劉 偉 吳文雙 司超群

(上汽通用五菱 廣西 柳州 545000)

某微型車前圍板焊點(diǎn)脫焊問題研究

劉 偉 吳文雙 司超群

(上汽通用五菱 廣西 柳州 545000)

通過對(duì)某微型車在整車耐久性試驗(yàn)中前圍板上千斤頂安裝支架脫焊的問題分析，提出優(yōu)化方案，改進(jìn)工藝，正常發(fā)揮其功能。本文總結(jié)了千斤頂安裝的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)要求，為兼顧車身強(qiáng)度和功能的設(shè)計(jì)提供一些借鑒和參考。

應(yīng)力；車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度設(shè)計(jì)；功能設(shè)計(jì)；輸入條件；有限元分析

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以車身造型設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)進(jìn)行車身強(qiáng)度設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，以期最終找到合理的車身結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)過程的統(tǒng)稱，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到車身內(nèi)外造型能否順利實(shí)現(xiàn)和車身各種功能是否能正常發(fā)揮。所以說，它是完成整個(gè)車身開發(fā)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。另外，其它區(qū)域?qū)嚿淼臈l件輸入的充分與否也涉及到車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和周期。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須兼顧造型設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)應(yīng)充分考慮諸如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、防塵隔噪性能、以及制造工藝等多種設(shè)計(jì)要求。優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)可以充分保證汽車整車質(zhì)量的減小，進(jìn)而達(dá)到改善整車性能、降低制造成本的目的。此外，其他區(qū)域的充分的條件的輸入不僅可以提高車身設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且可以縮短設(shè)計(jì)周期。本文主要針對(duì)前艙部件—前圍板焊合總成的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)，通過此結(jié)構(gòu)件在整車耐久性試驗(yàn)(路試?yán)锍虨?9000 Km)中千斤頂安裝支架脫焊、掉落、焊點(diǎn)開裂進(jìn)行分析和成功優(yōu)化這一實(shí)例，總結(jié)了前圍板焊合總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，為兼顧車身強(qiáng)度和功能的設(shè)計(jì)提供一些借鑒和參考。

一、整車耐久性試驗(yàn)路試車分析

在整車開發(fā)過程中，各階段的樣車制造出來后會(huì)根據(jù)本公司的整車可靠性試驗(yàn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行39000 Km的耐久性規(guī)范試驗(yàn)，耐久性規(guī)范構(gòu)成為：壞路、城市、蛇形、直線、高速、16坡度、點(diǎn)制動(dòng)、全制動(dòng)等，各個(gè)規(guī)范構(gòu)成所占比例不同，比重最大為壞路，總里程為26000 Km，其余比例根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來分配。

某微車的前艙部件—前圍板焊合總成在開發(fā)階段的一次整車耐久性試驗(yàn)中樣車在試驗(yàn)中檢查發(fā)現(xiàn)千斤頂安裝支架左右兩側(cè)焊點(diǎn)脫焊(圖1)，發(fā)生脫焊時(shí)路試?yán)锍桃淹瓿?7675 Km。而后連續(xù)發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)車焊點(diǎn)出現(xiàn)類似故障，一臺(tái)車在路試?yán)锍掏瓿?1670Km時(shí)千斤頂安裝支架左側(cè)焊點(diǎn)脫焊(圖2)，一臺(tái)車在路試?yán)锍桃淹瓿?2628Km時(shí)千斤頂安裝支架焊點(diǎn)開裂，共4處，長(zhǎng)約10mm(圖3)。

圖1 前圍板千斤頂安裝支架左右兩側(cè)焊點(diǎn)脫焊故障圖

圖2 前圍板千斤頂安裝支架左側(cè)焊點(diǎn)脫焊故障圖

圖3 前圍板千斤頂安裝支架兩側(cè)焊點(diǎn)開裂故障圖

設(shè)計(jì)上前圍板千斤頂安裝支架左右兩側(cè)都是3個(gè)焊點(diǎn)，故障件照片顯示焊點(diǎn)數(shù)量符合設(shè)計(jì)；另外，焊點(diǎn)脫落把前圍板本體撕裂，留下幾個(gè)孔，說明焊點(diǎn)強(qiáng)度足，排除虛焊可能性。

圖4 前圍板千斤頂安裝支架變形故障圖

測(cè)量?jī)杉收霞Ы镯敯惭b支架上下兩安裝面間隙發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)尺寸約95mm，兩件故障件尺寸已達(dá)105mm，千斤頂安裝支架變形嚴(yán)重，分析原因是總裝車間安裝千斤頂安裝支架時(shí)，使用搖桿裝配時(shí)對(duì)千斤頂施加扭力過大導(dǎo)致的，后面為了查清是多大的扭力使支架高度變形到105mm，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)通過8臺(tái)車進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)通過扭力扳手給千斤頂施加扭力，千斤頂?shù)膹埩κ骨Ы镯敯惭b支架頂開至故障件相同變形量，所測(cè)扭力值約為44N.m扭力。

二、CAE理論分析

有了千斤頂使用搖桿裝配扭力輸入條件后，可以借助整車強(qiáng)度分析工具CAE模擬分析千斤頂安裝支架焊點(diǎn)脫焊處的應(yīng)力情況來判定強(qiáng)度是否滿足要求。模擬分析時(shí)工況為給千斤頂加50N.m的扭力，支架應(yīng)力分布如下圖所示：

根據(jù)線性關(guān)系換算，當(dāng)扭力值為44N.m時(shí)，支架4個(gè)角部應(yīng)力范圍為：320MPa-495MPa。

圖5 前圍板千斤頂安裝支架CAE分析圖

經(jīng)CAE的模擬分析，得出千斤頂安裝支架受千斤頂所施的力分布如上圖截面所示：在千斤頂本身自重(g)以及整車路試過程中水平加速度a(加速、減速方向相反)共同作用下，千斤頂安裝支架有前后擺動(dòng)的趨勢(shì)，焊接千斤頂安裝支架與前圍板本體的焊點(diǎn)被撕扯；加上初始預(yù)緊千斤頂時(shí)施加的扭力過大，致使千斤頂安裝支架變形，加劇焊點(diǎn)失效風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 前圍板千斤頂安裝支架受力分析圖

總之，在整車耐久路試過程中，千斤頂安裝支架本身受千斤頂?shù)牧τ星昂髷[動(dòng)趨勢(shì)，此趨勢(shì)撕扯焊點(diǎn)；加上初始預(yù)緊千斤頂時(shí)施加的扭力過大(約44N.m)，致使千斤頂安裝支架變形，加劇焊點(diǎn)失效風(fēng)險(xiǎn)。

三、解決方案

之前，青島總裝車間對(duì)千斤頂預(yù)緊沒有具體的扭力值要求，工藝文件對(duì)員工的要求是千斤頂預(yù)緊后不松脫。

為了有效控制千斤頂安裝支架變形量，降低支架焊點(diǎn)脫焊風(fēng)險(xiǎn)。參考其他車型，讓車間增加千斤頂預(yù)緊扭力要求。如下為現(xiàn)場(chǎng)模擬預(yù)緊千斤頂時(shí)所需扭力，與千斤頂產(chǎn)品工程師現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試2臺(tái)車：當(dāng)扭力達(dá)到20N.m時(shí)，判斷已緊固千斤頂。

圖7 前圍板千斤頂安裝扭力驗(yàn)證圖

四、方案驗(yàn)證和實(shí)施

我們安排新的控制千斤頂安裝預(yù)緊扭力(約20N.m)路試驗(yàn)證車，路試結(jié)束后檢查原前圍板千斤頂安裝支架焊點(diǎn)脫焊處沒有發(fā)生脫焊問題，說明已經(jīng)滿足要求，設(shè)計(jì)工藝合理，可以實(shí)施該方案。

根據(jù)路試情況，我們正式下發(fā)了控制千斤頂預(yù)緊扭力的技術(shù)文件?？傃b車間已采取千斤頂工位使用搖桿預(yù)裝配+后工位使用定扭扳手打扭矩來控制千斤頂預(yù)緊扭力，扭力值設(shè)定在20N.m左右。

五、總結(jié)

在車身結(jié)構(gòu)開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，以車身造型設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)進(jìn)行車身強(qiáng)度設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，以期最終找到合理的車身結(jié)構(gòu)型式，但是無論如何其它區(qū)域?qū)嚿項(xiàng)l件的輸入關(guān)系到車身設(shè)計(jì)的質(zhì)量和設(shè)計(jì)周期，從前圍板千斤頂安裝支架脫焊的實(shí)例中足以說明對(duì)車身的輸入條件在車身設(shè)計(jì)中起著一個(gè)非常至關(guān)重要的作用。如果在前期開發(fā)中對(duì)車身的輸入條件充分、準(zhǔn)確的話，車身的強(qiáng)度和功能將得到合理的設(shè)計(jì)方案，再通過運(yùn)用CAE這一工具，將大大縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。因此可以說，在車身結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計(jì)中必須兼顧車身強(qiáng)度和功能的設(shè)計(jì)。

[1]黃天澤、黃金陵.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2]林炳華.最新汽車使用設(shè)計(jì).黑龍江人民出版社，2005.

[3]Q/SGMWJ0801-2009,整車可靠性試驗(yàn)規(guī)范.

劉偉(1989.08-)，男，廣西人，工程學(xué)士學(xué)位，助理工程師，研究方向：車身下車體相關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。