總成整體厚度超出冷沖壓鋁板的拉延極限，單塊冷沖壓車門內板存在嚴重的且無法解決的表面質量問題，必須改變設計思路；而可行的替代方案主要有兩種：一、采用兩塊冷沖壓鋁板拼接制造車門內板，工藝較為成熟但外觀存在較為明顯且無法遮蓋的拼接痕跡，車門開啟時可被用戶感知，不利于外觀感知質量；二、應用鋁溫成型工藝，車門內板不需要分件、整體性強，外觀品質更佳但業界沒有先例，車門內板可以達到的尺寸狀態未知。鑒于該車型的豪華屬性，項目組決定優先保證車門內板的外觀品質，選擇鋁溫成型內板工藝。由于鋁溫成型車門內板為業界首例、沒有可參考借鑒的案例，該項目在工藝探索中無可避免走了彎路，導致模具報廢重開等問題，犧牲了大量項目時間，以至于TT階段僅有T0（即模具首件）狀態車門內板單件，型面尺寸合格率僅70%左右，此時距項目J1節點僅3個月時間，對車門總成的尺寸育成提出極大挑戰。

3 規律總結

3.1 車門內板單件測量規律總結，單件問題識別

基于冷沖壓零件檢具設計經驗，車門零件的檢具（見附圖1）姿態普遍設計為臥式（即與零件整車實際姿態呈90°），而車門總成檢具（同時具備測量內板單件功能，見附圖2）測量因為要確保與裝車姿態一致，設計為立式，這樣的檢具姿態差異在冷沖壓零件尺寸育成中并未出現問題，因此該項目單件檢具設計之初，無人對檢具姿態提出異議。但由于鋁溫成型工藝生產的車門內板回彈較大等原因，在實際尺寸育成過程中，我們逐漸發現車門內板單件檢具與車門總成檢具結果存在很大差異，一度對車門總成的尺寸育成起到干擾。為徹底解決這一問題，我們要求單件檢具運送至整車生產基地，采用同一零件分別上兩套檢具測量的方式，對車門內板包邊面及切邊進行密集采點測量，后門內板測量點83處，前門內板測量點68處，記錄四門內板各20件測量值并利用Excel工具對測量結果匯總分析；在密集采點、大量測量的數據基礎上分析總結兩套檢具間的測量差異規律，充分識別到不同的檢具姿態下，重力對同一零件測量結果的巨大影響（部分區域測量差異高達1.5mm）。通過檢具到廠的方式有效避免了零件運輸過程中的尺寸變形，使規律總結排除一切干擾、更加真實。在這一過程中我們還重點識別出車門內板扭曲變形、立式測量時零件四個Y向基準不能完全貼合、Y7基準與檢具基準面距離不穩定（0～2mm范圍波動）的問題，反映出零件尺寸穩定性嚴重不足，對車門總成的最終尺寸穩定性產生決定性影響。這個問題因重力作用，在臥式的單件檢具中無法檢出，且會對單件檢具中包邊面的偏差測量結果造成干擾，故而我們要求零件供應商通過模具研合、工藝參數調整、固化等手段，優先解決零件的扭曲、Y向基準不貼合的問題，在此基礎上才能進行零件尺寸穩定性的提升工作。

3.2 車門總成工序變化規律總結

車門內板需經過焊接一序（焊接鉸鏈加強板等）、焊接二序（焊接外水切加強板等）、內外板包邊三道工序后形成車門總成，每道工序均會對車門總成的最終型面尺寸狀態造成影響。我們充分利用TT階段車門慢焊過程，分工序測量車門內板單件、焊接一序后車門內板分總成、焊接二序后車門內板總成及包邊后車門總成的型面尺寸狀態，每個車門均測量10件，在大量數據積累的基礎上利用Excel工具充分總結車門總成制造各工序對型面尺寸的影響，形成清晰的車門總成型面偏差影響路徑?；诠ば蜃兓幝煽偨Y，我們可以根據車門總成的尺寸目標要求反推出車門內板單件的型面尺寸要求，同時結合兩套檢具間的測量結果差異規律，我們制定了基于單件檢具的車門內板初版整改指令。

4 鎖定整改指令

4.1 結合車身側圍尺寸狀態優化車門內板整改指令

常規的車身尺寸育成思路，應該是車身側圍與后門總成分別達成設計的尺寸公差要求，而TT階段車身側圍外板的尺寸狀態、工裝夾具的調整等已基本鎖定；通過分析車身三坐標數據，我們識別出左右兩側車身側圍型面均存在上部偏高下部偏低的問題，型面上下存在0.8mm左右的極差，此時若要優化白車身側圍型面尺寸需對側圍外板模具進行修模，修模時間長達兩個月且修模后的面品質量不可預估，存在影響項目J1節點的巨大風險；基于上述風險和車門內板尺寸育成進度遠遠落后于車身其他零件的實際情況，我們決定鎖定車身側圍型面尺寸狀態，結合生產基地調整線后門匹配側圍調整的原則，通過對后車門后部進行修偏以匹配車身側圍的型面偏差，保證后門與側圍的實車匹配符合DTS設計公差（±0.5mm）要求。結合車身側圍和后車門總成的實際尺寸狀態，我們規劃了后車門后部的目標尺寸狀態（見附圖3）。同理，我們根據后車門前部與前車門后部的實際尺寸狀態，規劃了此匹配區域車門總成的目標尺寸狀態（見附圖4）。利用車門總成工序變化規律，反推出車門內板單件的型面尺寸要求，結合兩套檢具測量結果差異規律，我們優化并制定了車門內板過程版整改指令。

4.2 利用車門加強件矯形車門內板，鎖定車門內板及加強件整改指令

車門內板經過兩輪模具研合、成型工藝參數（加熱溫度、加熱時長、模具表面涂油量、保壓時間等）固化后，零件的四個Y項基準面在總成檢具上狀態穩定，尺寸穩定性也得到很大提升，型面尺寸合格率達85～95%，并減小了單一型面的尺寸極差，但此時零件尺寸狀態距整改指令要求仍有不小的差距，此時車門內板的生產制造參數已通過大量實驗和調整趨于固化，如果要求供應商進一步提升車門內板型面尺寸合格率需要對模具進行修模，而此時距項目J1節點已不足一個月，緊迫的項目時間無法應對修模可能帶來的尺寸不穩定、面品質量差等諸多問題，因此針對車門內板我們制定終版整改指令，要求供應商鎖定當前的模具狀態，將工作重點放在提升產品的尺寸穩定性上，保證同一批次、不同批次零件尺寸穩定。

鎖定車門內板尺寸狀態后，為達成車門總成的目標尺寸狀態，我們充分利用已總結的車門總成各工序尺寸變化規律，識別出對車門總成型面尺寸存在決定性影響的車門加強件，如：車門外水切加強板對車門總成后部面差的影響，車門鉸鏈加強板對車門總成前部面差的影響等，進而通過加強件檢具到廠、現場手修零件的方式，不斷試驗總結出加強件各區域尺寸變化對總成型面尺寸的具體影響點和影響量，從而通過對車門加強件小部分匹配區域尺寸修偏，利用加強件在車門焊接過程中對內板的矯形作用，達成車門總成的目標尺寸狀態。針對車門加強件的修偏僅涉及五個零件且均為小面積匹配面，修模周期僅需兩周，且模具修模完成前可通過零件手修的方式滿足車門生產要求，不影響項目J1節點，是最優方案，因此方案得到項目組的認可。

但因為此方法是通過加強件矯形方式強制車門內板受力變形，會導致焊接、包邊后的車門總成內部存在應力，車門總成經過涂裝電泳、高溫烘烤后應力釋放會對車門總成的型面造成一定影響；結合車門總成涂裝后的變化情況，我們對加強件的整改指令進行了迭代更新，在不斷試驗的基礎上形成了最終版的加強件整改指令。經過MP階段生產車門總成的測量驗證，手修臨時應對和修模完成后的車門加強件均能良好適配車門內板，達成預設的車門總成尺寸目標，從而保證車門與側圍、前門與后門的匹配效果達成外觀DTS質量要求（±0.5mm）。

5 結論

（1）鋁溫成型工藝生產的車門內板受重力影響尤其明顯，檢具的放置方向（立式和臥式）對測量結果影響極大，部分區域兩套檢具測量結果差異竟高達1.5mm，前期對車門內板尺寸育成造成干擾，直到采取單件檢具到廠、大量測量對比兩套檢具差異的方式才識別出差異規律，故而建議采用鋁溫成型工藝的車門內板單件檢具放置方向應與總成檢具放置方向一致，避免測量結果對尺寸育成工作的干擾。

（2）鋁溫成型工藝生產的車門內板，成型后的回彈力要遠大于冷沖壓工藝生產的車門內板，因此要充分關注立式檢具測量時Y向四個基準面的貼合情況，務必將Y向基準穩定并貼合作為尺寸提升的第一關注項和優先解決項，基準不穩定必然導致測量結果不穩定，零件的尺寸穩定性必然無法實現，尺寸育成也就無從談起。

（3）鋁溫成型工藝生產的車門內板，與冷沖壓工藝生產的車門內板在單件尺寸育成方面存在本質的差異，即鋁溫成型工藝不僅受模具尺寸狀態的影響，還受到加熱溫度、加熱時長、模具表面涂油量、保壓時間、激光切割等諸多參數影響，模具尺寸優化僅是其中一個影響因素，因此修模帶來的尺寸收益遠不如冷沖壓工藝直接，且可能造成面品質量下降等副作用。因此應用鋁溫成型工藝的車門內板應盡早開模，以留有足夠的時間對各影響參數進行試驗、調整、固化，保證車門內板的尺寸穩定；車門內板尺寸穩定且符合設計公差要求后，應慎重對待尺寸變更（如修偏車門內板匹配車身側圍的尺寸偏差等）的要求。

（4）車門焊接各工序中，車門加強件因零件料厚遠超車門內板，對車門內板存在很強的矯形作用，因此在設計階段應注意盡量減小加強件與車門內板的匹配面積，以便更好地控制加強件匹配面尺寸精度，降低車門總成尺寸育成難度。尺寸育成過程中應注意通過數據積累，充分識別各加強件對車門總成的尺寸影響。在車門內板尺寸穩定但未達到設計尺寸公差要求、且通過調整工藝參數等手段均無法解決的前提下，為避免修模對項目進度和零件面品質量造成風險，可采用修偏車門加強件的匹配面，通過加強件矯形車門內板的方式，保證車門總成達成設計的尺寸目標。此方式有利于縮短車門總成尺寸育成周期，但應重點關注車門總成涂裝后的應力釋放情況，以涂裝后的車門總成尺寸狀態為準制定車門加強件的修正量。

參考文獻：

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