汽車發動機蓋過涂變形問題及對策的系統化分析

摘要：汽車發動機蓋過涂變形的研究，由來已久。直至今日，它依然困擾著各大主機廠的工藝工程師們。一則發蓋的制作、過涂過程涉及到了眾多工藝技術；二則不同車型的發蓋千姿百態，具體的結構和尺寸設計，無法一概而論。本文從過涂變形發生的受力的來源、遏制對策等角度，系統性地剖析過涂變形問題。

關鍵詞：過涂變形；系統化；工藝技術；結構剛性

機蓋過涂變形，一般指機蓋自焊裝調整線裝調完畢，隨車身經過輸送，到達涂裝車間并完成所有涂裝作業后出現明顯變形并嚴重影響整車匹配的情況。

此問題涉及了眾多的工藝技術，包括并不限于包邊工藝、涂裝電泳輸送工藝、薄板連接工藝、折邊膠選型等。

另外，發蓋板材厚度、材料、內外板結構造型、焊點布局等都會對發蓋過涂變形程度造成影響。

機蓋過涂變形的現象

我們以某車型（以下以A型車指代）的發蓋為例。

初期驗證時，因涂裝車間工藝路線問題，A車型經歷了兩種不同的電泳輸送過涂方式。

A車型在經過涂裝Ⅱ車間后，發蓋前端兩側尖角凸起；在經歷裝Ⅲ車間后，發蓋前端中央凸起。如圖1、圖2所示。

且經涂裝Ⅲ車間發生的變形量明顯低于涂裝Ⅱ車間。

經調查，涂裝Ⅱ車間的電泳輸送線是ro dip3線體（翻滾線，見圖3），而涂裝Ⅲ車間使用擺桿鏈船式輸送線（見圖4）。兩車間除輸送線體差異外，工藝過程、參數基本一致。

由此可知，不同輸送線下，發蓋經歷的不同液體浸沒過程，會受到不同的力量作用，并因此產生不同的變形情況。不同的水流沖擊形式是發蓋過涂變形的重要原因。

機蓋變形的原因分析

力是改變物體形狀和運動狀態的充分必要條件。機蓋出現過涂變形，必定是因為受到了力的作用。力是從哪里來的？

考慮到發蓋內的各種膠體，在電泳烘烤前未能起效、電泳烘烤后完全固化（起效）。結合各類驗證結果，我們可以確定，發蓋過涂變形的主要變形過程是在電泳烘烤結束時完成的。

此階段，發蓋經歷的工藝過程有：入涂轉運、前處理、電泳以及電泳烘烤。

其中前處理環節有液體沖擊（含浸沒）過程、化學反應過程。我們只討論液體沖擊影響。

我們可以總結出以下3種最可能的受力變形：

1）轉運磕碰——機蓋隨車轉運過程中的磕碰。

2）水流沖擊——發蓋在電泳、前處理過程受水流的沖擊力影響，產生不可逆的塑性形變。

3）受熱變形——電泳烘烤時，發蓋的受熱變形被固化起效的折邊膠、膨脹膠及補強膠片等固定住。受熱變形的發蓋，無法在強冷降溫后恢復原狀（也有烤漆硬化的因素）；或者折邊膠等膠體受熱變形進而導致發蓋變形。

機蓋過涂變形的對策研究

上述三種力是怎么作用到發蓋上的？能否降低它們，或抑制、抵消它們的作用結果？只要找到降低這三種力的方法，或者成功抑制它們的作用，我們就可以有效遏制機蓋過涂變形。

換言之，解決過涂變形問題，有兩種思路。一種思路是降低三種力；另一種思路是抑制三種力的作用效果

1.從降低三種力的角度，研究過涂變形的對策

1）優化轉運過程，避免磕碰" "除了特殊車型的生產條件原因，大部分車型白車身都是由專用輸送線直接輸送至涂裝車間，除了人工操作不當，過程顛簸磕碰等問題幾乎可以忽略不計。

2）降低發蓋熱變形程度、布置膨脹膠時避開熱變形較大的區域" 常規鋼鐵材料都具有熱脹冷縮的特性。涂裝電泳烘烤溫度一般160℃以上，而一般膠體固化溫度140℃左右。因此就會出現膨脹膠固化時，鈑金不一定在正常位置。冷卻后鈑金也會受膨脹膠固化粘接影響，無法恢復原狀。可以通過CAE分析，模擬受熱140℃情況，查看發蓋變形情況，再觀察不同膠體、焊點布局在膠體固化后繼續升溫、冷卻對發蓋的影響。這樣可以研究、降低發蓋烘烤變形的可能。

3）優化膠品，避免各類膠體烘烤變形過大，帶動發蓋變形" 不同品質的膠體受烘烤發生不同程度的變形，甚至引發四門兩蓋變形的問題，各主機廠時有發生。相應案例、問題解決過程、各企業標準等早就存在。此處不做贅述。

4）降低水流沖擊時的受力" 從車型A過涂裝Ⅱ車間、涂裝Ⅲ車間變形程度和變形位置不同的案例看，不同的電泳輸送線對同一車型發蓋的影響不同。簡化模型，分析發蓋與水流方向夾角在固定流速（輸送線速度）下受力。如圖5所示。

以常識和驗證結果講，圖5所受∠1越小，發蓋正對水流方向的垂直截面積越小，所受沖擊越小。套用到涂裝Ⅱ車間。因為rodip3線體為翻滾線體，發蓋實際受力正對著水流方向呈90°。所以變形程度也高于涂裝Ⅲ車間。

我們也利用這一猜想，在B車型發蓋上進行驗證。

調整B車型電泳工裝高度，降低其發蓋開啟角度，縮小整車水平運動時發蓋與水流方向（相對流動）夾角、入水瞬間與水平面夾角。這一驗證最終被證實有效，明顯降低了B車型過涂變形程度。過涂前后發蓋平度變化最大值由1.5mm降低至0.5mm。如圖6所示。

2. 從抑制三種力的作用角度，研究過涂變形問題的對策

首先，會對匹配間隙、平度造成影響的變形，必定是檢具可以探測出的變形。其發蓋邊緣相對位置已經發生變化，因此無法通過調整緩沖塊來彌補缺陷。如圖7所示。既然檢具可以檢測出過涂變形，那么作為檢具基準支撐所在、外板包邊支撐所在的內板必定變形。

發蓋外板受造型制約，無法大改。若想遏制力的作用，只能從內板總成剛性、內外板連接強度想辦法。可總結為以下兩種方式：一是提高內板本體或內板總成的抗變形能力（剛性）。如果在包邊區無任何竄動的情況下，發生變形，添加焊點的措施無效。只能直接提高內板總成本體剛性。二是加強內外板包邊區域連接強度避免內外板相對竄動（含局部竄動）——包邊區連接強度一旦被克服，外板局部“自由”變形，發蓋變形程度只會比被克服前更大。

（1）優化內板、內板總成結構剛性。

1）更改內板結構，優化內板本體" 如圖8所示。C車型在內板前端增加加強筋后，變形程度明顯降低。C車型發蓋的檢具測量值的過涂前后平度變化（過涂后測量值-過涂前測量值），由增加加強筋前的，均值+0.9mm、最大變形+1.6mm，降低到均值+0.3mm，最大變形+0.6mm。

2）使用CAE技術，模擬分析發蓋過涂過涂變形，趨勢與手工驗證結果完全一致。如果能將仿真分析更加精細化，縮小分析與驗證結果間的差異，過涂變形必定可以在產品研發初期得到有效遏制、規避。

3）增加電泳工裝支點，通過多支點固定方式，減少內板變形" "從受力角度講，發蓋電泳時的固定點就是水流沖擊下直接的受力集中點。但是支點局部的變形如圖9所示，相比較發蓋邊緣大范圍變形、影響匹配效果，更容易被接受。

優化內板加強板結構，改善內板總成剛性" 常見的發蓋內板加強板，多用于加固發蓋鉸鏈、加固發蓋鎖扣。A車型在研究過涂變形優化措施時，研發部門從增加局部剛性的角度，提出了在變形嚴重區域增加加強板單獨加強該部位的想法。如圖10所示。通過CAE增加重力模擬水流正對沖擊板件的的分析中，同條件下增加加強板后變形降低到原來的60%。此方案，在后續的D車型正式使用。D車型實際并無明顯過涂變形。

D車型未出現明顯過涂變形后，我們還交流了不同車型的發蓋前端加強板形式。發現，部分車型前端使用大包圍加強板，如圖11所示。且鋁制發蓋多用此結構。

參考D車型情況，大包圍加強板應當可以更為顯著地降低過涂變形情況。

（2）優化內外板連接強度——連接工藝" 發蓋總成變形，無論外力如何作用，必定需要克服內外版連接強度。而提高連接強度，最直接有效的方式便是增加包邊后的焊接點位。

從CAE的角度來看，不同的焊接方式在點位布局、焊接長度高度（或直徑）相同的情況下，并沒有本質差異。在焊接可靠的情況下，焊接位置失效的方式，都是母材撕裂。不同的焊接方式不過是給建立的焊接結構設定不同的彈性極限、強度極限之類物理量。而一般焊接結構的力學性能都要高于母材——全破壞檢驗合格標準為母材撕裂而焊接結構不開裂。

所以，優化連接工藝的重點，是較高的表面質量、工時要求下，如何實現連接強度的最大化、發蓋整體剛度的最大化。

最有效的就是優化焊接位置布局，提高整體剛性，攤薄各處連接的受力，降低連接失效、發蓋變形的風險。

1）單面點焊" 增加點位的成本和周期較高，焊接后外板表面極易出現焊接變形痕跡。在外板表面要求高的情況下，極易出現為保證外觀降低電流導致虛焊的情況，容易在過涂環節出現脫焊。

2）激光自熔焊和激光飛行焊" 自熔焊和飛行焊，焊接原理相同，熱變形小。

兩者差異在于焊接設備。飛行焊焊接效率相對更高。

對于后期驗證增加焊點時，飛行焊更方便實現。而且飛行焊的焊點造型可以自定義，整體焊接強度好。

3）阿普拉斯焊" 需要預先沖出凸臺，成本較高。且后期調試增加焊點相對困難。

4）二保焊" 熱變形最大，表面質量最差。后期調試增加焊點時，對工時影響大。

5）含有玻璃珠的折邊膠" 玻璃珠成分鑲嵌在包邊區內外板之間，可以起增加摩擦作用，從而防止竄動。但是當包邊壓力不足時，玻璃珠難以直接起效。折邊膠烘烤固化前，防竄作用不明顯。特別是目前主流的包邊工藝——滾邊工藝。如圖12、圖13所示。

6）連接點位布局" 焊接點位越多，發蓋整體剛性越好、防竄效果越好。但是工時影響越大。就驗證結果而言，B車型在未降低發蓋開啟角度的情況下，驗證增加燒焊點位，從燒焊7點增加至燒焊11點，過涂變形情況由明顯好轉。過涂前后平度變化均值，由1.2mm降低到0.5mm內。但是依然有個別車輛個別點位存在變形較大的情況。變形最大達1.5mm。最終，B車型以降低發蓋開啟角度+增加燒焊點位的方式，穩定解決過涂變形問題。

就連接技術而言，推薦使用激光焊。這樣后期驗證增加焊點最容易實現，且外觀質量可以保證。

整體而言，通過CAE方法直接模擬發蓋過涂受水流沖擊、烘烤變形時的各焊點受力情況，優化焊點分布或增加焊點，實現最少焊點下剛性最佳、焊點周邊應力最小，是連接工藝優化的最佳方式。

目前各主機廠發蓋多使用滾邊的包邊工藝，壓合力較低。時有滾邊后內外板間隙過大問題發生。因而各種連接工藝其實有個共同的風險點——滾邊壓力不足導致內外板間隙過大。

內外板焊接之前搭接縫隙過大，都會造成虛焊，存在過涂脫焊、內外版竄動風險。含玻璃珠的折邊膠同樣會受滾邊壓力影響失效。

機蓋過涂變形的對策實施

我們在實際驗證對策的過程中，重點實施或規劃了以下4個措施：①增加焊接位置，降低各連接點受力；②優化發蓋內板結構，增加內板加強筋；③應用激光焊，降低新車型試制驗證期間優化調試的周期和成本；④調整發蓋電泳工裝，改變發蓋入水時與水流方向夾角。

此四項措施中，目前，方案①、方案②、方案④項均已驗證且效果良好，方案③已在公司其他車型應用并證實有效遏制過涂變形。此四種方案可以有效降低過發蓋涂變形程度。推薦采用。

結語

首先，汽車發動機蓋過涂變形是個典型的綜合性問題。它涉及到了眾多的工藝技術。它后期難以優化的特性表明，它需要從產品結構開發角度整體分析、從源頭遏制。

我們在上述眾多的驗證方案、猜想之外，還提出了“內板造型尺寸對內板剛性影響”的研究分支。如圖14、圖15所示，我們將常見的發蓋分成了3大類（U槽型、大面型、階梯型），并且結合本公司各類車型發蓋的變形情況，研究它們的截面尺寸和變形程度的關聯。以期實現從產品內板造型、尺寸角度規避過涂變形。

只是此數據缺少強有力的、直觀的過涂變形分析依據。比如CAE分析結果。在極端情況下，也許某車型發蓋會出現“各種已知后期措施均無法遏制過涂變形”的極端情況。包括增加前端加強筋、增加燒焊位置等。我們如何規避這種極端問題？完整地貼近實際情況的前期CAE分析想必可以解決這一問題。

2024奇瑞全球創新大會盛大開幕

2024年10月18日，以“科技 智馭未來”為主題的2024奇瑞全球創新大會在安徽蕪湖拉開序幕。本屆創新大會由原來的奇瑞科技DAY升級而來，由一天升級為持續一周的科技創新盛會。當天，活動最重磅的主題大會在蕪湖宜居博覽中心隆重舉辦，上千位政府、院校、科研、專家、全球合作伙伴，其中包括600余名國際友人，共同見證這一科技創新盛會。大會系統性的展示了奇瑞在全科技領域上的創新實踐和成果，共同探討對未來汽車發展的深入思 考，向全球汽車產業彰顯出中國汽車品牌的硬核實力。

中國科學院院士歐陽明高、成會明、趙天壽、劉勝，中國工程院院士盧秉恒、楊善林、潘復生、向錦武等國內外院士專家，以及同濟大學、合工大、安徽大學、浙江大學、上海交通大學等高校領導，中國機械工業聯合會、中國汽車工業協會、中國汽車工程學會、中國電動汽車百人會等協會領導，寰球汽車集團董事長兼CEO吳迎秋，德國經濟學家、德國Car Bochum研究所所長、杜伊斯堡大學教授費迪南德·杜登霍夫（Ferdinand Dudenh?ffer），博世集團董事會主席 史蒂凡·哈通（Hartung Stefan），蕪湖市委副書記、市長徐志等市領導、以及來自大連、青島、福州、貴陽等地政府領導，奇瑞控股集團有限公司黨委書記、董事長尹同躍等公司領導，以及眾多的行業生態伙伴共同出席了本次活動，與全球網友共同見證技術奇瑞踏上未來科技發展新征程。

正是源于二十七載的持續創新，奇瑞以經得起考驗的實力成就技術超越，驅動技術奇瑞不斷進階。奇瑞汽車股份有限公司執行副總經理、汽車工程技術研發總院院長、CTO高新華博士在大會現場表示，經過瑤光2025戰略兩年的積累和探索，始終堅持科技創新、跨界創新、融合創新的奇瑞，在火星架構、鯤鵬動力、雄獅智艙、大卓智駕和銀河生態五大技術領域全面進階，實現鯤鵬電池、端到端大模型、智艙大模型、飛行汽車、云臺智能底盤2.0等10+項重點技術突破，構建起高質量技術價值創新鏈，推動中國汽車產業走向世界前沿。