張超 樊友嗣 段小草 陳思茹 朱毅

（神龍汽車有限公司，武漢 430056）

1 前言

門護板具有一定操作、倚靠、保護乘員安全、儲物、密封車門內(nèi)鈑金孔等功能[1]，其定位和緊固均作用在車門內(nèi)鈑金上，一般采用定位銷配合鈑金孔定位，采用8～10個“鳥嘴形”塑料卡扣卡接在鈑金孔中緊固[2]。車門內(nèi)鈑金和門護板之間的區(qū)域為干區(qū)，因此門護板對車門內(nèi)鈑金的密封是車門系統(tǒng)水管理分析的重點。

本文針對某車型門護板定位銷漏水問題，通過理論分析與淋雨試驗驗證，分析門護板定位銷漏水問題的原因并提出改進方案，最后對該車型門護板淋雨試驗方法和評價方法以及設(shè)計校核標(biāo)準(zhǔn)進行更新。

2 問題描述

某車型門護板采用“一面兩銷”的定位方式限制6 個自由度，如圖1 所示：上方的定位方式為上體內(nèi)部的卡槽卡在內(nèi)水切密封條處，前、后側(cè)和下方的定位由裙邊內(nèi)側(cè)一圈“鳥嘴型”塑料卡扣卡接在鈑金孔中，這樣上、下、前、后形成一個“面”，限制了門護板Y向的移動和X向、Z向的轉(zhuǎn)動；門護板上有2個定位銷，前定位銷為十字定位銷，限制X向、Z向的移動，后定位銷為一字定位銷，限制Y向的轉(zhuǎn)動。若定位銷鈑金孔為圓形，則定位銷設(shè)計為一字型和十字型。本文車型定位銷鈑金孔為橢圓形，因此，十字定位銷截面為王字型，一字定位銷截面為工字型。某車型定位銷在門護板上直接注射成型，定位精確，且定位銷長度可以根據(jù)裝配需要調(diào)整[3]。

圖1 門護板的定位

在批量試裝階段的整車淋雨試驗中，整車在30 mm/min 的噴水量下翻轉(zhuǎn)淋雨30 min。淋雨試驗完成后，打開車門發(fā)現(xiàn)門檻裝飾件和地毯進水，門護板下方裙邊邊緣有水跡流到鈑金邊緣，拆開門護板，發(fā)現(xiàn)十字定位銷泡沫墊塊有水跡，定位銷鈑金孔附近有水滴，其下方揚聲器表面存在水滴，如圖2所示，一字定位銷處無漏水現(xiàn)象。

圖2 十字定位銷漏水情況

3 原因分析

根據(jù)經(jīng)驗，門護板定位銷漏水的可能原因如下：

a.門護板定位銷泡沫墊塊密封設(shè)計不合理；

b.門護板定位銷泡沫墊塊密封壓縮量不足；

c.門護板泡沫墊塊材料彈性不足；

d.淋雨時門護板定位銷處積水量大。

對于上述前3 個原因，可以通過該車型和對比車型的定位銷泡沫墊塊密封的壓縮量理論值和實際值對比分析來驗證，定位銷處積水量大可以通過環(huán)境件分析和淋雨分析來驗證。

3.1 門護板定位銷的結(jié)構(gòu)分析

3.1.1 定位銷密封理論分析

該車型門護板的2個定位銷均采用同一種密封墊塊進行密封，密封墊塊厚度為10 mm，鈑金臺面與定位銷基座臺面的距離為5 mm，泡沫墊塊的壓縮量為5 mm，如圖3a 所示。理論上，泡沫墊塊有5 mm的厚度封堵在鈑金孔中，同平臺另一款車型的密封結(jié)構(gòu)與此相同，如圖3b 所示，說明該密封結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。

圖3 門護板定位銷密封結(jié)構(gòu)

3.1.2 定位銷密封壓縮量實際測量與分析

在門護板裝配完成狀態(tài)下，泡沫墊塊的壓縮量無法直接測量，可以通過泡沫墊塊的厚度和鈑金臺面與定位銷基座臺面的距離計算獲得。由于門護板檢具沒有測量鈑金臺面與定位銷基座臺面距離的功能，因此采用1∶1 比例的鑄鋁毛坯裝配而成的標(biāo)準(zhǔn)車身作為檢具。取下門護板定位銷泡沫墊塊，在定位基座和定位銷上放入厚度為15 mm 的橡皮泥墊塊，裝配在標(biāo)準(zhǔn)車身的車門模塊上，然后拆下門護板，測量橡皮泥與鈑金臺面的印記與定位銷基座臺面的距離，一字定位銷的相應(yīng)距離為5 mm，十字定位銷的相應(yīng)距離為7 mm，即十字定位銷泡沫墊塊的壓縮量僅有3 mm，如圖4所示。

圖4 定位銷基座與鈑金的距離

十字定位銷基座被一圈橢圓形的筋和內(nèi)部筋分割，產(chǎn)生6 個凹槽，凹槽深度為5～20 mm，而同平臺車型凹槽深度只有2～3 mm，如圖5 所示。因為定位銷筋的厚度僅有1.9 mm，造成支撐率不足，拆卸下門護板后，發(fā)現(xiàn)泡沫墊塊表面被定位基座筋壓出凹槽。定位銷凹槽面積占總面積的80%，壓縮泡沫墊塊時，泡沫墊塊向定位銷凹槽擠壓填充，定位銷凹槽產(chǎn)生一定變形，造成鈑金孔的壓縮量不足。理論壓縮量為5 mm，定位銷凹槽壓縮量為3 mm，則鈑金孔的壓縮量僅2 mm。

圖5 十字定位銷基座的筋和凹槽

3.2 泡沫墊塊材料彈性分析

定位銷泡沫墊塊材料為聚乙烯（Polyethylene，PE）發(fā)泡，密度為35 kg/m3。定位銷密封用的泡沫墊塊應(yīng)具有較好的回彈性能，如壓縮時產(chǎn)生塌陷，不能起到密封作用。

門護板在安裝前，定位銷泡沫墊塊未被壓縮，正、反面均平整。安裝完成后，拆卸下門護板，發(fā)現(xiàn)定位銷泡沫墊塊在鈑金面外沿的部分較為平整，內(nèi)圈因被壓到鈑金孔內(nèi)，形成橢圓形凸臺。受分割定位銷基座槽的筋的壓力作用，定位銷泡沫墊塊在定位銷基座面出現(xiàn)凹槽，其余部分則凸出。這說明定位銷材料在壓縮后出現(xiàn)了永久變形，無法回彈，如圖6所示。

圖6 泡沫墊塊壓縮后無法回彈

綜上，由于鈑金件孔存在半徑為3.5 mm 的圓角，理論上鈑金件處泡沫墊塊的壓縮量為3.5 mm，定位銷基座的壓縮量為1.5 mm。實際上，由于符合性問題，定位銷基座與鈑金的間隙為7 mm，定位銷基座的筋對泡沫墊塊的支撐面積遠小于鈑金件對其的支撐面積，導(dǎo)致壓縮量大多分配在定位銷基座的凹槽。凹槽內(nèi)部分配的壓縮量為2.5 mm，在鈑金孔處的壓縮量僅為0.5 mm，且水均積聚在半徑為3.5 mm 的圓角圍成的凹縫中。定位銷泡沫墊塊理論壓縮量分配和實際壓縮量分配對比如圖7 所示。最后，由于泡沫墊塊的回彈性能差，密封鈑金的力小于水的重力與沖擊力的合力，水將壓縮量為0.5 mm的密封墊塊擠開，沿密封墊塊和鈑金的接觸面流下，穿過密封墊塊的水滴積聚后，滴漏在下方揚聲器上，造成漏水缺陷。

圖7 泡沫墊塊壓縮量分配理論值與實際結(jié)果對比

根據(jù)淋雨方式的不同，水的重力與沖擊力的占比不同。水平淋雨時，沖擊力為主要因素，因為限位器和定位銷自身反彈的水流沖擊定位銷及定位銷孔。翻轉(zhuǎn)淋雨時，重力為主要因素，因為此時水流的重力作用軌跡線會經(jīng)過定位銷及定位銷孔。

3.3 定位銷處水流環(huán)境分析

校核環(huán)境件發(fā)現(xiàn)，限位器與定位銷的最小距離為9.8 mm，如圖8所示。淋雨時，雨水沿著門護板上體前的內(nèi)水切的玻璃外沿豎直向下流，進入車門內(nèi)板鈑金和外板鈑金之間，而限位器也在兩者之間。水流在重力作用下沖擊限位器殼體，限位器殼體將水流反彈濺射到十字定位銷上，使該區(qū)域的流水量增多。

由于定位銷頭部相對從側(cè)窗玻璃流下的雨水形成的豎直水流線超出12 mm，淋雨時水路一定會經(jīng)過定位銷，使其處于豐水區(qū)，定位銷泡沫墊塊更易漏水。而對比車型因為上體和內(nèi)水切密封條的遮擋作用，使定位銷泡沫墊塊處于干區(qū)，如圖9所示。

綜合以上分析，門護板定位銷漏水的主要原因有：

a. 門護板十字定位銷基座臺面與鈑金臺面間隙大，超出標(biāo)準(zhǔn)公差2 mm；

b. 門護板卡扣基座凹槽面積過大，缺少支撐，泡沫墊塊因凹槽變形導(dǎo)致壓縮量減少；

c.定位銷泡沫墊塊材料回彈性能差，鈑金孔密封力不足；

d.門護板十字定位銷處于豐水區(qū)。

4 改進措施

針對門護板定位銷漏水的原因a，可以通過調(diào)整門護板符合性來解決問題。由于一字定位銷在中嵌飾板骨架上，十字定位銷在主框架上，主框架和中嵌飾板通過焊接連接，涉及的尺寸鏈較長，造成2 個定位銷基座與鈑金凸臺表面距離存在差異，在后續(xù)在設(shè)計上，2 個定位銷應(yīng)盡量設(shè)計注塑在同一子件（主框架或中嵌飾板）上。針對原因b和原因c，可以通過增加泡沫墊塊的壓縮量和支持率來解決。原因d 屬于先天設(shè)計問題，當(dāng)前階段不宜對門護板進行大幅修改。經(jīng)過以上分析，制定了臨時方案和長期方案。

臨時方案是在門護板的定位銷基座上增加厚度為1 mm的塑料橢圓環(huán)形墊片，如圖10 所示。該墊片將定位銷基座上的凹槽與泡沫墊塊隔絕，使泡沫墊塊向定位銷基座方向的變形很小，泡沫墊塊向鈑金面方向變形，緊緊地塞在鈑金孔內(nèi)。另外，墊片和泡沫墊塊的總厚度為11 mm，壓縮量為6 mm，使得泡沫墊塊對鈑金孔的密封力更大，密封性能更好。

圖10 臨時方案

臨時方案實施后，門護板十字定位銷處不再漏水，方案有效。該方案需增加一個墊片零件，且需要將其套入定位銷中，增加工時，且存在漏裝的風(fēng)險，零件開發(fā)成本和人工成本較高，僅能作為臨時方案。

4.1 定位銷泡沫墊塊厚度調(diào)整

臨時方案中，增加墊片是為了增大壓縮量，長期方案也按照此原理，增加泡沫墊塊的厚度。

為了彌補材料回彈性能不足導(dǎo)致的密封性能不足，增大泡沫墊塊的厚度，由10 mm增加至12 mm。

4.2 定位銷基座結(jié)構(gòu)調(diào)整

臨時方案增加的橢圓環(huán)形墊片隔開了定位銷基座的凹槽，增大對定位銷泡沫墊塊的支撐面積，長期方案也按照此原理，增大定位銷基座筋的寬度，增大支撐面積。

定位銷基座筋的寬度為1.9 mm，最理想的修改方案是增大筋的寬度，將凹槽填平使定位銷基座臺面成為平整面。但考慮到模具結(jié)構(gòu)，只能盡可能地增大筋的寬度，提高支撐率。經(jīng)過模具分析，寬度最多可增大至3.8 mm，增加后，其支撐面積和支撐率可以提高了1倍，如圖11所示。

圖11 定位銷筋調(diào)整前、后對比

制作定位銷筋加寬的快速樣件，如圖12 所示。采用12 mm 泡沫墊塊，淋雨試驗未發(fā)現(xiàn)定位銷處漏水，缺陷消除。然后啟動模具修改，改模件上線后，經(jīng)過大批量驗證，沒有發(fā)現(xiàn)門護板定位銷漏水，證明該組合方案有效。

圖12 快速樣件

4.3 門護板水管理設(shè)計和檢查方法

門護板安裝在車門鈑金的過程為：先將門護板內(nèi)部帶槽的上體掛在鈑金上的內(nèi)水切密封條上，然后以內(nèi)水切密封條軸向為旋轉(zhuǎn)軸，將定位銷斜插入鈑金定位孔，然后將鳥嘴型卡扣安裝在鈑金卡扣孔處[4]。如圖13 所示，設(shè)旋轉(zhuǎn)軸中心與定位銷中心的距離為A，定位銷超出玻璃的尺寸為B，豎直水流線與鈑金的距離為C，定位銷頂點與鈑金的距離為D，按照近似等價原理，門護板截面段為長直角邊，長度為A，鈑金截面段為斜邊，尺寸為E，定位銷截面段即為理論定位銷，其長度為D，三者構(gòu)成一個直角三角形，其夾角θ為安裝角（θ的取值范圍為4°～8°）。以上尺寸的幾何關(guān)系如下：

圖13 門護板的安裝及翻轉(zhuǎn)淋雨

由等價無窮小原理，當(dāng)θ→0°時，sinθ～tanθ，當(dāng)θ很小時（<5°），sinθ≈tanθ。當(dāng)θ在5°～8°范圍內(nèi)時，工程上近似認(rèn)為sinθ≈tanθ。當(dāng)θ在4°～8°范圍內(nèi)時，A≈E，門護板可順利安裝。定位銷長度D=B+C，C的取值范圍為25～40 mm，要保證定位銷被門護板上體及玻璃擋住，則B的取值為0，甚至為負值。車輛在靜態(tài)下，通過A=D/tanθ可得A的取值范圍?？紤]到車輛顛簸時水滴的晃動有不確定性，設(shè)安全距離為S=10 mm。則安全距離下的定位銷長度DS=D-S，通過A=DS/tanθ計算可得A的取值范圍。

考慮翻轉(zhuǎn)淋雨及車輛顛簸同時存在的情況，翻轉(zhuǎn)淋雨時，汽車與水平地面的傾角為5°，設(shè)此時的定位銷長度為D′，定位銷頭部到豎直水流線的距離為G，水流恰好接觸定位銷，如圖13c 所示，有C′=D′+G+F·tan5°，G=0，即：

式中，F(xiàn)為翻轉(zhuǎn)5°時玻璃最下端到定位銷中心線的垂直距離；A′為翻轉(zhuǎn)5°時旋轉(zhuǎn)軸中心與定位銷中心的距離；C′為翻轉(zhuǎn)5°時鈑金到過玻璃與鈑金平行線的距離，其取值與C相等；D′為翻轉(zhuǎn)5°時定位銷頂點與鈑金的距離；J=33 mm 為旋轉(zhuǎn)中心與玻璃下邊緣的距離；DS′為安全距離下的定位銷長度。

式（2）化簡可得：

同一條件下，A′

定位銷的長度D應(yīng)大于鈑金孔的寬度H（H=6 mm）與裝配導(dǎo)向倒角的水平距離（5 mm）之和為11 mm。由此可以計算A的最小值A(chǔ)min。A的最大值A(chǔ)max和最小值A(chǔ)min計算結(jié)果如表1、表2所示。

表1 A的最大值

表2 A的最小值

以上計算結(jié)果出現(xiàn)了最小值大于最大值的情況，需要盡量避免。由表1、表2可知，定位銷在門護板Z向的高度位置決定了定位銷的長度。該車型門護板安裝角為8°，因為定位銷設(shè)計在門護板中部，A=240 mm，導(dǎo)致定位銷長度較長。優(yōu)化后的門護板水管理方法為：將定位銷長度設(shè)計在Amax和Amin之間，定位銷可以設(shè)計得較短，從而被上體、內(nèi)水切、玻璃遮擋，且避開了中部限位器的淋雨水反彈，使定位銷區(qū)域成為“干水區(qū)”，同時可以降低密封用的泡沫墊塊性能要求，且不會出現(xiàn)漏水。

該車型門護板淋雨試驗的檢查存在誤判情況，因為定位銷很長，在淋雨試驗中會被淋到，且水在定位銷上出現(xiàn)殘留。拆除門護板時，殘留的水流到泡沫墊塊端面、鈑金端面和揚聲器表面，造成漏水的誤判。為此本文更新檢查標(biāo)準(zhǔn)，在淋雨試驗結(jié)束后，如發(fā)現(xiàn)門護板下方有水，先使用切割機將門護板表面層切除，再做一次淋雨試驗。試驗過程中，檢查員坐在車內(nèi)，實時觀察門護板定位銷和其他位置是否漏水，如揚聲器、鈑金孔貼片、防雨簾、門護板卡扣，破拆門護板如圖14所示。

5 結(jié)束語

通過水管理分析，發(fā)現(xiàn)環(huán)境也是定位銷漏水問題的重要影響因素。本文通過探討設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，提出將定位銷長度設(shè)計在門護板Z向的A值取值區(qū)間內(nèi)，使定位銷處于干區(qū)環(huán)境，并更新了淋雨檢查方法，避免了淋雨缺陷的誤判。通過解決試裝階段門護板定位銷漏水問題，得出以下結(jié)論：

a.門護板在設(shè)計之初應(yīng)考慮水管理設(shè)計，針對門護板密封鈑金孔的部分開展密封性分析，3D數(shù)據(jù)定義固化時，應(yīng)進行水管理校核。

b. 定位銷在Z向的高度決定了其在Y向的長度，高度應(yīng)小于最大臨界值，使定位銷被上體、內(nèi)水切、玻璃遮擋，同時避免中下部零部件如限位器等將雨水反彈飛濺到定位銷。

c. 定位銷密封件泡沫墊塊要選擇回彈性能好的材料，對泡沫墊塊的壓縮量分析要考慮兩側(cè)壓縮量的分配，只有提高定位銷基座一側(cè)的支撐率，甚至做成大平面，鈑金孔一側(cè)壓縮量才能達到理論值，實現(xiàn)理想的密封效果。

d. 十字定位銷和一字定位銷最好同時設(shè)計在本體或其他子件上，避免分別布置在2個子件上，造成尺寸鏈較長導(dǎo)致誤差累積超差，調(diào)整到合格范圍內(nèi)比較困難。