淺談采用粘接技術的輕量化車門尺寸控制要點

宗金光 劉新勇 張鋮偉 張偉

摘要：通過分析粘結技術相關技術特點、工藝流程、實際應用案例及關鍵工藝參數，通過粘接后的破壞性試驗證明粘接技術的可靠性；分析采用粘接技術車門總成的MB1、MB2匹配數據，得出零部件之間的間隙和面差匹配關系，總結采用粘接技術的輕量化車門綜合匹配的控制要點。

關鍵詞：輕量化；粘結技術；尺寸工程；破壞試驗；MB1；MB2；綜合匹配；間隙；面差

我國是全球汽車產銷第一大國，新能源汽車總銷量達到全球新能源汽車銷量的60%。在“雙碳”目標約束下，輕量化成為汽車主機廠碳減排關注的焦點。根據《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》提出的輕量化系數總體目標，要求在2025年、2030年、2035年純電動汽車車輕量化系數分別要降低15%、25%、35%；輕量化近期圍繞完善高強度鋼應用體系為重點，中期以輕質合金應用體系為方向，遠期以多元材料混合應用體系為目標[1]。

在銷量和碳減排雙重目標趨勢下，輕量化金屬材料與非金屬材料混合使用，無法使用傳統鈑金焊接工藝，如何連接成了困擾主機廠的技術難題之一。

粘接技術介紹

1.粘接技術特點

相對于機械緊固連接和焊接技術連接，粘接技術中膠粘劑應力分布十分均勻，被粘接物強度和剛性全部得以均勻作用于連接面，同時具有高強度、低成本、輕質量的優勢。粘接工藝不僅可調節不同材料被粘物之間熱膨脹系數之間的特性差別，還具有防腐、密封等功能。實際應用中，粘接技術已經在新能源汽車電池包上開始應用，如底板的拼接，其結構膠的最大抗剪力可以達到40MPa[2]。

2.粘接技術主要工藝流程

粘接技術主要工藝流程（見圖1）包括：表面處理、涂膠、組裝、固化、檢查和修整，根據主機廠需求不同工序處理方式也不盡相同，例如表面處理可以人工擦拭也可以火焰處理；涂膠可以人工涂膠也可以機器人涂膠等。

3.粘接技術與汽車輕量化相結合，實現金屬與非金屬之間連接可靠

高強度鋼、鋁合金材料、鎂合金等金屬材料，低密度、薄壁化PP材料，玻璃纖維、碳纖維、再生植物纖維增強復合材料等非金屬材料，在材料本身和應用開發方面在電動汽車領域都取得了快速的發展，憑借優異的性能表現，開始在汽車輕量化的進程中大顯身手。隨之而來的問題是，混合材料的結構帶來了連接技術的難題，當復合材料等非金屬材料加入之后，粘接技術是比較可靠的一種連接方式。

4.粘接技術在電動汽車主要應用部位

粘接技術在電動車應用部位主要集中在：車門、尾門、前艙蓋和天窗。

1）塑料尾門粘接（見圖2a）和車門粘接（見圖2b）粘接材質是：PP/ABS/PC+LGF/MD/CFRP。

2）發動機罩粘接（見圖2c）粘接材質是：PP/ABS/PC/SMC/CFRP；天窗支架、行李架粘接（見圖2d）粘接材質是：PBT/SMC/CFRP。

粘接技術工藝應用

1.工藝說明

以某主機廠為例，使用粘接技術的部件有車門、后備門、擾流板三種零部件，其中外板采用PP-T20/30材質，內板采用冷軋板材質；采取火焰處理+粘接技術的工藝模式。

2.工藝流程

以某主機廠左車門總成粘接線工藝為例，其工藝流程如下（見圖3）：

1）火焰處理工序主要流程：①對車門外板內表面粘接區域進行酒精擦拭；②將放置在火焰處理平臺上開啟火焰處理，選擇左車門進行火焰處理；③進行達因值測量。

2）粘接工序主要流程：①機器人抓取左車門外板胎膜至放件區；②將外板放置在胎膜上，機器人移至涂膠區；③將清潔后的左車門內板放置在胎膜上；④選擇左車門涂膠開始機器人涂膠；⑤機器人抓取外板與內板合膜；⑥保壓3min，溫度70℃；⑦靜態放置6h；⑧檢查合格后入庫。

3.關鍵控制參數

粘接技術主要控制參數有：涂膠區達因值、涂膠尺寸/類型/比例及粘接牢固性等（見表1）。粘接完成后通過破壞性實驗可以看到粘接部位鈑金件（見圖4）和塑料件（見圖5）牢固結合。

圖4 內板鈑金骨架破壞實驗后狀態

圖5 塑料外板破壞實驗后狀態

綜合匹配

汽車綜合匹配是一個反復匹配分析和改進提升的過程。運用各種技術手段，對沖壓件、焊接分總成件、焊接總成件、外覆蓋件和車身骨架進行匹配和測量分析；對尺寸、配合、縫隙及平整度等匹配結果進行評價，分析缺陷產生的原因，指導模具改進，調整工裝設備，優化工藝參數、產品設計和產品技術規范的更改。

汽車綜合匹配主要分為4個階段：預匹配認可（MB1）、匹配認可（MB2）、零部件提交保證書（OTS）和試裝認可（MB3）[3]。

本文以某主機廠生產的A0級轎車為例，將粘接后的門總成在匹配過程中遇到的尺寸問題進行匯總，將其中關于間隙和面差的一些共性問題的原因，利用左車門總成這一個零部件進行闡述和說明。

1.車門MB1匹配

1）左車門骨架結構內板（以下簡稱內板）在MB1匹配認可中共計檢測22個點（見圖6），間隙（G）和面差（F）分別測量點數合格率要求≥90%，MB1匹配判定合格。實測3個零部件合格率分別為：①G：90%，F：91%；②G：81%，F：86%；③G：95%，F：86%。

圖6 左車門內板檢測點位分布

2）左車門塑料外板（以下簡稱外板）在MB1匹配認可中共計檢測18個點（見圖7），間隙和面差分別測量點數合格率要求≥90%，MB1匹配判定合格。實測3個零部件合格率分別是：①G：83%，F：94%；②G：81%，F：77%；③G：100%，F：94%。

圖7 左車門外板檢測點位分布

3）內板和外板分別檢測三個件，三個件分別有一個件合格。某主機廠根據項目進度對三組件進行了車門粘接，對粘接工藝及粘接后的尺寸進行驗證和分析。為更直觀地分析，本文只列舉部分點位進行間隙（見表2）和面差（見表3）分析。

2.車門MB2匹配

1）左車門總成（以下簡稱：門總成）在MB2匹配中共計檢測19個點（見圖8），間隙和面差分別測量點數合格率要求≥85% MB2匹配判定合格，實測3個零部件合格率分別是：①G：85%，F：92%；②G：76%，F：85%；③G：92%，F：85%。為更直觀地分析，本文只列舉部分點位進行間隙（見表2）和面差（見表3）分析。

圖8 左車門總成檢測點位分布

綜合匹配MB1/MB2分析

1.MB1、MB2間隙尺寸匹配分析

根據表2數據，對每組匹配點進行匹配間隙分析，得出每組匹配數據之間的匹配關系和相關尺寸影響（見表4）。

通過表2和表4間隙分析得出結論如下：

1）間隙解釋：檢具檢測間隙越大表示零部件外輪廓尺寸越小，反之同理（見圖9）。表4中（小）和（大）代表的是零部件實際尺寸比標準小或大。

2）內板檢具間隙合格情況下，總成件尺寸受外板尺寸影響比較大，即外板尺寸大，總成件尺寸也隨之變大，反之也隨之變小。

3）內板實際尺寸變大且超出標準范圍對粘接后尺寸有影響，即內板尺寸變大能夠使車門總成外板產生一定的變形，而內板實際尺寸小的狀態下，對車門總成尺寸影響不大。

2.MB1、MB2面差尺寸匹配分析

根據表3數據，對每組匹配點進行匹配面差分析，得出每組匹配數據之間的匹配關系和相關尺寸影響（見表5）。

通過表3和表5面差分析得出結論如下：

1）膠粘工藝能夠吸收內板、外板波動的面差，即內板、外板同時走下差或內板走下差外板走上差均能夠有一定的吸收波動。

2）膠粘工藝吸收面差超差具有一定的范圍，即內板不能超出極限值0.2mm，外板不能超出極限值0.35mm。

3）膠粘工藝對外板面板面差吸收較內板大，應重點控制內板單件的面差。

結語

綜上所述，在汽車輕量化的發展中，總會涌現出一系列的新技術，同時也會給汽車設計和制造工藝帶來新的挑戰和發展機遇。粘接技術對汽車輕量化起到混合材料連接作用，但是在總成件尺寸控制方面，外板對間隙影響較大，內板對面差影響較大，甚至起到定性作用。所以，再循規蹈矩地采用傳統尺寸控制方法和標準對零部件尺寸進行把握，會造成有的位置可以放寬，有的位置就必須要嚴格要求的問題。粘接技術本身的加緊力矩、涂膠厚度等也會給總成件的尺寸帶來一定的影響。

隨著輕量化的技術的進步，各種技術方案之間相互作用和影響，會進一步推進汽車制造技術整體性進步和發展。

參考文獻：

[1] 中國（德國）研發創新聯盟.輕量化發展白皮書2022[R].2022.

[2] 李子東，李廣宇，于敏.現代膠粘技術手冊[M].北京：新時代出版社，2002.

[3] 戴競.車身精度綜合匹配和樣板拼車的建立[J].汽車工藝與材料，2014（4）：21-23，28.