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10.16638/jki.1671-7988.2021.01.038
汽車前蓋烘烤變形問題分析及解決方案
劉俊杰，薛禮
（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程，上海 201805）
摘 要：文章介紹影響前蓋烘烤變形問題產(chǎn)生的原因。通過仿真模擬、現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集、實(shí)車驗(yàn)證等方式，總結(jié)了幾種解決前蓋烘烤變形問題的方法。在項(xiàng)目中進(jìn)行了驗(yàn)證，能夠有效地降低前蓋烘烤變形量，減少后續(xù)匹配調(diào)整工作量，為后續(xù)新車型項(xiàng)目類似問題提供參考和指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞：汽車；前蓋；電泳；烘烤；變形
中圖分類號：U464.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988(2021)01-121-03
Hood Curing Deformation Analysis and Solution
Liu Junjie, Xue Li
( Vehicle Manufacturing Engineering, SAIC-GM Limited Company, Shanghai 201805 )
Abstract: Study root cau of hood curing deformation after painting. Summary veral problem-solving methods by simulation, data collection, expound and prove. Verify in projects, can reduce deformation effectively, reduce the workload of adjustment. Provide reference and support for similar issues in future project. Keywords: Vehicle; Hood; E-Coat; Bake; Deformation
CLC NO.: U464.13 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)01-121-03
引言
整車外觀是客戶購車時(shí)的第一印象，隨著汽車市場多元化，外觀已經(jīng)成為影響客戶購車的一個(gè)重要指標(biāo)。由于前蓋是一個(gè)面積大、鈑金較薄、支點(diǎn)少的零件，加上制造過程中工序較多，在復(fù)雜外力相互作用下可能會(huì)導(dǎo)致制造過程中容易產(chǎn)生局部區(qū)域變形。[1]前蓋需要同時(shí)與前格柵、前大燈、翼子板匹配，變形將影響前蓋與前保險(xiǎn)杠、翼子板和前大燈等前部的間隙、平整度，增加匹配調(diào)整工作量。本文將介紹影響前蓋烘烤變形的因素，通過仿真模擬、現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集、實(shí)車驗(yàn)證等方式，總結(jié)幾種解決前蓋烘烤變形問題的方法，為后續(xù)新車型項(xiàng)目過程中前蓋烘烤變形問題解決提供參考和指導(dǎo)。
1 前蓋結(jié)構(gòu)及烘烤變形因素分析
1.1 汽車前蓋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及制造工藝
前蓋折邊區(qū)域結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要為內(nèi)板、外板、折邊膠，內(nèi)板與外板連接主要靠外板折邊包覆內(nèi)板及內(nèi)外板之間折邊膠連接。
圖1 前蓋總成結(jié)構(gòu)
前蓋在車身車間的制造工藝如圖2所示，主要是內(nèi)板分拼焊接、內(nèi)板涂減震膠、外板涂折邊膠、折邊等。 1.2 前蓋烘烤變形影響因素
車身制造完成并安裝到白車身上后，進(jìn)入油漆車間電泳，并經(jīng)過175℃20min 烘烤。在高溫烘烤下折邊膠發(fā)生固化，
作者簡介：劉俊杰，男，江西宜春人，在職研究生，畢業(yè)于南昌大學(xué)，就職于上汽通用汽車有限公司整車制造工程部，任車身工藝工程師，研究方向：汽車制造技術(shù)。
汽車實(shí)用技術(shù)
122 同時(shí)由于板材沖壓、包邊成型積累的內(nèi)應(yīng)力也會(huì)逐步釋放而導(dǎo)致輪廓邊沿發(fā)生變形。由于此過程中變形區(qū)域處于自由狀態(tài)不受任何外力作用，因此其變形位置、變形量及變形方向均無法控制。下圖3為某車型在油漆烘烤前后型面變化，前部中間位置變形量達(dá)到了2mm ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過公差（±1mm ）要求。
圖2 某車型前蓋制造工藝蓋工藝
圖3 某車型油漆烘烤前后型面對比分析結(jié)果
通過人、機(jī)、料、法、環(huán)五方面的分析，與前蓋烘烤變形相關(guān)的因素主要有產(chǎn)品自身強(qiáng)度、油漆撐架、油漆烘烤過程溫度變化及其他外力影響等。
（1）產(chǎn)品自身強(qiáng)度及制造過程支撐對烘烤變形影響 前蓋為外覆蓋件，為滿足造型需求，往往設(shè)計(jì)為薄板，容易在生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生變形。近年來出于行人保護(hù)及減重需求，一些主機(jī)廠開始使用更薄的外板板材。同時(shí)，復(fù)雜的輪廓造型由于受張力影響也容易發(fā)生變形。
（2）油漆支撐工裝對烘烤變形影響
為保證在油漆過程中前蓋與車身的電泳和油漆質(zhì)量，需要在前蓋上安裝支撐工裝以避免前蓋與車身磕碰。支撐點(diǎn)的位置不同，前蓋受到的彎矩也不同。彎矩是前蓋因自身重力導(dǎo)致變形的主要因素，故可
以通過改變支撐的位置來減小彎矩。[2]
（3）油漆烘烤過程高溫對烘烤變形影響
白車身在油漆車間經(jīng)過電泳后，烘烤過程中折邊膠固化、板材的殘余應(yīng)力會(huì)釋放。同時(shí)由于材料本身的熱膨脹，導(dǎo)致鈑金不同程度的變形。
2 前蓋烘烤變形問題解決工藝方案
從工藝角度分析，優(yōu)化解決烘烤變形問題方案有以下幾個(gè)：
（1）調(diào)整油漆支撐工裝位置
通過CAE 軟件仿真，可以對不同位置支撐點(diǎn)產(chǎn)生的變形進(jìn)行分析。如圖4、圖5前蓋不同支撐點(diǎn)位置情況下的前蓋變形量仿真云圖，從圖中可以看出支撐點(diǎn)在靠近中間位置與靠近兩側(cè)時(shí)前蓋變形量相差約0.4mm 。通過不同位置模擬仿真，選擇變形量最小位置設(shè)計(jì)油漆支撐工裝，可以降低變前蓋形量。
圖4 支撐點(diǎn)靠近中間變形分析
圖5 支撐點(diǎn)靠近兩側(cè)變形分析
（2）折邊膠種類選擇優(yōu)化
目前常用的折邊膠主要是單組份折邊膠，在車身車間處于膠狀，進(jìn)入油漆車間烘烤后才開始固化。一些主機(jī)廠開始采用雙組份膠，這種折邊膠在車身車間涂膠完成后約15min 之內(nèi)自然狀態(tài)下就會(huì)固化，提前將零件內(nèi)、外板邊界加固鎖定從而降低因高溫折邊膠固化、板材熱膨脹導(dǎo)致的烘烤變形。
如圖6、圖7為某車型使用單組份膠、雙組份膠烘烤前后前蓋變形量對比，使用單組份膠的前蓋局部變形量超過2mm ，而使用雙組份膠的前蓋變形量在±1mm 以內(nèi)。
圖6 單組份膠烘烤變形狀態(tài)
圖7 雙組份膠烘烤變形狀態(tài)
但是雙組份膠初期設(shè)備投入以及日常運(yùn)營費(fèi)用都比較高。由于雙組份膠需要兩種膠直接在現(xiàn)場混合，需要投入2
劉俊杰 等：汽車前蓋烘烤變形問題分析及解決方案
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套涂膠系統(tǒng)。涂膠完成后在18min 內(nèi)需完成折邊，涂膠設(shè)備停止涂膠一段時(shí)間后（夏令時(shí)6min ，冬令時(shí)9min ）必須自動(dòng)清理一次混合管內(nèi)的膠水以防混合管凝結(jié)，每個(gè)班次均需要更換一次膠管。
（3）折邊完成后對折邊區(qū)域進(jìn)行加熱
目前生產(chǎn)工藝流程中，前蓋在壓機(jī)區(qū)域折邊完成后直接下線，放置在料架中駁運(yùn)至調(diào)整線安裝至白車身上。為了提前讓折邊膠固化，減少包邊區(qū)域型面、輪廓在油漆車間因高溫烘烤而發(fā)生的變形，一些主機(jī)廠會(huì)在線體末端增加感應(yīng)加熱系統(tǒng)。前蓋折邊完成后放置在定位工裝上，工裝夾緊狀態(tài)下對折邊區(qū)域進(jìn)行加熱，提前固化折邊膠及釋放鈑金內(nèi)應(yīng)力，減少在油漆車間的烘烤變形量。
感應(yīng)加熱系統(tǒng)組成如圖8所示，主要有控制器、感應(yīng)線圈、定位工裝等。其中感應(yīng)線圈通電后可產(chǎn)生110℃高溫，定位工裝上設(shè)置有仿型面，用來控制加熱過程折邊區(qū)域型面。由于感應(yīng)時(shí)間需要90s ，在高節(jié)拍線體上需要考慮增加多套感應(yīng)加熱設(shè)備來滿足線體節(jié)拍要求。
圖8 感應(yīng)加熱設(shè)備組成
（4）對前蓋變形區(qū)域進(jìn)行反變形補(bǔ)償
在試生產(chǎn)階段進(jìn)行批量驗(yàn)證后，如果烘烤變形位置、變形量趨于穩(wěn)定而非離散的。可以嘗試通過對變形區(qū)域進(jìn)行反變形，補(bǔ)償在油漆烘烤過程產(chǎn)生的變形量。
圖9 反變形前TAC 上前蓋與格柵間隙
如圖9為試生產(chǎn)階段前蓋在TAC （Totally Asmbly Check ）上與格柵間隙，通過批量現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集發(fā)現(xiàn)此處變形量穩(wěn)定在向上變形2.0-2.5mm 之間，且其他區(qū)域未發(fā)現(xiàn)烘
烤變形問題。因此對此變形區(qū)域進(jìn)行反變形補(bǔ)償驗(yàn)證，通過對前蓋內(nèi)板往下進(jìn)行整形，補(bǔ)償因油漆烘烤而產(chǎn)生的向上變形。對前蓋內(nèi)板沖壓件進(jìn)行修模，對前蓋單件及總成往下進(jìn)行偏離理論值控制。最終驗(yàn)證結(jié)果如圖10，反變形后在TAC 上前蓋與格柵間隙5.75-6.75mm ，滿足要求。
圖9 反變形補(bǔ)償后TAC 上前蓋與格柵間隙
在試生產(chǎn)過程中使用反變形補(bǔ)償方法是解決已經(jīng)形成穩(wěn)定趨勢的變形（位置和變形量穩(wěn)定）快速且有效的方法，但需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)收集、驗(yàn)證，確定變形位置及變形量。需要將數(shù)據(jù)收集的樣本量加入試生產(chǎn)計(jì)劃安排。
3 結(jié)論
本文對前蓋烘烤變形問題進(jìn)行了研究，分析了變形問題產(chǎn)生的幾個(gè)影響因素，總結(jié)前蓋烘烤變形問題工藝解決方案。因油漆支撐工裝產(chǎn)生的變形可通過CAE 仿真軟件對油漆支撐工裝位置進(jìn)行模擬，優(yōu)化工裝支撐點(diǎn)位置。油漆高溫烘烤
過程的變形是多個(gè)因素互相影響累積，目前還無法完全通過CAE 仿真進(jìn)行分析，只能在試生產(chǎn)早期現(xiàn)場實(shí)車驗(yàn)證，通過總結(jié)實(shí)車數(shù)據(jù)，優(yōu)化制造工藝降低烘烤變形量。通過采用雙組份膠或增加感應(yīng)加熱設(shè)備可以提前使折邊膠固化，加強(qiáng)包邊區(qū)域強(qiáng)度，減少變形風(fēng)險(xiǎn)；通過對鈑金進(jìn)行預(yù)變形，可以補(bǔ)償因在油漆高溫下烘烤而產(chǎn)生的變形量。
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