陳志耀

【摘 要】文章針對某緊湊型SUV整車可靠性路試及子系統(tǒng)耐久試驗過程中發(fā)動機罩鉸鏈處內(nèi)板焊點開裂問題進行實質(zhì)性分析，提出若干優(yōu)化方案，以達到降低發(fā)動機罩鉸鏈處焊點應力值，提高發(fā)動機罩系統(tǒng)性能的目的。結(jié)合原發(fā)動機罩結(jié)構(gòu)焊點應力的CAE分析、新方案的焊點應力CAE分析、CAE分析驗證等，經(jīng)過系統(tǒng)的分析總結(jié)，避免了后續(xù)車型發(fā)動機罩鉸鏈處焊點應力高而導致的開裂問題，提高了發(fā)動機罩的可靠性，總結(jié)了鉸鏈加強板結(jié)構(gòu)設計的一些經(jīng)驗教訓，縮短了汽車的開發(fā)時間。

【關鍵詞】發(fā)動機罩;鉸鏈加強板;CAE;路試

【中圖分類號】U464 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）09-0057-03

0 引言

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，外資汽車企業(yè)及國產(chǎn)自主品牌汽車企業(yè)快速發(fā)展，汽車每年以上千萬臺的數(shù)量充斥著中國的消費市場。當前，汽車已經(jīng)成為一種十分普遍的交通工具，為人們的生活帶來了便利，提升了人們的生活質(zhì)量。汽車作為一種提高生產(chǎn)效率和生活質(zhì)量的交通工具，已經(jīng)快速地進入城市、農(nóng)村的家庭中，成為人們生活中必不可少的交通工具。

緊湊型SUV因為價格便宜、空間大、通過性好，能適應不同工況，所以受到廣大消費者的歡迎。但是在市場調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，在汽車行業(yè)中，因為汽車鈑金件焊點開裂故障而返回4S店修補的案例數(shù)不勝數(shù)，所以我們在開發(fā)新產(chǎn)品時不僅要注重開發(fā)周期及成本，而且要注重產(chǎn)品質(zhì)量及用戶需求，否則在激烈的市場競爭中必定無法長期生存。對于產(chǎn)品質(zhì)量的保障應該更注重前期開發(fā)，盡量把一些隱患扼殺于搖籃，將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)做至最佳，避免后期“亡羊補牢”。

發(fā)動機罩鉸鏈加強板與發(fā)動機罩內(nèi)板進行焊接，為發(fā)動機罩鉸鏈提供安裝點，同時為發(fā)動機罩鉸鏈提供強度。因為發(fā)動機罩位于發(fā)動機艙處，工況環(huán)境較為惡劣，如果發(fā)動機罩出現(xiàn)焊點開裂，后期必定會出現(xiàn)銹蝕、漏水漏灰問題。同時，發(fā)動機罩鉸鏈處應力較大且集中，降低該處應力值一直是設計的難點，也是發(fā)動機罩設計中很重要的一個研究內(nèi)容。

本文著重針對發(fā)動機罩鉸鏈加強板在實車路試中遇到的鉸鏈處焊點開裂問題，研究如何降低鉸鏈區(qū)域鈑金應力值。通過對鉸鏈加強板的結(jié)構(gòu)及涂膠工藝進行優(yōu)化，達到最優(yōu)的狀態(tài)，進而實現(xiàn)降低應力值、改善發(fā)動機罩系統(tǒng)性能的目的。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中利用了CAE工具進行輔助設計，不僅可以提高結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量，而且可以縮短設計周期，節(jié)省大量的試驗和生產(chǎn)費用。

1 工況及開裂原因分析

某緊湊型SUV在海南進行整車可靠性路試及在實驗室進行發(fā)動機罩子系統(tǒng)耐久試驗，在未完成壞路試驗里程（2.6萬km）及耐久次數(shù)（3 500次）時均發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機罩鉸鏈加強板處焊點出現(xiàn)開裂問題，最長一處裂紋達15 mm（如圖1所示）。

通過實車觀察發(fā)現(xiàn)，焊點開裂點基本一致，且開裂位置出現(xiàn)銹蝕、漏灰的問題，因此對該零件設計狀態(tài)的結(jié)構(gòu)進行CAE結(jié)構(gòu)強度分析（計算方法及加載約束均按GM標準）。經(jīng)分析，結(jié)果如圖2所示。

經(jīng)以上CAE分析，得到發(fā)動機罩開裂的原因有以下幾個方面。{1}發(fā)動機罩加強板厚度為1.2 mm，加強板上并未多做加強筋等特征分散應力，且焊點較少，應力集中于焊點上。{2}發(fā)動機罩內(nèi)板及發(fā)動機罩鉸鏈加強板的材料為BLD-FB-D，材料屈服極限為155 MPa，而焊點3的應力最大時可達到147.8 MPa，與材料屈服極限應力接近。焊點應力越大，越容易產(chǎn)生疲勞開裂，焊點3存在較大開裂風險。因此可以判斷，在可靠性路試耐久及發(fā)動機罩子系統(tǒng)耐久過程中，焊點由于長期應力集中而疲勞開裂。設計狀態(tài)發(fā)動機罩加強板焊點應力如圖3所示。

2 發(fā)動機罩鉸鏈加強板焊點開裂優(yōu)化方案

2.1 方案一

從CAE分析結(jié)果可以看出，發(fā)動機罩鉸鏈加強板焊點3應力較大，接近材料屈服極限，而其他幾個焊點的應力均遠小于材料屈服極限。因此判斷，由于發(fā)動機罩鉸鏈加強板區(qū)域的剛度較差，應力無法分散，導致只有一個焊點應力較大。當零件材料厚度較厚時，零件的剛度會比較好。因此，考慮增加發(fā)動機罩鉸鏈加強板的厚度來提升零件周邊的剛度，將加強板的厚度由1.2 mm增至1.5 mm。圖4為增厚加強板后的CAE分析結(jié)果。

從分析結(jié)果可以看出，加厚加強板后，各焊點應力均有下降，焊點3的焊點應力下降了6%，最大應力由147.6 MPa變?yōu)?38.1 MPa。證明加厚加強板、提升剛度對該區(qū)域的應力有改善。

2.2 方案二

從上面的分析結(jié)果可以得知，鉸鏈加強板應力大是由于該區(qū)域應力較大，應力無法分散導致局部應力集中，從而導致焊點開裂。對此，考慮將加強板加長，增加加強筋，提高該區(qū)域的剛度，同時通過增加焊點的方式分散高應力焊點的應力，以起到降低焊點3應力的作用（如圖5所示）。圖6是加長加強板、增加加強筋、增加焊點后的CAE分析結(jié)果。

從分析結(jié)果得知，最大焊點處（焊點3）應力由147.6 MPa變?yōu)?23.1 MPa，應力下降了16.5%。說明提高零件剛度、做加強筋、增加焊點對應力有改善。

2.3 方案三

綜合方案一及方案二，兩種方案均對發(fā)動機罩鉸鏈加強板處的焊點應力分散有幫助，但是應力下降幅度有限，仍然解決不了焊點疲勞開裂問題。因此，考慮將兩種方案結(jié)合實施，再分析是否可以更好地解決焊點開裂問題。將加強板按照方案二加長，增加加強筋及焊點后，再將厚度增厚至1.5 mm。CAE分析結(jié)果如圖7所示。

從分析結(jié)果得知，方案一與方案二同時實施的確能夠更好地解決問題，焊點應力由147.6 MPa變?yōu)?18.7 MPa，下降幅度達19.6%，但是仍無法完全解決焊點開裂問題。

2.4 方案四

上述方案均對發(fā)動機罩鉸鏈加強板處焊點開裂問題有幫助，但應力下降幅度有限，無法完全解決焊點開裂問題，因此我們必須考慮一些更好的方案。通過對標車的拆車研究發(fā)現(xiàn)，很多車型在鉸鏈加強板上增加了結(jié)構(gòu)膠。結(jié)構(gòu)膠在涂裝車間烘烤后會變硬，把加強板和內(nèi)板連接起來，作用與焊點類似。即將加強板與發(fā)動機罩內(nèi)板由焊點連接變?yōu)槊媾c面連接，應力由原來作用于焊點上變?yōu)樽饔糜诿嫔?。而且在加強板與發(fā)動機罩內(nèi)板上涂上結(jié)構(gòu)膠后，不僅有利于提高剛度與強度，也有利于防腐。在市場的車型中，我們經(jīng)常見到結(jié)構(gòu)膠的身影（如圖8所示）。

因此，我們考慮在原方案的基礎上，增加涂結(jié)構(gòu)膠（如圖9所示）。

在原方案上涂結(jié)構(gòu)膠后，經(jīng)CAE分析，焊點應力由147.6 MPa變?yōu)?7.5 MPa，遠小于材料屈服應力155 MPa，應力下降幅度達74.5%，證明涂結(jié)構(gòu)膠對解決焊點開裂問題有重大幫助。CAE分析結(jié)果如圖10所示。

2.5 方案五

從方案一至方案四的結(jié)果來看，方案二與方案四對降低鉸鏈加強板的應力幫助較大。因此，考慮在方案二的基礎上，實施方案四，增加結(jié)構(gòu)膠（如圖11所示）。

經(jīng)CAE分析，焊點3應力大幅度下降，由147.6 MPa降低至21.2 MPa，遠小于材料屈服應力155 MPa，下降幅度為85.6%，應力下降效果較方案四更佳。證明方案五對降低應力幫助最大。CAE分析結(jié)果如圖12所示。

3 方案對比及選擇

各個方案的焊點3（開裂焊點）應力對比見表1。

從表1中的數(shù)據(jù)可知，各個方案相對于原方案均有優(yōu)化，尤其是方案四及方案五，應力下降幅度均非常大。因此可以判斷，方案四與方案五為最優(yōu)方案。方案四為在原方案基礎上增加結(jié)構(gòu)膠，方案五為更改加強板，增加加強筋，然后再涂結(jié)構(gòu)膠。如果按照方案五進行修改，需要修改發(fā)動機罩鉸鏈加強板的成型模、落料模及切邊模，更改量非常大，不僅需要昂貴的修模費用，還需要一段時間調(diào)試模具及優(yōu)化工藝。

在保證零件性能的情況下，我們選擇修改最小、產(chǎn)生費用最低、耗時最少的方案，因此從方案一至方案五中選擇，方案四的可行性最大。

4 方案驗證

我們采用方案四制造了4臺車，2臺用于發(fā)動機罩子系統(tǒng)耐久，2臺用于整車常規(guī)耐久路試。完成了3 500次（子系統(tǒng)耐久）發(fā)動機罩開關試驗、4.5萬km里程后，發(fā)動機罩鉸鏈加強板應力未發(fā)現(xiàn)有焊點開裂的跡象。因此，推薦方案四為實施方案。

5 總結(jié)

針對發(fā)動機罩鉸鏈加強板處焊點開裂問題，通過以上的問題分析、CAE分析、方案驗證等，我們可以知道方案五為降低應力的最優(yōu)方案。而從方案一、方案三可以看出，單純增加材料厚度對降低焊點應力效果不明顯。從方案二與方案四可以看出，增加結(jié)構(gòu)膠與優(yōu)化加強板結(jié)構(gòu)對降低焊點應力效果較佳。這些結(jié)論可以為我們后續(xù)車型前期設計作指引，在設計發(fā)動機罩鉸鏈加強板時，可以朝著方案二與方案四的方向進行結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化。

參 考 文 獻

[1]庫才旗，謝新生.舉升門鉸鏈加強板的結(jié)構(gòu)設計改進[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2013（13）.

[2]鄧代玉，高君杰，趙福全.某車型發(fā)動機罩鉸鏈失效解決措施[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2012（7）.

[3]曲思明，束萍萍，趙福全.某車型發(fā)動機罩焊點開裂解決措施[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2012（11）.