車門烘烤變形原因及改善策略分析

劉禮解，韓 晶，劉 洋，曾心延，蒲少玲

（1.東風汽車集團有限公司乘用車公司，湖北 武漢 430056；2.東風汽車集團有限公司技術中心，湖北 武漢 430056）

近年來，隨著汽車市場的日趨飽和，各大汽車制造廠都展開了白刃化的競爭，競爭是全方位的，任何一方面的落后，都有可能造成銷量的下降乃至淘汰出局。外觀精細感知質量能夠給消費者帶來視覺沖擊，直接影響消費者的購買意愿。各大主機廠為了提高市場占有率，對汽車精細感知方面要求越來越嚴格[1]。

車門總成作為整車重要的外觀覆蓋件，其間隙面差的好壞直接影響外觀精細感知質量的優劣。然而，車門噴涂過程中烘烤產生變形，是行業內普遍存在的難題。烘烤變形是多個因素互相影響累積，涉及到車門結構形式、焊接工藝、噴涂工藝等多方面，且很難通過前期的計算機輔助工程（Computer Aided Engineering, CAE）仿真分析得出一個量化的結果，只能在試生產早期現場實車驗證，通過總結實車數據，優化制造工藝降低烘烤變形量[2]。

本文以某車型車門總成為例，通過幾輪實物驗證試驗，調研車門烘烤前和烘烤后間隙面差的變化，然后提出夾具矯形、鉸鏈螺母板適配調整等調試方案，同時對車門導軌、車門里板、鉸鏈加強板等結構形式的研究，提出車門里板拼焊、車門總成包邊后單邊點焊、車門鉸鏈加強板與導軌分開點焊等焊接工藝，減少后期尺寸匹配缺陷。

1 車門烘烤變形現狀

某車型在小批量試制階段，前后車門裝配于白車身下線后，面差處于合格監控范圍內，但總裝整車下線后，前門下角均高于后門3 mm～4 mm（尺寸技術規范（Dimensional Technical Specification, DTS）設計值為（0±1.2）mm）。且經驗證，后車門烘烤變形較少，影響可忽略不計，主要為前車門貢獻，本文主要論述前車門變形。

前車門經噴涂高溫烘烤后，車門的強度和剛度有較大提高。因此，通過局部變形來實現間隙面差的調整比較困難，只能調整車門鎖扣適度緩解。故后工序需要花費大量的人力物力來對車輛返修，增加調整工時，影響車輛交付。

2 車門烘烤變形數據分析

本文采用全尺寸跟蹤實物驗證的試驗方法分析車門烘烤變形。首先，調研烘烤前車門總成面差，測點分布如圖1所示。噴涂烘烤后，拆下車門，相同的方法調研面差。此試驗共做5次，取其平均值。

圖1 左前車門測點分布圖

圖2 左前車門烘烤變形面差變化

圖3 右前車門燒烤變形面差變化

如圖2、圖3所示，左前車門7—10中縫下角區域烘烤變形量最大為1.7 mm，其次為15—17號前車門上鉸鏈區域，最大變形量為0.8 mm。右前車門6—11中縫下角區域烘烤變形量最大為4.5 mm。

2.1 前車門上鉸鏈螺母孔3D調研數據

基于前車門上鉸鏈和中縫下角兩個區域變形量較大，可能有三種結果：車門下角區域變形、車門上鉸鏈區域變形、下角區域和車門上鉸鏈區域均有變形。分別對其烘烤前后進行3D調研，調研上鉸鏈螺母孔和右下角包邊面區域，測點如圖4所示。

圖4 測點分布圖

表1為左/右前車門上鉸鏈螺母孔Y向烘烤變形前后對比。左前車門上鉸鏈螺母孔分別往車身外側（Y-）變化1.446 mm，1.914 mm，右前車門上鉸鏈螺母孔分別往車身外側（Y+）變化1.063 mm，1.273 mm。根據車門與鉸鏈的相對運動，車門上鉸鏈區域往車身內側偏移，中縫下角區域則往車身外側偏移。

表1 左/右前車門螺母孔烘烤變形變化

表2為左/右前門下角區域2個特征點Y向烘烤變形變化，數據顯示，下角區域幾乎沒有變化。

表2 左/右前車門右下角區域烘烤變形變化

數據顯示，前車門上鉸鏈螺母孔噴涂烘烤后，其位置度發生變化，由車門與鉸鏈的相對運動，中縫下部鈑金區域發生起翹，面差變大。

3 車門烘烤變形原因分析

車門噴涂過程烘烤變形屬于復合型疑難問題，原因較多。根據以往多個項目經驗，主要分為設計缺陷及制造工藝不合理。

3.1 車門里板結構形式

車門里板一般分為整體式和激光拼焊式，如圖5所示。整體式由沖壓一體成型，里板料厚一般為0.65 mm或0.7 mm。拼焊式采用單板分開沖壓工藝，然后通過激光焊接工藝把兩塊厚度不一的單板合為一快整板，靠近鉸鏈處里板料厚為1.2 mm，較薄處料厚0.65 mm。一般來說，車門鉸鏈處的烘烤變形相比其他區域更大些，強度剛度也要求更高。因此，采用拼焊式里板既可以實現輕量化，也可以滿足性能要求。

圖5 里板結構形式

3.2 車門導軌總成的結構形式

某車型采用車門導軌roof段和鉸鏈加強板設計為一體，車門導軌和里板窗臺加強梁在廠內焊接，如圖6所示。由于車門導軌總成呈U形，不能構成一個閉環，且roof段與鉸鏈加強板在供應商處焊接，尺寸符合性較差。因此，車門導軌總成、鉸鏈螺母板、車門里板廠內焊接時，三者貼合面通常存在較大間隙，焊接完成后，會存在較大焊接應力，噴涂烘烤后，應力釋放，鉸鏈螺母孔的位置度發生較大變化。

圖6 車門導軌與里板結構圖

3.3 包邊料厚

車門里外板一般通過機器人滾邊，使其為一個車門總成，包邊厚度理論值應為2倍外板料厚與里板料厚之和，包邊厚度越大，滾邊越不實，里外板貼合性較差。在整車制造過程中，車門總成會經過搬運、安裝、調整、抬起、涂裝輔具作用力、電泳液沖擊、烘烤等各種工序，導致內外板發生錯動，錯動的狀態經過噴涂烘烤后固化，發生較大變形，引起車門面差變化[5]。

3.4 車門涂膠的影響

為了保證車身的強度和剛度，提升車輛的噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness,NVH）性能，焊裝白車身及各分總成焊接時，會對總成及零件施加折邊膠、減震膠等涂膠工藝。車門總成也是如此，在高溫的烘烤下，其應力釋放，膠變硬，引起面差變化。經驗證，使用折邊結構膠的車門，經噴涂烘烤后面差變化1 mm，不涂折邊結構膠的車門，經噴涂烘烤后變化0.3 mm[5]。

4 車門烘烤變形解決方案

基于以上烘烤變形原因，一般從兩方面提出解決方案：一是在前期車門結構設計階段，提出優化方案；二是在實物驗證階段，即工業化尺寸調試階段，進行設計驗證和綜合匹配[4]。

4.1 車門結構及焊接工藝優化

1.車門里板強度及剛度優化設計

在成本允許的情況下，加厚內板材料的厚度，選擇變形量較小的鋼材，采用激光拼焊工藝，車門里板采用1.2 mm、0.7 mm的板材通過激光拼焊焊接為一個整體，增加車門鉸鏈側的強度和剛度，減少變形量。

2.優化車門導軌的結構形式

車門上鉸鏈加強板單獨設計，不與導軌在供應商處焊接為一個整體；車門導軌與里板窗臺加強梁焊接為整體，形成閉環，增強其尺寸的穩定性，避免后期因生產制造、物流運輸引起的尺寸波動。

3.優化焊接工藝

優化車門的焊接順序，車門里板與鉸鏈加強板焊接后，再與導軌總成焊接，減少車門焊接變形及焊接應力，或增加車門單邊點焊，在里外板交疊位置增加局部焊接（傀儡焊、阿普拉斯焊、電弧焊、冷金屬過渡技術（Cold Metal Transfer,CMT）焊[5]，防止里外板發生錯動。

4.2 工業化調試方案

1.車門焊接夾具的調整矯形

如果前期設計沒考慮烘烤變形，后期調試則需要做反變形補償，通過前期的實物驗證試驗數據，調整焊接夾具。如在車門防撞桿焊接工序，調整夾具的支撐壓緊，矯形使面差變低。

2.車門鉸鏈螺母板的適配調整

車門鉸鏈螺母板與里板焊接，車門鉸鏈一端與車身相連，另一端與鉸鏈螺母板螺栓連接，螺母板的位置決定了車門裝配于車身的姿態。3D調研結果顯示，某車型車門在噴涂烘烤過程發生變形，上鉸鏈螺母孔的位置往車身外側偏1.0 mm左右，通過杠桿效應的放大，中縫下角區域面差比后門高2.0 mm。調整車門上鉸鏈螺母板焊接夾具定位銷，如圖6所示，改變鉸鏈螺母板的焊接位置，調整車門姿態，使前門右下部區域面差低于后門。

3.加強車門結構件的尺寸管控

車門里板、車門導軌、鉸鏈加強板、車門里板窗臺加強梁等關鍵零部件，需要重點管控其尺寸的符合性，保證焊接面貼合良好。

5 結論

車門噴涂過程的烘烤變形問題屬于跨專業跨部門的行業疑難問題, 受多種因素影響，每臺車變形量都不穩定。前期車門結構設計，設計工程師應將噴涂烘烤變形作為限制條件，進行設計優化，采用車門導軌與鉸鏈加強板分開焊接，車門導軌與里板窗臺加強梁設計為一個閉環，采用激光拼焊式里板等。

尺寸工程、焊裝工藝、涂裝工藝等專業工程師應從各自角度，根據以往的項目經驗，做出風險預判，提出設計反饋。如車門包邊后增加單邊點焊、優化結構件焊接順序、優化噴涂烘烤的溫度，工位布置順序、涂裝輔具的布置等。

在小批量試制階段，尺寸工程專業應通過多輪實物驗證試驗，研究變形規律，得出一個穩定的變形量，然后實施夾具的調整做反變形補償。同時，對關鍵零部件尺寸做好嚴格管控，保證焊接貼合良好。