白車身氣密性提升的應(yīng)用

梁翠 謝崇謠 易嬌 張揚 牛毅峰 張海峰

（上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司）

隨著汽車設(shè)計制造水平的顯著提升，顧客對車輛感知性能的要求也越來越高，氣密性作為整車舒適性的一項重要指標(biāo)，對汽車車內(nèi)噪聲、汽車熱性能、燃油經(jīng)濟(jì)性等產(chǎn)生重大影響[1]。大多數(shù)汽車公司在項目開發(fā)前期采用仿真軟件，模擬氣密性煙霧試驗[2-3]，快速排查白車身上所有的泄漏路徑，然后對產(chǎn)生泄漏的原因進(jìn)行分類：鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計、隔斷塊安裝位置、涂膠方式等，并制定優(yōu)化措施，降低后期整改導(dǎo)致的研發(fā)費用和縮短研發(fā)周期。在實際制造過程中，由于生產(chǎn)工序復(fù)雜，影響因素多變，導(dǎo)致實際氣密性與設(shè)計開發(fā)期相比差距較大。因此，文章從制造過程探討工裝設(shè)備、鈑金搭接質(zhì)量、涂膠工藝、零件質(zhì)量、裝配質(zhì)量等因素對氣密性的影響和提升措施，為汽車制造提供實踐經(jīng)驗。

1 氣密性試驗原理

氣密性試驗是在密封的車身內(nèi)充氣，使車身壓力逐漸增加到0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 inWC（0.5 inWC=124.4 Pa），記錄對應(yīng)的氣流量，即泄漏量V1，V2，V3，V4，V5in3/min（1 in3/min=9.8×10-4m3/h），將測量的數(shù)據(jù)繪制成壓力-氣流圖，進(jìn)行2 種或者2 種以上車輛氣密性對標(biāo)分析。

汽車車身密封性試驗一般包含白車身氣密性和整車氣密性2 個階段的測試[4]。單臺車氣密性測試一般在密封好的白車身內(nèi)加壓至0.5 inWC，測試設(shè)備顯示的氣體流量符合VTS（整車技術(shù)規(guī)范）中的規(guī)定值，如果0.5 inWC 對應(yīng)的泄漏量大于目標(biāo)值，即為不合格，否則為合格。氣密性測試儀主機控制面板，如圖1 所示。

圖1 氣密性測試儀主機控制面板

1.1 白車身氣密性試驗

白車身氣密性是評定白車身涂膠、焊縫、隔斷塊、密封填料等零部件在搭接區(qū)域密封效果的試驗，能判斷出白車身主要泄漏點和泄漏量，并在實際工作中做出質(zhì)量改進(jìn)。

進(jìn)行白車身氣密性試驗時，選用一臺經(jīng)過涂裝工藝加工的白車身，使用專用密封膠帶密封白車身與外部相通的所有孔，將設(shè)備通風(fēng)管、壓力平衡棒、煙霧發(fā)生器放置在車身內(nèi)部，形成密封空間，啟動煙霧發(fā)生器放煙霧，再調(diào)節(jié)氣密性檢測設(shè)備，使車內(nèi)壓力達(dá)到0.5 inWC，觀察所有冒煙嚴(yán)重區(qū)域，并記錄泄漏量[5-6]，如圖2 所示。

圖2 白車身氣密性試驗

1.2 整車氣密性試驗

整車氣密性測試是選用總裝成品車，在靜止?fàn)顟B(tài)下關(guān)閉全車門窗，在門窗上連接氣密性測試儀，開啟空調(diào)內(nèi)外循環(huán)，車身內(nèi)外氣壓差值即為整車泄漏量。除了白車身氣密性外，門蓋配合、總裝密封堵塞裝配、管路/通風(fēng)道密封裝配膠塞等都將影響整車氣密性。

2 影響白車身氣密性原因分析

對某車型2—5 月份白車身氣密性進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：白車身氣密性平均泄露量為79 in3/min，最大泄露量達(dá)到81.2 in3/min，與同行業(yè)其他車型的60 in3/min 相比，還具有相當(dāng)大的差距。圖3 示出該車型白車身氣密性數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

圖3 某車型白車身氣密性數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在白車身氣密性試驗過程中，通過封堵冒煙嚴(yán)重區(qū)域，重復(fù)測量車身氣密性泄漏量發(fā)現(xiàn)，左右裙邊和左右輪罩與側(cè)圍搭接處漏氣量占總漏氣量的84.92%。對影響白車身氣密性的原因逐一排查發(fā)現(xiàn)，員工未實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化操作、隔斷塊發(fā)泡率不合格、設(shè)計不滿足實際需求、設(shè)計間隙偏大、輪罩間隙偏大、左右側(cè)圍Y 向存在偏差、設(shè)計本身存在離空等，都將影響最終的漏氣量。圖4 示出白車身各區(qū)域泄漏量分布。

圖4 白車身各區(qū)域泄漏量分布

3 提升白車身氣密性措施驗證

3.1 隔斷塊驗證

在白車身制造過程中，隔斷塊、密封填料、涂膠等廣泛用于汽車A/B/C 柱封堵空間，如圖5 所示。隔斷塊的設(shè)計和發(fā)泡材料的發(fā)泡率將嚴(yán)重影響白車身氣密性。

圖5 汽車A/B/C 柱隔斷塊零件

3.1.1 隔斷塊膨脹率試驗

對某車型A/B/C 柱隔斷塊進(jìn)行膨脹試驗。在試驗前將測試樣品在（23±2）℃，相對濕度（50±5）%下存放24 h。通過計算烘烤前和烘烤后隔斷塊的體積比值得到體積膨脹率。隔斷塊的烘烤條件為：電熱恒溫干燥箱溫度為165 ℃，烘烤30 min，在常溫下冷卻1 h 以上，根據(jù)排水法原理測量烘烤后隔斷塊發(fā)泡層在水中的質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)測量條件下隔斷塊膨脹率≥900%。

對A/B/C 柱隔斷塊分別取3 個樣品進(jìn)行試驗得到其膨脹率平均值為1 497%，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求膨脹率≥900%的條件，隔斷塊膨脹率，如表1 所示。在實際裝配和烘烤過程中隔斷塊的膨脹率不會對白車身氣密性試驗造成泄漏。

表1 某車型A/B/C 柱隔斷塊膨脹試驗膨脹率結(jié)果%

3.1.2 隔斷塊零件設(shè)計

隔斷塊上發(fā)泡材料的膨脹率符合要求，但是隔斷塊本身的設(shè)計以及隔斷塊膨化均勻程度也將影響最終的密封效果。采用內(nèi)窺鏡查看經(jīng)過涂裝烘烤前后的A柱隔斷塊的附著狀態(tài)，如圖6 所示。圖6 b 中切邊①處只有1 個孔位，發(fā)泡材料附著力較差，受熱膨脹后脫離骨架下垂，形成孔洞；而圖6 b 中切邊②處設(shè)計孔位密集，發(fā)泡材料附著力較大，未脫離骨架。

圖6 汽車A 柱隔斷塊狀態(tài)圖

為了增加切邊①發(fā)泡材料的附著力，可以采用改變發(fā)泡材料的配方，調(diào)整樹脂、EVA、三元乙丙等配比，隔斷塊切邊①處設(shè)計孔位，涂膠封堵多種方式增加韌性和黏性，使發(fā)泡材料在發(fā)泡過程中抗干擾能力更強，與鈑金貼合更緊密。其中，采用涂膠封堵隔斷塊產(chǎn)生的孔洞方法簡單，容易驗證。在裝配A 柱隔斷塊時，在加強筋上端38～40 mm 處，涂直徑6～8 mm，長度約180 mm 的點焊密封膠，形狀為U 型，如圖7 所示。對涂膠后的車輛進(jìn)行氣密性驗證發(fā)現(xiàn)，A 柱鈑金與隔斷塊之間基本沒有間隙，氣密性試驗泄漏量基本穩(wěn)定在0～1 in3/min。

圖7 汽車A 柱隔斷塊裝配圖

3.2 隔斷塊型面與鈑金設(shè)計間隙

加強板與外板之間，與底盤、側(cè)圍等連接點處，通常需要進(jìn)行復(fù)雜的鈑金配合與結(jié)構(gòu)設(shè)計。白車身裝配過程通過車身上的主定位孔保證總成件在各個工序/工藝段中尺寸的穩(wěn)定性，所有鈑金搭接處應(yīng)保證無間隙，無氣體泄漏。因此，在零件搭接關(guān)鍵位置采用密封膠條、隔斷塊、涂膠等措施保證白車身的密封性，降低氣體泄漏量。鈑金型面設(shè)計、零部件質(zhì)量、工裝拼臺的穩(wěn)定性、員工標(biāo)準(zhǔn)化操作等因素都有可能影響鈑金焊接面的匹配情況。A/B/C 柱隔斷塊設(shè)計間隙及正常膨脹后寬度，如表2 所示。

表2 隔斷塊膨脹試驗膨脹寬度結(jié)果mm

從數(shù)模圖上測量B 柱隔斷塊與鈑金之間的設(shè)計間隙為22 mm，隔斷塊正常膨脹后寬度為15.6 mm，設(shè)計間隙大于隔斷塊正常膨脹后的寬度，正常烘烤后發(fā)泡材料膨脹不均勻不能完全填充間隙，嚴(yán)重影響白車身氣密性，如圖8 所示。

圖8 汽車B 柱隔斷塊與鈑金設(shè)計數(shù)模圖

圖9 汽車B 柱隔斷塊裝配圖

因B 柱隔斷塊與鈑金間隙過大，可將B 柱隔斷塊①處上移約20 mm，下邊緣與鈑金棱線齊平，上端與門框棱線相切，并在②處新增直徑12～16 mm 的點焊密封膠，如圖9b 所示。對涂膠后的汽車采用相機查看，間隙基本為0，完全密封住孔隙，氣密性泄漏量基本穩(wěn)定在2～4 in3/min。

3.3 鈑金裝配設(shè)計

在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，為了滿足造型和加工制造要求，防止零件間相互干涉等，鈑金結(jié)構(gòu)需要采用開口設(shè)計，邊角處一般設(shè)定為圓角。查看零件數(shù)模圖發(fā)現(xiàn)，鈑金與鈑金搭配過程中會出現(xiàn)搭接孔洞，如圖10 所示。

圖10 汽車鈑金搭接孔洞

在對鈑金之間存在的縫隙進(jìn)行涂膠時，需要根據(jù)搭接的實際狀況考慮圓角過渡、翻邊處理、搭接漏涂、涂膠連續(xù)性問題等，有針對性地進(jìn)行涂膠。

3.4 其他影響因素

對焊接完成的輪罩總成件上檢具，測量總成件與檢具之間的間隙值，以判定總成件關(guān)鍵型面間隙是否符合（5±0.75）mm 的標(biāo)準(zhǔn)，如圖11 所示。

圖11 輪罩總成上檢具示意圖

同時，對裝配完成的白車身進(jìn)行CMM 測量（三坐標(biāo)尺寸測量），可以判定工裝拼臺的穩(wěn)定性。

通過隔斷塊質(zhì)量改進(jìn)、白車身零件搭接處涂膠優(yōu)化、零件質(zhì)量控制等措施，將開口處封堵形成完整密封斷面，降低白車身內(nèi)外泄露，使白車身氣密性降低44～50 in3/min。

4 結(jié)論

通過氣密性試驗對影響車身泄漏量的因素逐一進(jìn)行分析，可以得出：

1）調(diào)整樹脂、EVA、三元乙丙等發(fā)泡材料的配比，將影響發(fā)泡材料的韌性和黏性，從而影響車身的密封性能，即泄漏量；

2）采用涂膠封堵零件間隙是最經(jīng)濟(jì)快速提升車身氣密性的措施，通過涂膠封堵和調(diào)整發(fā)泡材料配比，車身泄漏量可以從76 in3/min 降低為40～50 in3/min；

3）文章只對白車身制造過程的影響因素進(jìn)行分析，并未對影響整車氣密性的門窗配合、密封膠條、管路密封、通風(fēng)道密封等影響因素進(jìn)行測試和分析。