卞書艷

摘 要：針對某車型在33000公里綜合可靠性耐久試驗(yàn)過程中，兩臺試驗(yàn)車前艙蓋鉸鏈加強(qiáng)板處均出現(xiàn)焊點(diǎn)開裂問題，文章主要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、緩沖塊布置、焊點(diǎn)布置等方面進(jìn)行分析排查，分析了前艙蓋鉸鏈加強(qiáng)板處出現(xiàn)焊點(diǎn)開裂的原因，并對現(xiàn)有的鉸鏈加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化、強(qiáng)度分析、一階模態(tài)分析。最后，通過綜合可靠性路試試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證，焊點(diǎn)開裂問題得到根本解決。

關(guān)鍵詞：前艙蓋;鉸鏈加強(qiáng)板;CAE;綜合可靠性試驗(yàn)

中圖分類號：TP212.14? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）03-79-04

1 前言

前艙蓋（又稱發(fā)動機(jī)蓋）是醒目的車身覆蓋件，同時(shí)也是車身重要的開啟件之一，因此其結(jié)構(gòu)性能的好壞，直接影響車身的總體性能和感知質(zhì)量。前艙蓋總成一般由前艙蓋外板、前艙蓋內(nèi)板、內(nèi)外板加強(qiáng)板、鎖扣加強(qiáng)板、鉸鏈加強(qiáng)板、鉸鏈等組成。

本文主要是研究汽車前艙蓋鉸鏈加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、緩沖塊布置、焊點(diǎn)布置等方面進(jìn)行分析，提出改進(jìn)方案解決焊點(diǎn)開裂問題，結(jié)合CAE分析計(jì)算，在一定程度上縮短了問題解決時(shí)間，最終通過實(shí)車驗(yàn)證了改進(jìn)方案的可行性。

2 開裂問題描述

在新車型開發(fā)過程中，需要經(jīng)過規(guī)定的可靠性行駛驗(yàn)證，驗(yàn)證其整車及總成零件的可靠性，主要性能是否滿足要求。為了保證車身在使用過程中的可靠性及耐久性，通常會對整車進(jìn)行各種加速破壞的驗(yàn)證試驗(yàn)。常規(guī)的驗(yàn)證試驗(yàn)有兩種，一種是整車PAVE路試試驗(yàn)，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行3000km比利時(shí)壞路試驗(yàn);一種是綜合可靠性耐久試驗(yàn)，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行33000km綜合道路試驗(yàn)。

某車型OTS階段樣車在試驗(yàn)場進(jìn)行綜合耐久33000km試驗(yàn)時(shí)，2臺試驗(yàn)車均出現(xiàn)前艙蓋內(nèi)板與鉸鏈加強(qiáng)板焊點(diǎn)開焊，破壞形式一致，故障出現(xiàn)時(shí)車輛完成試驗(yàn)里程分別為壞路6000和壞路5400km。具體破壞形式為，前艙蓋后部，與鉸鏈連接處，內(nèi)板與鉸鏈加強(qiáng)板焊接位置焊點(diǎn)撕裂（見圖1）。

3 開裂原因分析排查

3.1 沖壓減薄

沖壓減薄是汽車板件制造工藝中經(jīng)常遇到的問題，尤其是在型面較復(fù)雜的零件中，車身部件在行駛過程中的疲勞開裂影響到車輛的安全、使用壽命等關(guān)鍵性能[1]。根據(jù)試驗(yàn)車焊點(diǎn)開裂位置，在前艙蓋內(nèi)板單件上對應(yīng)區(qū)域隨機(jī)選取測厚點(diǎn)，單側(cè)4個(gè)測量點(diǎn)，左右共8個(gè)測量點(diǎn)，內(nèi)板理論料厚0.7mm，零件實(shí)測料厚最小值0.608mm，零件沖壓減薄率為13.14%，小于20%，滿足要求。排除材料沖壓減薄對焊點(diǎn)開裂問題的影響。

3.2 焊接質(zhì)量

汽車板經(jīng)成形工藝后，使用焊接工藝將各個(gè)零件組裝成白車身，汽車用鋼的焊接則是車身制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，車身焊接中，經(jīng)常會出現(xiàn)氣孔、咬邊、未熔合等焊接缺陷，影響焊縫品質(zhì)[2]。

試驗(yàn)前樣車接收查車時(shí)并未發(fā)現(xiàn)此區(qū)域焊點(diǎn)有裂紋、毛刺、壓痕過大等缺陷。根據(jù)車身焊接工藝規(guī)范與檢驗(yàn)要求，對出現(xiàn)開裂問題的前艙蓋進(jìn)行拆解剝離，檢查前艙蓋內(nèi)板與鉸鏈加強(qiáng)板的焊點(diǎn)，測量焊接熔核大小，要求焊接熔核大小<4mm為不合格，測量結(jié)果見表1，開裂處焊點(diǎn)均滿足設(shè)計(jì)要求。排除焊點(diǎn)質(zhì)量對焊點(diǎn)開裂問題的影響。

3.3 緩沖塊支撐配合

前艙蓋的緩沖塊的主要功能：

（1）防止前艙蓋過關(guān)時(shí)與周邊零部件干涉;

（2）前艙蓋關(guān)閉狀態(tài)下起緩沖支撐的作用，保證整車的靜態(tài)外觀質(zhì)量，還可以防止車輛行駛過程中前艙蓋因振動而產(chǎn)生疲勞破壞。

該車型布置了4個(gè)旋轉(zhuǎn)可調(diào)式緩沖塊（見圖3）。經(jīng)實(shí)車查看，開裂的這兩臺車前艙蓋前部2個(gè)緩沖塊（緩沖塊2、緩沖塊3）未調(diào)整到位，緩沖塊與水箱上橫梁不接觸，存在間隙，在前艙蓋關(guān)閉狀態(tài)下，前部緩沖塊未起到緩沖、支撐的作用。

第二輪路試試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)前實(shí)車確認(rèn)試驗(yàn)車前艙蓋緩沖塊安裝是滿足設(shè)計(jì)要求，與下部鈑金支撐面完全接觸，路試完成后，試驗(yàn)車返回公司檢查，仍存在焊點(diǎn)開裂問題（見圖4）。由此可知緩沖塊安裝不到位，非前艙蓋鉸鏈加強(qiáng)板處焊點(diǎn)開裂的主因。

3.4 對標(biāo)分析

通過上述排查，已基本可以排除外因造成前艙蓋鉸鏈加強(qiáng)板處焊點(diǎn)開裂。某車型前艙蓋重量為13Kg，前艙蓋內(nèi)板料厚0.7mm，鉸鏈加強(qiáng)板料厚1.2mm，鉸鏈加強(qiáng)板與內(nèi)板有效接觸面積單側(cè)0.004m2，鉸鏈加強(qiáng)板與內(nèi)板焊點(diǎn)數(shù)量左右各4個(gè)，鉸鏈安裝間距60mm（見圖5）。

質(zhì)量相似車型1：前艙蓋重量為15Kg，前艙蓋內(nèi)板料厚0.7mm，鉸鏈加強(qiáng)板料厚1.8mm，鉸鏈加強(qiáng)板與內(nèi)板有效接觸面積單側(cè)0.008m2，鉸鏈加強(qiáng)板與內(nèi)板焊點(diǎn)數(shù)量左右各6個(gè)，鉸鏈安裝間距59.5mm（見圖6）。

質(zhì)量相似車型2：前艙蓋重量為12.5Kg，前艙蓋內(nèi)板料厚0.7mm，鉸鏈加強(qiáng)板料厚1.2mm，鉸鏈加強(qiáng)板與內(nèi)板有效接觸面積單側(cè)0.008m2，鉸鏈加強(qiáng)板與內(nèi)板焊點(diǎn)數(shù)量左右各6個(gè)，鉸鏈安裝間距60mm（見圖7）。

經(jīng)對標(biāo)，某車型前艙蓋鉸鏈加強(qiáng)板尺寸較小，加強(qiáng)板與內(nèi)板的有效接觸面積小，焊點(diǎn)數(shù)量也偏少，前艙蓋內(nèi)板與鉸鏈加強(qiáng)板鏈接強(qiáng)度較弱。

4 鉸鏈加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過以上排查，前艙蓋鉸鏈加強(qiáng)板焊點(diǎn)開裂的主要原因應(yīng)是，鉸鏈加強(qiáng)板與內(nèi)板接觸面積小，兩者鏈接的焊點(diǎn)數(shù)量少，在焊點(diǎn)開裂處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象;次要原因是，前艙蓋緩沖塊未起到支撐作用。

參考對標(biāo)車型并結(jié)合CAE仿真分析，同時(shí)綜合考慮產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度及實(shí)際量產(chǎn)時(shí)間點(diǎn)要求，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下，對鉸鏈加強(qiáng)板進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改善應(yīng)力分布。

鉸鏈加強(qiáng)板優(yōu)化設(shè)計(jì)具體變更如下：（見圖8）

（1）鉸鏈加強(qiáng)板尺寸加大，與前艙蓋內(nèi)板的接觸面積由0.004m2加大0.007m2;

（2）鉸鏈加強(qiáng)板料厚由1.2增加到1.5mm;

（3）鉸鏈加強(qiáng)板與前艙蓋內(nèi)板的焊點(diǎn)數(shù)量由單側(cè)4個(gè)增加到單側(cè)6個(gè)。

四種典型工況中，其中跳動工況（X4g，Z6g）對前艙蓋總成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求最為苛刻，本文暫只列出跳動工況下前艙蓋總成的應(yīng)力對比分析結(jié)果。從圖9、圖10及表2中可以看出原始狀態(tài)四個(gè)焊點(diǎn)中最大應(yīng)力為41Mpa，優(yōu)化方案中六個(gè)焊點(diǎn)中最大應(yīng)力為25.4Mpa，降低15.6Mpa，由此可見優(yōu)化方案中的鉸鏈加強(qiáng)板各個(gè)焊點(diǎn)應(yīng)力分布得到進(jìn)一步改善。

由圖11內(nèi)板鉸鏈連接處局部應(yīng)力圖可以看出原始狀態(tài)最大應(yīng)力為187.2Mpa，大于DC04材料屈服強(qiáng)度184Mpa，存在開裂風(fēng)險(xiǎn)（與實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果一致），優(yōu)化方案最大應(yīng)力為40.3Mpa，降低146.9Mpa，遠(yuǎn)小于DC04材料屈服強(qiáng)度，由此可見優(yōu)化方案中的內(nèi)板鉸鏈連接處附近應(yīng)力分布得到明顯改善。

由圖12前艙蓋總成一階模態(tài)陣型圖可以看出優(yōu)化方案相對于原始狀態(tài)鉸鏈附近的陣型有一定的改善，原始狀態(tài)前艙蓋總成一階模態(tài)頻率為31.7Hz，優(yōu)化方案前艙蓋總成一階模態(tài)頻率為32.2Hz，整個(gè)前艙蓋總成剛度略有一定的提升。

5 改進(jìn)方案實(shí)車道路驗(yàn)證

針對優(yōu)化方案結(jié)構(gòu)，再次進(jìn)行整車PAVE路試和綜合可

靠性耐久試驗(yàn)。試驗(yàn)后的前艙蓋實(shí)物照片見圖13，優(yōu)化后的前艙蓋未出現(xiàn)焊點(diǎn)失效的情況，焊點(diǎn)失效問題得到解決，改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)通過了試驗(yàn)考核。

6 結(jié)論

本文針對某車型前艙蓋鉸鏈加強(qiáng)板與內(nèi)板焊點(diǎn)在綜合可靠性耐久試驗(yàn)過程中出現(xiàn)失效問題進(jìn)行了研究，分析找出問題根源。同時(shí)通過結(jié)構(gòu)對標(biāo)提出了合理的解決方案。參考CAE分析的結(jié)果，對解決方案進(jìn)行不斷優(yōu)化，在一定程度上縮短了問題解決時(shí)間，確保了方案的可行性。最終通過實(shí)際道路試驗(yàn)對解決方案進(jìn)行了驗(yàn)證，從而解決了焊點(diǎn)失效的問題。

參考文獻(xiàn)

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