車門鈑金異響解決方法介紹與探究

胡迪航　袁一川　鄭海林　余匯青　程媛

摘 要：汽車異響問題嚴重影響用戶的駕乘體驗，文章從一個車門鈑金異響的實例入手，對其異響來源，產(chǎn)生原因，解決措施及驗證進行了深入的介紹。主要探討了鈑金間隙中電泳涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）對異響形成的影響，建立了振動力學模型，并對其從材料機理上做出了解釋。最終通過烘烤溫度和時間的提升，提高了電泳涂層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，徹底消除了此類異響。文章提出的異響分析方法為相關(guān)工作的開展提供了思路。

關(guān)鍵詞：電泳涂層 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 鈑金異響

1 前言

近年來，隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)品種類不斷拓展成熟，消費者對汽車品質(zhì)的要求也在逐步提高。汽車的各類質(zhì)量問題日益受到關(guān)注，汽車異響是其中最被顧客抱怨的問題之一。根據(jù)汽車之家2022年度投訴分析報告數(shù)據(jù)顯示，在所有汽車質(zhì)量投訴中，汽車異響投訴達到了19.9%，位于投訴榜前三，嚴重影響駕乘體驗，破壞駕駛者和乘客的心情。異響的來源眾多，主要包括線束、內(nèi)外飾、車身鈑金、發(fā)動機等等。絕大多數(shù)異響源在車體封閉區(qū)域或內(nèi)外飾遮擋區(qū)域，確認異響源和返修極為不便。這往往會導致用戶在多次反復抱怨后，異響問題仍無法解決，嚴重影響品牌形象和產(chǎn)品銷售[1]。

行業(yè)內(nèi)通常將車身異響分為車身鈑金異響、發(fā)動機異響、變速箱異響、制動異響等。其中鈑金異響是較為常見的一種。本文通過發(fā)生的一起車門鈑金異響問題，從異響來源，產(chǎn)生原因，解決措施及驗證等方面進行討論和探究，為此類問題的解決提供了一種分析思路。

2 鈑金異響產(chǎn)生機理

聲音是由物體振動產(chǎn)生，發(fā)出聲音的物體被稱為聲源。汽車車身，前后蓋及車門由千百個鈑金件經(jīng)過焊接、膠接、螺栓裝配等各種工藝組合而成，鈑金件的搭接固定方式有2層，3層，4層等等搭接關(guān)系，各個鈑金部件之間也存在著不同的間隙，在發(fā)動機振動與路面?zhèn)鬟f過來的振動共同作用下，鈑金之間極易產(chǎn)生不規(guī)則的摩擦與變形，從而導致異響的產(chǎn)生[2]。

產(chǎn)生鈑金異響的原因通常有以下幾種：（1）設(shè)計原因，比如設(shè)計抗扭強度不夠，鈑金間隙設(shè)計過小，焊點布置不合理，搭接面積過小等等；（2）制造原因，比如沖壓件毛刺、變形，焊接偏移、脫焊，尺寸偏差導致的干涉等等；（3）涂裝烘烤原因，比如烘烤不到位形成的熱應力，粘漆音，漏涂膠等等。

3 車門異響實例分析驗證

3.1 車門異響來源

某車型行駛過程中在經(jīng)過顛簸路面時出現(xiàn)前車門異響，將異響車門拆下后，發(fā)現(xiàn)用手輕輕敲擊車門內(nèi)板可以使鈑金異響復現(xiàn)，通過“聽、摸、看”的方式，確定異響產(chǎn)生的區(qū)域位于車門內(nèi)部靠近窗框位置。將該車門進行解剖，最終鎖定異響來源為防撞管和窗框板之間（結(jié)構(gòu)如圖1所示）。

3.2 車門異響分析

為進一步鎖定異響源頭，對該區(qū)域零件生產(chǎn)工序進行排查，主要工序如下，防撞管焊接到窗框板上，再經(jīng)過后道電泳和油漆工序。按常規(guī)異響分析思路，對焊點排布，焊接質(zhì)量進行分析。該區(qū)域共8個焊點，且排布符合設(shè)計要求，通過焊點破鑿檢查焊接質(zhì)量，焊核直徑均大于3.4mm，符合要求。同時，分別對焊接完防撞管電泳前和電泳后的門板進行敲擊模擬實驗，發(fā)現(xiàn)電泳前門板均未出現(xiàn)異響，電泳后門板則出現(xiàn)大比例異響，從而確定異響是經(jīng)過電泳后產(chǎn)生，與電泳工序密切相關(guān)。

對異響區(qū)域做進一步觀察分析，基于理論設(shè)計，防撞管與窗框板焊接后貼合，設(shè)計間隙應為0（見下圖2），而實際生產(chǎn)中，不可避免會出現(xiàn)局部區(qū)域縫隙。通過測量發(fā)現(xiàn)零件在該處的間隙范圍為0-0.65mm。

間隙的存在使該處在形成電泳液堆積，最終導致電泳涂層堆積偏厚。常規(guī)的電泳漆涂層厚度在20-30μm，而涂層堆積處厚度實測高達150μm左右。該區(qū)域位于門板內(nèi)部，零件進入烘房后該處溫度相對外部偏低，再加上偏厚的涂層影響，會導致涂層固化交聯(lián)不足，最終形成硬度偏軟的堆積涂層（見下圖3）。彈性涂層的存在可能是導致異響產(chǎn)生的根本原因。

3.3 鈑金異響理論力學模型

基于振動理論模型，一個振動系統(tǒng)必然具備彈性元件和質(zhì)量元件，也就是具有彈性和慣性的系統(tǒng)才會振動[3]。當系統(tǒng)受到外界動態(tài)作用力的持續(xù)激勵時，系統(tǒng)的振動將會持續(xù)下去。系統(tǒng)在外界持續(xù)激勵下引起的振動稱為強迫振動，它是系統(tǒng)對外部激勵的響應。系統(tǒng)的激勵可以是力，也可以是位移、速度和加速度。通過現(xiàn)場敲擊門內(nèi)板復現(xiàn)鈑金異響的情況推斷，在經(jīng)過顛簸路面時，車門受到路面的激勵，鈑金隨之振動，窗框板和防撞管之間存在微小間隙，防撞管相對窗框板振動，當振幅大于兩板之間的間隙時，發(fā)生碰撞產(chǎn)生異響。

根據(jù)以上現(xiàn)狀，其振動力學符合單自由度振動系統(tǒng)中的受迫振動模型，如圖4所示：

假設(shè)窗框板固定不動。防撞管受外部激勵振動，屬于振動系統(tǒng)中的質(zhì)量元件；防撞管和窗框板之間存在間隙，且被電泳涂層填充。那么當涂層表現(xiàn)出彈性時，振動系統(tǒng)成立，防撞管與窗框板之間形成受迫振動，如果外部激勵超過一定的程度，使防撞管和窗框板之間的振幅大于兩者間隙，這兩個鈑金件就會相互撞擊發(fā)出異響。

其力學方程可以表示為：

mx"+cx'+kx=F（t0）

其中m表示防撞管質(zhì)量，c表示阻尼系數(shù)，k表示彈性系數(shù)，F(xiàn)表示激勵力。x，x，x分別是位移、速度和加速度。

3.4 電泳涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對車門異響的影響

基于以上分析，當間隙中的涂層表現(xiàn)出彈性，且系統(tǒng)受到一定程度的外部激勵時，系統(tǒng)形成受迫振動，會產(chǎn)生異響。電泳涂層主要成分為環(huán)氧樹脂，作為一種典型的高分子材料，具備高分子材料的基本特性，即當環(huán)境溫度高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時，涂層表現(xiàn)出高彈態(tài)，受較小力就可發(fā)生大的形變，外力去除后可完全恢復；當環(huán)境溫度低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，涂層表現(xiàn)出玻璃態(tài)，剛性大，外力作用下只發(fā)生極其微小的形變[4]。

高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可通過差示掃描量熱儀（DSC）進行測量[5]，對異響件間隙中的電泳涂層和外板正常區(qū)域電泳涂層進行測量。結(jié)果如表1所示。該測試結(jié)果表明，在異響區(qū)域堆積的電泳涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，玻璃化溫度起始點接近夏季戶外常溫，當環(huán)境溫度較高，且超過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，電泳涂層表現(xiàn)出高彈態(tài)，振動系統(tǒng)成立，外部激勵到一定程度就會產(chǎn)生異響。

電泳涂層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高低與涂層的樹脂結(jié)構(gòu)和聚合度有關(guān)，在涂層單體結(jié)構(gòu)不變的情況下，聚合度就是唯一影響其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的因素。聚合度的高低受烘烤溫度，烘烤時間和升溫速率影響。為驗證烘烤溫度和烘烤時間對該電泳涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響，對完成電泳的金屬樣板分別進行180℃下不同烘烤時間和15分鐘烘烤時間下不同烘烤溫度實驗，測試其玻璃化溫度。該實驗電泳過程在車間隨線完成，為方便溫度的調(diào)節(jié)設(shè)定，烘烤過程在實驗室小型烘箱中完成。結(jié)果如圖5所示。由此可以確認該電泳涂層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著烘烤溫度的提高，烘烤時間的延長而上升。

3.5 異響消除措施驗證

根據(jù)以上結(jié)論，適當提高電泳烘房的溫度，延長烘烤時間可以提升電泳涂層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從而使防撞管和窗框板之間無法形成振動系統(tǒng)，徹底解決異響問題。因此，在符合電泳漆烘烤窗口要求的前提下，將烘房的烘烤溫度由原來的175℃提升到183℃，烘烤時間由33分鐘增加到40分鐘。對優(yōu)化后位于防撞管和窗框板之間的堆積電泳涂層再次進行玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測試，結(jié)果顯示，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從原來的35℃左右提升至75℃左右，該溫度超過汽車日常環(huán)境使用溫度，該區(qū)域無法形成振動系統(tǒng)，從而可消除異響問題。同時對優(yōu)化后車門進行內(nèi)板敲擊模擬驗證，均無異響產(chǎn)生，表明措施明確有效。

4 結(jié)語

本文介紹了一起由電泳涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低引起的車門鈑金異響案例，通過振動系統(tǒng)力學模型建立分析了電泳涂層玻璃化溫度對鈑金振動系統(tǒng)的影響。當環(huán)境溫度高于涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，涂層呈高彈態(tài)，形成振動系統(tǒng)，當環(huán)境溫度低于涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，涂層呈玻璃態(tài)，無法形成振動系統(tǒng)。因此通過提升烘烤溫度，增加烘烤時間，可提高涂層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，破壞振動系統(tǒng)形成，消除異響。

同時對生產(chǎn)和設(shè)計上的建議如下：

（1）基于當前節(jié)能環(huán)保理念，可以對電泳涂料進行高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化，提高分子剛度，使其固化溫度和時間降低，從而確保涂層滿足玻璃化溫度要求的情況下，降低能耗，提升生產(chǎn)節(jié)拍。

（2）對此類存在間隙的鈑金焊接面，可以通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低間隙的面積，來減少電泳液沉積，比如凹凸臺設(shè)計，僅焊接極少區(qū)域有間隙，加大其它區(qū)域間隙。

（3）在實際生產(chǎn)中為防止因結(jié)構(gòu)原因引起的產(chǎn)品內(nèi)部區(qū)域烘烤溫度不足，可以通過增加傳感器，加強內(nèi)部間隙區(qū)域溫度監(jiān)控，據(jù)此可根據(jù)不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的烘烤爐溫曲線。

參考文獻：

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[5]劉麗瑩，雷忠海，姜進憲，馬麗娜.差示掃描量熱法測定塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度[J]. 橡塑技術(shù)與裝備，2012，01.