淺談發動機罩烘烤變形問題的解決

張百通，劉春良 （長城汽車股份有限公司，河北省汽車產業技術研究院，河北保定 071000）

0 引言

隨著汽車由過去的奢侈品發展為今天的必需品，各大汽車廠為了提高市場占有率，對汽車精細感知方面的要求越來越嚴格。其中汽車各配合部位的間隙面差是影響精細感知的關鍵因素，也是汽車制造過程中的難題。發動機罩是汽車的重要外觀件，發動機罩涉及與翼子板、保險杠和大燈的間隙、面差配合問題，在前部的匹配中占據重要位置，發動機罩面積較大，外觀特征復雜，圓角位置多，輥邊成型調試周期較長，這些問題都可以通過工藝優化進行調整，而業界工程師更為關注的是發動機罩在烘烤后易發生變形的問題，主要因為烘烤變形無法在產品開發前期進行預測，即使發現機蓋烘烤變形也很難提出有效的解決方案，下文就發動機罩烘烤發生變形的問題解決過程及方法進行詳細闡述。

1 問題簡述

公司新上市車型處于試生產階段，新車型對機蓋造型進行了全新設計，機蓋作為新開發件，試生產階段總裝車間反饋發動機罩與中網間隙大，間隙最大處達到20 mm，超出標準13.5 mm，造成發動機罩報廢，嚴重影響車型正常SOP（Small-Outline Package，批量生產）。

對比發動機罩在涂裝烘烤前后的數據發現，涂裝前發動機罩檢具面差均合格，涂裝烘烤后發動機罩發生變形，具體變化形式為：發動機罩前沿中間拱起，兩邊角左低右高，即發動機罩前沿發生了扭曲，導致其與中網間隙不均，如圖1所示。

圖1 發動機罩變形位置及變形趨勢示意圖Figure 1 Schematic diagram of the hood deformation position and trend

2 原因分析

分析可能影響發動機罩烘烤變形的因素如下：

（1） 發動機罩設計強度不足，導致烘烤過程中產生變形；

（2） 發動機罩重心Y向偏移-1.8 mm，造成左低右高現象；

（3） 發動機罩電泳時，采用單點輔具支撐發動機罩鎖扣位置，無法有效支撐兩邊角部位；

（4） 發動機罩前沿包邊存在問題。

針對以上因素對發動機罩烘烤后變形問題進行調查分析。

2.1 發動機罩強度

發動機罩總成在車輛行駛過程中主要承受路面帶來的不同強度的沖擊，本次分析考慮車輛行駛的經典路況，對其在顛簸、制動、加速、轉向條件下進行強度分析，根據設計數據應用HYPERMESH軟件建立有限元模型，焊點采用ABAQUS FASTENER模擬，采用通用有限元求解軟件ABAQUS進行求解。

發動機罩強度分析結果：在顛簸、制動、加速、轉向條件下發動機罩總成及各零部件的最大應力均小于所用材料的屈服強度，滿足強度要求，發動機罩設計強度無問題。同時對發動機罩剛度和模態分析進行確認，也均滿足要求。

2.2 發動機罩重心偏移

針對發動機罩重心偏移是否對變形有影響，采用CAE（Computer Aided Engineering，計算機輔助設計）進行分析確認（圖2）。

圖2 發動機罩CAE分析圖示Figure 2 Engine cover CAE analysis diagram

機罩前角兩側變形量分別為：左1.876 mm，右1.880 mm。左右變化量差值：0.004 mm，貢獻量：0.2%。即發動機罩總成Y向重心偏移-1.8 mm對機罩前沿左右變形貢獻量約0.2%，可忽略。綜上，發動機罩設計不存在問題。

2.3 發動機罩單點輔具

為驗證單點輔具是否對變形存在影響，采用無輔具狀態單獨電泳發動機罩進行驗證。測量電泳前后的面差數據，結果如圖3所示。

圖3 發動機罩前沿涂裝烘烤前后面差（從左至右）Figure 3 The change amount in the front face of hood before and after painting（from left to right）

由圖3可見，無輔具狀態下發動機罩前沿面差變化與采用輔具時一致，均為發動機罩前沿中間拱起，兩邊角左低右高。說明發動機罩發生變形與使用輔具狀態無關。

2.4 發動機罩焊裝狀態

對問題發動機罩剖解分析發現：發動機罩前沿包邊內外板包合量為0.5 mm，不滿足設計標準（5.5～6.3 mm），如圖4所示。

圖4 發動機罩前沿包邊狀態及設計狀態示意圖Figure 4 Schematic diagram of hood front edge state and design state

在發動機罩前沿增加2個焊點，將內板和外板固定；調整焊點位置，增強包邊不合格區域強度。具體方案如圖5所示。

圖5 發動機罩焊點位置調整方案Figure 5 Adjustment scheme of hood weld spot position

焊點調整后發動機罩涂裝烘烤前后面差數據對比見圖6。

圖6 調整焊點后發動機罩涂裝烘烤前后面差對比Figure 6 Comparison of the change amount in the front face of the hood after adjusting the solder joint

圖6 結果表明，發動機罩前沿增加焊點后，烘烤變形量得到控制；包邊包合量不足是造成發動機罩前沿烘烤變形的主要原因，需重點應對、解決。

3 對策驗證

對完成焊點位置調整的發動機罩驗證5臺份，結果見圖7。

圖7 5臺份發動機罩涂裝烘烤前后面差變化量趨勢圖Figure 7 Trend chart of change amount in the front face of 5 sets hood before and after painting

分析圖7可知：（1）涂裝烘烤前后發動機罩面差數據均合格；（2）涂裝烘烤前后發動機罩面差變化量控制在±0.75 mm，中網間隙為±1.5 mm，符合公差范圍。（3）發動機罩涂裝烘烤前后變形量趨勢左右對稱，一致性良好。（4）總裝裝車驗證滿足發動機罩與中網間隙標準［（6.5±1.5）mm］要求，整改效果明顯，問題解決。（5）后續根據產量需求及生產間隙調整內外板定位，將包合量調整至合格范圍，驗證烘烤變形量。

參照焊點調整方案進行驗證發現：將發動機罩前沿焊點移至圖8中黑點位置后，此處面差超差問題得到解決，但是前沿面差在焊接完成后發生較大變化，前沿面差最大上升1.5 mm，驗證方案不可行。

圖8 前部裝配示意圖Figure 8 Front assembly schematic

通過數據分析發現，以圖8中虛線為界限，虛線左邊部位面差經烘烤后明顯上升，最大增量為0.7 mm，虛線右邊的變量在±0.3 mm以內。針對這種情況，確定整改方案為內板焊接夾具前部區域Z向調整-2 mm，輥邊夾具左右前燈處Z向調整+1 mm；經驗證通過此方案調整后，問題部位焊裝面差降低至0.4 mm，烘烤后增量減小為0.3 mm，匹配后發動機罩與翼子板和組合前燈間隙面差均合格，問題得以解決。

4 結語

發動機罩經涂裝烘烤后容易發生變形問題，此類問題屬于綜合問題，涉及沖壓、焊裝、涂裝、總裝各工序。此類問題的解決過程中，需掌握每個工序的數據，分析數據的一致性和變化量：首先確保沖壓單件合格；再確認焊裝生產過程，焊裝生產過程中會涉及焊接和加緊，應測量各工序焊接后的變量及夾具的夾緊狀態及左右均勻性；涂裝過程確認發動機罩在前處理、電泳過程中的穩定性，盡量保持發動機罩在自由狀態；發動機罩的變形涉及到整個前部的匹配狀態，需協調其他零部件協同分析整改問題。筆者通過兩個車型發動機罩變形問題的解決，發現發動機罩的烘烤變量控制在±0.3 mm以內是比較理想的。通過以上闡述，希望在解決類似問題時能夠給大家提供合理的思路，快速找到問題原因，并加以解決。