重卡駕駛室前風窗膠粘工藝的膠型設計和失效分析

關鍵詞：前風窗；膠粘劑；裝配；工藝

中圖分類號：U463 DOI ：10.20042/j.cnki.1009-4903.2024.06.013

Process Design and Failure Analysis of Cab Windshield Adhesive

Abstract：There are two types of adhesive structures for the front windshield of heavy trucks： one is adhesive strip connection， and theother is adhesive glue bonding. At present， the front windshield glass assembly of domestic heavy trucks is mostly selected for adhesivetechnology. The adhesive technology enhances the overall body strength and stress distribution is uniform， which can realize automationoperation and improve production efficiency; it has impact resistance. The adhesive technology improves the body’s sound insulationeffect and enhances product quality. However， the realization of adhesive technology requires high requirements for on-site equipment，personnel， and operation， and a slight mistake in operation may cause the cab to leak. This paper mainly introduces the design of theautomatic gluing process and the potential failure reasons of the adhesive process.

Key words： Windshield；Adhesive；Assembly；Process

0引言

駕駛室前風窗膠粘工藝在汽車制造領域普遍應用。相較于其他工藝，膠粘工藝具有以下優勢：增強了整體車身的強度，提高了車身的隔音效果，并具備優異的密封性能，有效減少滲漏和金屬腐蝕現象，提高了車輛的耐久性。此外，膠粘工藝能夠粘接不同類型的基材，為設計提供了更大的自由度。在粘接過程中，基材不會受到破壞或變形，且外觀效果良好，無需使用其他固定材料。不過需要注意的是，膠粘工藝在每一步操作中的失誤都會對粘接效果產生極大的影響。膠粘劑的選型、出膠尺寸的設計、打膠設備的應用以及周邊環境溫度等因素，都是導致粘接失效的主要原因。

1駕駛室前風窗膠粘工藝流程

駕駛室前風窗膠粘工藝流程主要分為兩部分：一是駕駛室清潔底涂。駕駛室上線后，使用無紡布清潔駕駛室與風窗玻璃的粘接面，然后用專用工具涂抹活化劑，間隔幾分鐘后（待活化劑表干）再進行底涂處理；二是風窗玻璃涂膠裝配。機械手抓取玻璃上線，對風窗玻璃進行清潔處理，并依次涂活化劑和底涂（活化劑表干后再進行底涂）。機器人抓取風窗玻璃進行打膠，同步進行膠形尺寸檢測。打膠完成后，等待駕駛室進站，掃描定位駕駛室位置，裝配風窗玻璃。裝配后，機器人保持擠壓狀態30s后撤離，完成裝配[1]。

2前風窗膠粘劑粘接膠型尺寸設計

前風窗膠粘劑粘接膠型尺寸設計需從以下幾個方面考慮：一是強度要求。裝配后膠粘劑的強度應滿足整車性能要求；二是裝配工藝需求。在整車裝配過程中，膠粘劑在不同時間點的強度需滿足工藝要求，尤其是在膠粘劑未完全固化時，其強度應能承受駕駛室翻身過程中玻璃的重量；三是尺寸匹配。玻璃膠粘劑的設計尺寸需與駕駛室和風窗玻璃的尺寸鏈計算相匹配[2]。

2.1強度分析計算

根據產品尺寸、材料、膠粘劑的強度以及預設尺寸的寬度，結合靜態分析和動態分析，計算膠粘劑粘接的安全系數，計算公式為：

2.2尺寸鏈分析

尺寸鏈分析主要用于驗證膠型尺寸與駕駛室、風窗玻璃三者之間的配合是否滿足整車性能需求。由于駕駛室和風窗玻璃存在一定的制造公差，膠粘劑作為連接玻璃與駕駛室的最后一道工序，其設計的膠型尺寸必須能夠完全抵消零部件之間的偏差，以確保粘接的密封性。因此，在設定好膠型尺寸后，需要進行尺寸鏈分析。以下是某一車型在膠型設計時的尺寸鏈分析案例。

根據整車性能和工藝硬點，計算出膠型尺寸的寬度為10mm，高度為12mm。裝配完成后，玻璃與駕駛室之間預留6mm的間隙，并在駕駛室與玻璃之間設計橡膠墊塊，用于控制兩者之間的間隙。具體的尺寸鏈分析如下：

（1）設置公差：根據駕駛室和風窗玻璃的尺寸公差進行設定。白車身與玻璃貼合面的公差為±1.0mm，玻璃型面的公差為±2.0mm，工裝型面的公差為±0.1mm。

（2）建模工藝（風窗玻璃裝配流程）：打膠→裝配玻璃→安裝墊塊支撐→前圍（膠作為方便建模的過渡件，不傳遞任何公差）。

（3）橡膠限位塊為可壓縮件，在X方向上不傳遞公差，因此可以忽略不計。

（4）支撐塊為懸臂結構，僅限制擋風玻璃在Z向的位置，X方向可壓縮，不傳遞X向公差，因此同樣可以忽略不計。

（5）設定目標：玻璃外表面與前圍貼合面的尺寸公差為±2.5mm（參考一維尺寸鏈分析結果），并在周圈均勻設置26個測量位置。

（6）運行結果：風窗玻璃裝配完成后，下側間隙優于上側間隙，偏差為+2.29mm，極限偏差為+3.1mm。通過測量駕駛室上的26個點，計算出駕駛室與玻璃之間的極限偏差為3.1mm。膠型設計高度為12mm，玻璃裝配完成后，根據尺寸鏈分析結果，駕駛室與玻璃之間的最大距離為9.1mm。膠粘劑從12mm被壓縮到9.1mm，仍能夠填充該間隙，滿足裝配需求[3]。圖1為尺寸鏈建模分析。

2.3裝配過程分析

駕駛室前風窗玻璃裝配完成后，按照既定的工藝流程，接下來將進行駕駛室內部其他零部件的裝配，隨后與底盤進行合裝，并最終完成整車下線。值得注意的是，在整個裝配環節中，膠粘劑并未完全固化。因此，需要考慮未完全固化的膠粘劑強度是否能滿足各環節裝配過程中可能產生的沖擊。

為了評估膠粘劑的強度是否足夠，選取裝配過程中對風窗玻璃沖擊最大的工序進行分析。具體做法是，計算該工序下膠粘劑所承載的沖擊量，并將其與膠粘劑自身的強度進行比較。為確保安全，要求膠粘劑的強度必須大于沖擊量的4倍。在某企業的整車裝配過程中，根據工藝布局，駕駛室前風窗裝配完成后1h，駕駛室需要進行翻轉。這一工位被認為是玻璃裝配完成后對膠粘劑強度沖擊最高的工位。因此，要求膠粘劑在固化1h后的強度必須完全能夠承受翻轉駕駛室時產生的沖擊。為了計算翻轉時玻璃對膠粘劑的強度需求，可以使用公式F=ma+mg sinθ。其中，F表示膠粘劑所需承受的力，m表示玻璃的質量，a表示翻轉時的加速度，g為重力加速度，θ為駕駛室翻轉角度[4]。

3駕駛室漏雨原因分析

3.1人為因素

前風窗玻璃裝配前，需要對粘接面進行清潔、活化、底涂處理。其中，駕駛室部分的這些操作是由人工完成的，而風窗玻璃上的處理則是由機器人完成的。對于粘接效果失效的原因，可以從以下幾個方面進行分析。

人工處理時，可能存在對駕駛室表面油污處理不干凈、清潔不夠徹底的問題。此外，底涂涂抹過厚也可能導致玻璃裝配完成后在運動過程中底涂劑脫層。當機器人進行活化、底涂工序時，如果活化劑未完全表干，就可能會造成活化劑與底涂劑反應不徹底，從而使得底涂劑與駕駛室粘接面脫層。因此，在風窗玻璃裝配中，人工進行清潔、活化、底涂時，需要嚴格控制表面的清潔度和底涂量。同時，機器人進行這些工序時，也應確保活化劑與底涂劑完全曬干后才能進行下一步操作。

3.2設備因素

設備因素主要指的是風窗玻璃采用全自動機器人進行裝配的過程，整個過程無需人員操作[5]。全自動機器人裝配工藝流程如下：機械手抓取玻璃上線、定位機構固定玻璃、機器人對玻璃進行清潔和底涂、底涂劑烘干、風窗玻璃翻轉并定位、機器人抓取玻璃涂膠并進行膠型檢測、駕駛室運行至裝配區域、視覺識別系統定位駕駛室坐標、機器人掃描駕駛室風窗止口并裝配玻璃。

對于失效原因，可以從以下2個方面進行分析：活化、底涂過程失效分析：在活化、底涂過程中，如果機器人運行軌跡偏離設計位置，就可能導致活化、底涂粘接功能失效。此外，如果涂活化劑與底涂的間隔時間較短，導致活化劑未完全曬干，涂抹底涂后活化劑中的濕氣可能會失去粘接效果。同樣，如果打膠時底涂劑未干，膠粘劑覆蓋在底涂劑上，底涂劑內部存在的濕氣也可能導致失去粘接效果。

打膠裝配過程失效分析：在機器人抓取玻璃（圖2）時，如果抓取位置與設定位置偏差過大，就可能導致涂膠軌跡偏離設計位置，從而造成風窗玻璃裝配不到位。此外，如果膠泵出膠尺寸小于設計尺寸，或者機器人在出膠過程出中出現斷膠或膠型內部出現氣泡，都可能導致風窗玻璃裝配后密封不嚴，出現漏水現象。另外，如果抓取玻璃的吸盤布置位置不均勻，可能會導致抓取玻璃后玻璃發生形變。當玻璃裝配完成后，如果玻璃再次發生形變，就可能造成玻璃與駕駛室貼合不嚴[6]，從而導致漏水。

3.3零部件因素

在前風窗玻璃粘接工藝膠型尺寸設計時，既要考慮膠粘劑的強度是否滿足整車性能要求，還要考慮膠粘劑的尺寸是否能充分匹配零部件的尺寸偏差。這2個方面的需求都需要被納入膠型尺寸的設計考量中。失效原因分析：第一，駕駛室風窗止口的平面度偏差過大，造成白車身與風窗玻璃之間的裝配間隙大于設計尺寸，膠粘劑無法完全填充該間隙，從而影響粘結效果；第二，玻璃粘接面的平面度過大，會使得其與駕駛室的配合間隙增大。在裝配完成后，膠粘劑與駕駛室之間可能會出現縫隙[7]，進而影響密封性和防水性能。

3.4膠型設計因素

風窗玻璃膠型尺寸的設計需要綜合考慮以下幾個方面：第一，整車裝配完成后的強度要求；第二，膠粘劑在工藝流程中未完全固化時的強度；第三，風窗玻璃和駕駛室零部件之間的尺寸公差；第四，玻璃裝配完成后，在膠粘劑未完全固化之前，駕駛室在線體運行或翻身時的強度需求。

失效原因分析：第一，膠粘劑強度不夠，無法滿足整車運行時的工況要求，造成膠粘劑開裂；第二，設計的尺寸不匹配駕駛室和玻璃的公差，導致裝配完成后膠粘劑和駕駛室之間有縫隙；第三，風窗玻璃裝配完成后，在駕駛室在線體運行或翻身時，如果風窗玻璃與駕駛室之間有相對位移[8]，會導致膠粘劑受到額外的應力和損傷。

3.5環境因素

溫度和濕度是影響膠粘劑固化速度快慢的主要因素。特別是對于單組分粘接劑來說，它是通過與空氣中的水分反應來固化的。在溫度較低的環境下，固化速度會更慢。因此，在周邊環境溫度較低的情況下，需要在膠桶上增加加熱設備，以確保膠粘劑不受環境因素的影響并正常固化。

4總結

前風窗玻璃粘接工藝膠型的設計是一個復雜的系統計算過程，既要考慮整車性能粘接強度，又要考慮零部件配合的尺寸公差，還要考慮裝配單位的裝配工藝和環境因素。尤其是全自動化機器人涂膠裝配過程中，對線體的一致性、零部件的一致性要求更高。只有在人、機、料、法、環幾個方面都同時考慮到位，并結合生產單位的工藝流程，才能設計出合理的膠粘工藝方案。