鄒宇峰，李鋸明，張玉森

（1.合創(chuàng)汽車科技有限公司，廣東 廣州 511400；2.申雅密封件（廣州）有限公司，廣東 廣州 511400）

汽車車門導(dǎo)槽是汽車密封系統(tǒng)中非常重要的密封件，對(duì)汽車的降噪、防水、密封等方面起著重要作用。隨著汽車行業(yè)發(fā)展以及需求多樣化，汽車車門導(dǎo)槽朝著輕量化和復(fù)雜化方面不斷發(fā)展。輕量化方面，更多的車型選擇利用新的輕便熱塑性彈性體（Thermo Plastic Elastomer, TPE）材料。作為一種新材料，其在耐磨性和耐熱性等方面優(yōu)異性能受到了廠家追捧；復(fù)雜化方面，由于人們對(duì)車輛外觀的多樣性需求，車門結(jié)構(gòu)越來越多樣，相應(yīng)導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。隨之而來的就是導(dǎo)槽開裂、異響、漏水、裝配等各種不良問題，針對(duì)這些問題，相關(guān)學(xué)者展開研究。HERPE F等[1]研究了車門玻璃在升降過程中的偏差對(duì)密封膠條變形影響；王明波等[2]通過仿真，推導(dǎo)出來了玻璃與導(dǎo)槽在Y向配合偏差過程中玻璃受導(dǎo)槽密封條的擠壓力以及摩擦阻力；賈東[3]闡述汽車玻璃導(dǎo)槽的結(jié)構(gòu)和裝配原理，分析導(dǎo)槽在裝配過程中的關(guān)鍵尺寸，解決導(dǎo)槽密封條裝配不良問題；孫康等[4]研究車門玻璃與導(dǎo)槽裝配偏差對(duì)玻璃升降的影響，并通過仿真驗(yàn)證了玻璃的升降阻力隨著前后導(dǎo)軌偏移量增大呈現(xiàn)非線性增大。本文以實(shí)車三叉結(jié)構(gòu)材質(zhì)的TPE導(dǎo)槽開裂問題為切入點(diǎn)，研究導(dǎo)槽接角強(qiáng)度、導(dǎo)槽唇邊、鈑金切邊等相關(guān)因素對(duì)導(dǎo)槽開裂問題的影響，分析導(dǎo)槽開裂的受力失效模式，為后續(xù)導(dǎo)槽開裂問題解決提供新的方向。

1 玻璃導(dǎo)槽密封條與車門的結(jié)構(gòu)分析

汽車實(shí)車整個(gè)導(dǎo)槽呈現(xiàn)一個(gè)三叉交匯的結(jié)構(gòu)（P1、P2、P4），如圖1所示。導(dǎo)槽的擠出條（P1、P2、P3、P4內(nèi)含鋼帶）材料牌號(hào)為TOSE628-70（S.EB.S），接角的材料為TOSL230-65（S.EB.S），整個(gè)導(dǎo)槽的生產(chǎn)基本的工藝流程為原材料（TPE粒子）—擠出條—接角—檢查返修。具體的接角過程是將其中P1、P2、P4三根條子通過沖切成標(biāo)準(zhǔn)的形狀和長度后，同時(shí)插進(jìn)模具的模腔中進(jìn)行注塑接角。

圖1 導(dǎo)槽圖

實(shí)車發(fā)生的主要問題是在露天狀態(tài)放置一段時(shí)間（約6～9個(gè)月）以后，呈現(xiàn)A、B處開裂的情況，A處是由下往上裂開，B處是由上往下裂開，開裂圖如圖2所示，左右兩側(cè)導(dǎo)槽均有開裂現(xiàn)象，且明顯左側(cè)較右側(cè)嚴(yán)重，具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

圖2 導(dǎo)槽接角A處&B處開裂圖

表1 導(dǎo)槽開裂數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

從整個(gè)開裂現(xiàn)象來分析，可能包含以下三個(gè)方面的原因：一是本身導(dǎo)槽接角強(qiáng)度不夠；二是導(dǎo)槽在自然天氣中受風(fēng)吹日曬過程中熱脹冷縮開裂；三是車門玻璃異常上升到頂部持續(xù)施加給導(dǎo)槽的力開裂。針對(duì)以上三個(gè)方面的原因，我們對(duì)問題進(jìn)行了深入的實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)導(dǎo)槽接角強(qiáng)度不夠的問題，在實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了針對(duì)接角強(qiáng)度的拉力實(shí)驗(yàn)；針對(duì)導(dǎo)槽本身的熱脹冷縮的力，在實(shí)驗(yàn)室條件下構(gòu)建了冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)；針對(duì)玻璃給導(dǎo)槽的力，我們在實(shí)車上進(jìn)行導(dǎo)槽切割和受力分析實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)構(gòu)建

2.1 導(dǎo)槽暴曬實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

拉力試驗(yàn)機(jī)的設(shè)備型號(hào)為TG-9000-S，生產(chǎn)商家為深圳新三思計(jì)量技術(shù)有限公司。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

取新生產(chǎn)批次膠條20根，進(jìn)行接角檢查，確保試驗(yàn)前接角是未開裂，依次在接角處進(jìn)行1～20編號(hào)，放置于室外，暴曬4個(gè)月（2019年8月8日-2019年12月8日），地點(diǎn)為廣州，溫度約4～36 ℃，每隔一個(gè)月取出其中的5根，查看接角開裂情況并進(jìn)行拉力試驗(yàn)，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)槽暴曬試驗(yàn)現(xiàn)場

3.實(shí)驗(yàn)方法

將整個(gè)導(dǎo)槽接角周圍的P次條，遠(yuǎn)離接角處100～150 mm剪斷，將兩端固定在拉力機(jī)上，開啟拉力機(jī)以15 mm/min的速度拉伸，設(shè)備會(huì)自動(dòng)進(jìn)行拉力讀數(shù)。

按照實(shí)驗(yàn)要求，分別暴曬1個(gè)月、2個(gè)月、3個(gè)月、4個(gè)月。暴曬前和暴曬后的接角對(duì)比發(fā)現(xiàn)，所有的導(dǎo)槽接角在正常暴曬后，未見任何開裂現(xiàn)象存在，所有的接角接頭連接良好。

2.2 接角強(qiáng)度拉力試驗(yàn)

針對(duì)以上接角完好的導(dǎo)槽，根據(jù)拉力實(shí)驗(yàn)要求，將接角剪切成實(shí)驗(yàn)樣本，以接角為中心，沿著P次條的方向沿著遠(yuǎn)離接角的地方150～200 mm進(jìn)行剪切成樣本，然后進(jìn)行拉力實(shí)驗(yàn)。通過重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出最終的20條導(dǎo)槽接角強(qiáng)度如圖4所示。

圖4 導(dǎo)槽暴曬后拉力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過暴曬實(shí)驗(yàn)和拉力實(shí)驗(yàn)，得出以下三條結(jié)論：

1）20根導(dǎo)槽在經(jīng)歷1～4個(gè)月的暴曬以后，接角處完好，均沒有發(fā)生導(dǎo)槽接角開裂的現(xiàn)象。

2）暴曬1～4個(gè)月的導(dǎo)槽，在拉力實(shí)驗(yàn)中，拉力普遍為370 N左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求30 N。

3）暴曬4個(gè)月的導(dǎo)槽和暴曬1個(gè)月的導(dǎo)槽，在拉力實(shí)驗(yàn)中，拉力值并沒有明顯地變大或者變小的趨勢。

2.3 導(dǎo)槽接角冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

C340高低溫實(shí)驗(yàn)箱，溫度為-70～+180 ℃，生產(chǎn)廠家為偉思富奇環(huán)境試驗(yàn)儀器（太倉）有限公司。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和結(jié)果

將同批次已經(jīng)接角的導(dǎo)槽，接角的4根個(gè)條子剪斷成長度為200 mm左右，并進(jìn)行編號(hào)。將導(dǎo)槽開裂處的接角進(jìn)行冷熱循環(huán)試驗(yàn)，取3個(gè)正常批次的接角，將接角放在高低溫環(huán)境試驗(yàn)箱中，①（80±2）℃/16 h②（-30±2）℃/8 h，以上組成1個(gè)循環(huán)，3個(gè)循環(huán)和6個(gè)循環(huán)后觀察接角均未開裂。

通過以上實(shí)驗(yàn)，得出如下結(jié)果：

1）所有的導(dǎo)槽接角在冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)完成后，外觀面均未見明顯開裂現(xiàn)象；

2）3個(gè)冷熱循環(huán)后和6個(gè)冷熱循環(huán)后，導(dǎo)槽未見明顯的外觀面區(qū)別，接角外觀良好；

3）結(jié)合冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)可以確定，實(shí)車導(dǎo)槽開裂的現(xiàn)象并非由導(dǎo)槽接角本身的熱脹冷縮造成。

2.4 導(dǎo)槽受力分析

將實(shí)車導(dǎo)槽在靠近接角開裂的部位進(jìn)行切斷，如圖5所示，正常升降，以方便觀察玻璃在升降過程中在導(dǎo)槽中的位置狀態(tài)，如圖6、圖7所示。通過觀察發(fā)現(xiàn)，玻璃在上升到頂部以后，玻璃明顯偏出鈑金Y向切邊，玻璃產(chǎn)生的向上力不是傳遞到鈑金上，而是直接作用在導(dǎo)槽上。對(duì)10臺(tái)車的車門上升至頂部以后，玻璃相對(duì)鈑金切邊的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，開裂車輛玻璃均相對(duì)鈑金切邊偏出3.0 mm左右，其中玻璃的厚度為3.0 mm，如圖5所示。

圖5 導(dǎo)槽實(shí)車實(shí)驗(yàn)圖

圖6 玻璃&導(dǎo)槽A-A剖面圖

圖7 玻璃&導(dǎo)槽B-B剖面圖

1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析得出，整個(gè)玻璃在正常升到頂部以后，由于玻璃偏出鈑金之外，玻璃的力（電機(jī)堵轉(zhuǎn)傳遞給玻璃的力）沒有正常傳遞至鈑金上，而是異常傳遞至導(dǎo)槽，導(dǎo)槽接角處沒有鋼帶，因此，在玻璃到頂以后接角處持續(xù)受到玻璃的力的作用（約200 N），導(dǎo)槽接角在力的持續(xù)作用下導(dǎo)致開裂。

玻璃偏出鈑金之外，調(diào)查主要有兩個(gè)方面，一是車門上面的鈑金切邊偏短，沒有達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)長度；二是玻璃Y向受力造成了玻璃相對(duì)設(shè)計(jì)位置偏出鈑金外面。通過三坐標(biāo)測量鈑金的切邊長度，與設(shè)計(jì)長度進(jìn)行對(duì)比，如圖8—圖10所示。

圖8 切邊長度測點(diǎn)示意圖

圖9 車門總成左側(cè)切邊長度測量數(shù)據(jù)

圖10 車門總成右側(cè)切邊長度測量數(shù)據(jù)

通過以上數(shù)據(jù)得出如下結(jié)論：

1）切邊長度均在公差范圍內(nèi)，但是左側(cè)短于右側(cè)，左側(cè)對(duì)問題更不利，與左側(cè)導(dǎo)槽發(fā)生開裂的概率大于右側(cè)的現(xiàn)象一致；

2）對(duì)玻璃的受力情況進(jìn)行調(diào)查，依據(jù)玻璃在上圖中的A-A截面和B-B截面圖進(jìn)行受力分析，如圖11、圖12所示。

圖11 玻璃&導(dǎo)槽受力環(huán)境B-B截面圖

圖12 玻璃&導(dǎo)槽受力環(huán)境A-A截面圖

正常玻璃在升到頂時(shí)，玻璃會(huì)保持平衡，其受到的合力為零，如果將導(dǎo)槽內(nèi)部唇邊對(duì)玻璃的力稱為F內(nèi)合，導(dǎo)槽外部唇邊對(duì)玻璃的力稱為F外合，即

同理，P1條的外部唇邊對(duì)玻璃的力稱為FP1外，類推可得

玻璃整體位置偏外，需要的調(diào)整方向是減少F內(nèi)合，使得玻璃往內(nèi)唇邊的方向移動(dòng)，在新的位置F內(nèi)合和F外合達(dá)到平衡。利用投影儀，觀察P1、P3、P4條導(dǎo)槽的內(nèi)唇邊，對(duì)比P1、P3、P4的內(nèi)唇邊與設(shè)計(jì)圖紙的關(guān)系，尋找差異點(diǎn)，如圖13—圖15所示。

圖13 P1條③號(hào)內(nèi)唇邊偏厚圖

圖15 P4 條內(nèi)唇邊偏厚圖

圖14 P3條①條內(nèi)唇邊偏厚圖

P1條③號(hào)唇邊偏厚1.0 mm，特別是唇邊弱化點(diǎn)的位置，增大P1條內(nèi)唇邊的作用力，為玻璃偏外的一個(gè)貢獻(xiàn)力因素。

P3條①號(hào)唇邊偏厚0.5 mm，特別是唇邊弱化點(diǎn)的位置，增大P3條內(nèi)唇邊的作用力，為玻璃偏外的一個(gè)貢獻(xiàn)力因素。

P4條①和②號(hào)唇邊偏厚0.5 mm，特別是唇邊弱化點(diǎn)的位置，增大P4條內(nèi)唇邊的作用力，為玻璃偏外的一個(gè)貢獻(xiàn)力因素。

綜合以上對(duì)比，發(fā)現(xiàn)P1、P3、P4條的內(nèi)唇邊相應(yīng)的弱化點(diǎn)均有不同程度的偏厚，明顯增大內(nèi)唇邊對(duì)玻璃的力，因此，減少內(nèi)唇邊對(duì)玻璃的力是將玻璃的Y向位置收回到鈑金下方的關(guān)鍵。對(duì)內(nèi)唇邊相應(yīng)偏厚點(diǎn)弱化點(diǎn)前后進(jìn)行對(duì)比，具體如圖16、圖17所示。

圖16 P1&P3條內(nèi)唇邊改善效果圖

圖17 P4 條內(nèi)唇邊改善效果圖

通過導(dǎo)槽實(shí)車裝車，驗(yàn)證玻璃在導(dǎo)槽中的受力以及位置情況，可以發(fā)現(xiàn)，玻璃完全在鈑金切邊之下，如圖18和表2所示。

圖18 改善后導(dǎo)槽靜態(tài)驗(yàn)證鈑金切邊與玻璃的相對(duì)位置圖

表2 玻璃偏出鈑金切邊數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)

選擇兩輛車進(jìn)行耐久測試，在4個(gè)月的時(shí)間內(nèi)行駛40000～100000 km，導(dǎo)槽開裂問題均未再發(fā)，如圖19所示。

圖19 耐久實(shí)驗(yàn)后導(dǎo)槽未開裂圖片

通過以上實(shí)驗(yàn)證明，導(dǎo)槽的外部受力是其開裂的根本原因，通過優(yōu)化導(dǎo)槽的受力，消除玻璃對(duì)其在Y向上力的作用，能夠很好地消除導(dǎo)槽開裂。

3 結(jié)論

1）通過玻璃導(dǎo)槽的暴曬實(shí)驗(yàn)、接角強(qiáng)度拉力實(shí)驗(yàn)、高低溫冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)槽未開裂，說明導(dǎo)槽自身接角強(qiáng)度以及自然環(huán)境的熱脹冷縮不是導(dǎo)致導(dǎo)槽開裂的主要原因。

2）車身鈑金整體長度在公差范圍內(nèi)，但是整體偏短的切邊導(dǎo)槽開裂率顯著高于偏長邊。

3）玻璃偏出鈑金切邊之外，導(dǎo)槽P1條受到 玻璃持續(xù)力的作用，是導(dǎo)槽開裂的根本原因。

4）導(dǎo)槽P1、P3、P4條內(nèi)側(cè)唇邊對(duì)玻璃作用力偏大，是導(dǎo)致玻璃偏外的根本原因。