童秀芹
(上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司,廣西柳州,545007)
Xiuqin Tong
(SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Liuzhou, Guangxi, 545007, China)
汽車(chē)尾門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)尾門(mén)漏水的影響分析
童秀芹
(上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司,廣西柳州,545007)
尾門(mén)漏水是尾門(mén)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題,尾門(mén)漏水會(huì)引發(fā)質(zhì)量問(wèn)題,導(dǎo)致顧客抱怨。本文介紹了預(yù)防尾門(mén)漏水的尾門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,詳細(xì)分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)板密封面及工藝孔結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵要素,提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少了后期問(wèn)題的發(fā)生,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
尾門(mén);漏水;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Xiuqin Tong
(SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Liuzhou, Guangxi, 545007, China)
車(chē)門(mén)漏水是車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的一大難題,車(chē)門(mén)在車(chē)輛進(jìn)行淋雨試驗(yàn)時(shí),經(jīng)過(guò)淋雨線(xiàn)后發(fā)現(xiàn)水通過(guò)車(chē)門(mén)滲透進(jìn)入乘員艙內(nèi)部。車(chē)門(mén)漏水現(xiàn)象嚴(yán)重影響整車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量,引起客戶(hù)抱怨,影響公司品牌形象。因此,避免車(chē)門(mén)漏水是車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)前期必須考慮的問(wèn)題。本文主要對(duì)影響新車(chē)型尾門(mén)漏水的尾門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。
尾門(mén)總成系統(tǒng)由尾門(mén)板金焊合總成,如圖1所示。尾門(mén)系統(tǒng)一般包括尾門(mén)外板、尾門(mén)內(nèi)板、尾門(mén)左右件鉸鏈加強(qiáng)板焊合件、尾門(mén)左右窗框加強(qiáng)板焊合件、尾門(mén)左右限位器加強(qiáng)板焊合件、尾門(mén)鎖加強(qiáng)板焊合件、尾門(mén)鉸鏈、尾門(mén)左右氣彈簧總成、尾門(mén)左右限位器總成、尾門(mén)緩沖塊、尾門(mén)鎖、牌照、左右尾門(mén)尾燈總成、拉手飾條總成、牌照燈、攝像頭、后擋玻璃總成、后雨刮總成、高位制動(dòng)燈總成、后擾流板總成零件。尾門(mén)板金是整個(gè)附件系統(tǒng)的載體,板金既要滿(mǎn)足整個(gè)尾門(mén)強(qiáng)度、剛度要求,又要滿(mǎn)足重量目標(biāo)要求,還要滿(mǎn)足附件安裝要求、工藝要求、美觀性要求、反腐要求和密封要求,所以尾門(mén)板金結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)劣起著關(guān)鍵作用[1]。下面談?wù)勎查T(mén)板金設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)尾門(mén)漏水的影響。
圖1 尾門(mén)總成系統(tǒng)
尾門(mén)板金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)尾門(mén)漏水的影響主要有幾個(gè)關(guān)鍵要素:(1)尾門(mén)密封面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理;(2)尾門(mén)附件無(wú)防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或無(wú)涂膠工藝設(shè)計(jì);(3)尾門(mén)工藝孔數(shù)量及位置設(shè)計(jì)不合理;(4)尾門(mén)附件安裝孔開(kāi)口方向及安裝孔尺寸大,零件配合間隙大;(5)尾門(mén)及附件的零件與零件之前的安全間隙較小,零件與零件干涉磨損。
2.1尾門(mén)內(nèi)板密封面設(shè)計(jì)
尾門(mén)密封面是由門(mén)板金和車(chē)身結(jié)構(gòu)提供給密封膠條的安裝面,密封面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理直接影響密封膠條的密封效果,對(duì)汽車(chē)車(chē)門(mén)漏水的影響很大[2]。尾門(mén)密封面由尾門(mén)內(nèi)板和尾門(mén)周邊零件后側(cè)圍、頂蓋尾端梁和后地板密封膠條卡邊翻邊通過(guò)焊接相互搭接成尾門(mén)框構(gòu)成。因此,密封面的設(shè)計(jì)在尾門(mén)內(nèi)板的設(shè)計(jì)尤為重要。在設(shè)計(jì)密封面時(shí),應(yīng)分上部、下部、左側(cè)上部、左側(cè)下部幾個(gè)部分,密封面設(shè)計(jì)成左右對(duì)稱(chēng)的整圈面。根據(jù)尾門(mén)斷面T03A(尾門(mén)上部Y=0位置X-Y剖面)、T03C(尾門(mén)上部尾門(mén)鉸鏈位置X-Y剖面)、T11C(尾門(mén)側(cè)面尾門(mén)氣彈簧安裝位置Y-Z剖面)和T26(尾門(mén)下部Y=0位置X-Y剖面)形成分散的各區(qū)域密封面,通過(guò)過(guò)渡面將區(qū)域的密封面搭接起來(lái)??紤]滿(mǎn)足其他尺寸功能及制造要求,上部斷面T03A/T03C設(shè)計(jì)尾門(mén)內(nèi)板密封面與Z軸的夾角為45°。左側(cè)上部斷面T11C設(shè)計(jì)尾門(mén)內(nèi)板密封面與Z軸的夾角為90°。下部斷面T26A設(shè)計(jì)尾門(mén)內(nèi)板密封面與Z軸的夾角為90°。同時(shí)還需要設(shè)計(jì)出密封膠條卡邊翻邊的參考面,參考面應(yīng)與密封面保持垂直,密封面與參考面之間的周圈距離必須滿(mǎn)足膠條的輸入12 mm,且位于密封面的正中。有效密封面寬度應(yīng)≥18 mm,如圖2所示。整個(gè)尾門(mén)內(nèi)板密封面無(wú)扭曲、無(wú)凸包;尾門(mén)膠條在拐彎過(guò)渡處間隙應(yīng)確保一致,整個(gè)尾門(mén)密封面走勢(shì)順暢、平順。
圖2 密封面設(shè)計(jì)
2.2尾門(mén)附件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1)尾門(mén)氣彈簧總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
尾門(mén)氣彈簧在汽車(chē)尾門(mén)的布置有兩種方式:舉升式和反轉(zhuǎn)式。舉升式氣彈簧上安裝點(diǎn)位于尾門(mén)側(cè),下安裝點(diǎn)位于車(chē)身側(cè)圍側(cè);反轉(zhuǎn)式氣彈簧上安裝點(diǎn)位于車(chē)身側(cè)圍側(cè),下安裝點(diǎn)位于尾門(mén)側(cè)[3]。氣彈簧上下安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)通常采用支架或球頭銷(xiāo)與尾門(mén)和車(chē)身側(cè)圍側(cè)連接,安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)方案的選擇通常與尾門(mén)和后側(cè)圍左右兩側(cè)的造型分縫相關(guān)。在造型允許的情況下,推薦上下安裝點(diǎn)采用球頭銷(xiāo)的連接方式,如圖3(左、中)所示。該方式可以避免氣彈簧與安裝面之間產(chǎn)生積水。如果造型不滿(mǎn)足要求,安裝點(diǎn)采用支架連接,在支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮支架和車(chē)身側(cè)圍安裝面有密封結(jié)構(gòu),支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需在支架安裝面增加具有密封防水功能墊片之類(lèi)的零件,墊片厚度為0.5 mm,材料為無(wú)石棉板。墊片通過(guò)不干膠粘貼裝配在氣彈簧支架安裝面,墊片與車(chē)身側(cè)安裝面之間的距離為0 mm。整個(gè)零件系統(tǒng)裝配后具有防水密封功能,預(yù)防支架與安裝面之間產(chǎn)生積水,如圖3(右)所示。其次,在氣彈簧布置時(shí),尾門(mén)造型應(yīng)完全遮蓋住氣彈簧,可以避免水流受到風(fēng)力的影響流到氣彈簧上面,水流沿著氣彈簧流進(jìn)尾門(mén)。再次,氣彈簧與密封膠條的安全間隙距離≥8 mm,預(yù)防氣彈簧和密封膠條產(chǎn)生干涉,避免引起密封膠條局部失效和尾門(mén)漏水。
圖3 球頭銷(xiāo)的連接方式及預(yù)防支架與安裝面
(2)尾門(mén)鉸鏈總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
尾門(mén)鉸鏈?zhǔn)俏查T(mén)與車(chē)身頂蓋之間的連接件,尾門(mén)鉸鏈開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)按固定的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)。一部分外界的水流從頂蓋流水槽無(wú)法全部流出車(chē)外,水流沿著尾門(mén)鉸鏈、尾門(mén)內(nèi)板鉸鏈安裝螺栓墊片缺口流入尾門(mén)內(nèi)外板和鉸鏈加強(qiáng)板之間,水流從尾門(mén)內(nèi)板其他位置的開(kāi)孔流入車(chē)內(nèi),引起尾門(mén)漏水。進(jìn)行鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),鉸鏈與尾門(mén)側(cè)安裝面、車(chē)身頂蓋側(cè)安裝面增加具有密封防水功能墊片之類(lèi)的零件或涂密封膠進(jìn)行防水密封。墊片為復(fù)合材料,墊片上下表面材料為橡膠+玻璃纖維混合物;中間層為厚度0.2 mm,材料SPCC的鐵片。墊片上中下三層采用硫化工藝合成。墊片厚度為0.8 mm,墊片與車(chē)身側(cè)安裝面之間的距離為0.5 mm。該墊片經(jīng)過(guò)涂裝烘烤融化為密封膠起防水密封作用,如圖4所示。其次,在進(jìn)行尾門(mén)運(yùn)動(dòng)校核,需要滿(mǎn)足尾門(mén)與附件、附件與附件之間的安全距離滿(mǎn)足要求:非運(yùn)動(dòng)件與非運(yùn)動(dòng)件之間的安全距離≥6mm;運(yùn)動(dòng)件與非運(yùn)動(dòng)件之間的安全距離≥8 mm;運(yùn)動(dòng)件與運(yùn)動(dòng)件之間的安全距離≥12mm。安全距離若不滿(mǎn)足要求,尾門(mén)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中引起尾門(mén)及附件干涉,從而零件功能失效,導(dǎo)致尾門(mén)漏水。
圖4 尾門(mén)鉸鏈總成結(jié)構(gòu)及密封防水功能墊片
(3)尾門(mén)限位器總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
尾門(mén)限位器總成包括安裝在尾門(mén)側(cè)的限位器和安裝在車(chē)身側(cè)圍側(cè)的限位器。尾門(mén)關(guān)閉時(shí),尾門(mén)側(cè)和車(chē)身側(cè)的限位器相互貼合,限制尾門(mén)X、Y和Z方向的運(yùn)動(dòng)。尾門(mén)側(cè)的限位器根據(jù)尾門(mén)和側(cè)圍造型分縫方式的不同,通常在尾門(mén)側(cè)有兩種布置方式:布置在尾門(mén)側(cè)面(X-Z平面)或尾門(mén)正面(Y-Z平面)。尾門(mén)限位器布置在尾門(mén)側(cè)面時(shí),尾門(mén)外側(cè)的水流一部分被限位器阻擋,無(wú)法進(jìn)入尾門(mén)里側(cè);另一部分進(jìn)入限位器的水流沿著尾門(mén)側(cè)面流出車(chē)外。尾門(mén)限位器布置在尾門(mén)正面時(shí),尾門(mén)外側(cè)的水流一部分進(jìn)入尾門(mén)里側(cè),水流進(jìn)入乘員艙;另一部分水流沿著限位器安裝孔間隙流入尾門(mén)內(nèi)外板,從尾門(mén)裝飾板流入乘員艙。進(jìn)行尾門(mén)限位器總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),尾門(mén)側(cè)限位器與尾門(mén)的安裝面增加具有密封防水功能墊片之類(lèi)的零件,墊片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考?xì)鈴椈芍Ъ芊浪畨|片,如圖5所示。其次,尾門(mén)側(cè)限位器材料采用具有防水功能的橡膠材料。
圖5 尾門(mén)限位器總成結(jié)構(gòu)及密封防水墊片
2.3尾門(mén)工藝孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
尾門(mén)工藝孔包括制造涂裝區(qū)域使用的排氣孔、排液孔、空腔注蠟孔和沖壓、焊接和包邊工裝使用的定位孔。通常布置在尾門(mén)上部中間位置和尾門(mén)側(cè)面上部的排氣孔,以及尾門(mén)下部的排液孔主要是為了滿(mǎn)足電泳液的制造要求設(shè)計(jì)的。不合理的排氣孔和排水孔會(huì)導(dǎo)致油漆效果差或引起尾門(mén)進(jìn)水、積水,導(dǎo)致防腐效果和密封效果差。根據(jù)整車(chē)電泳制造要求,排氣孔布置在尾門(mén)板金最高點(diǎn)位置,開(kāi)孔尺寸≥18 mm2的有效排氣面積。將排水孔布置在尾門(mén)板金最低點(diǎn)位置,確保電泳液都能從排水孔流出,每個(gè)排水孔直徑≥6 mm,而且每個(gè)孔至少要有≥50mm2的有效排水面積。排氣孔和排水孔的面積尺寸要求取決與各汽車(chē)廠(chǎng)的制造要求。車(chē)身外界的水若無(wú)法從頂蓋流水槽全部排出車(chē)外,一部分水流將從尾門(mén)上部和尾門(mén)側(cè)面上部的排氣孔進(jìn)入尾門(mén)內(nèi)外板之間或尾門(mén)內(nèi)板與尾門(mén)裝飾板之間,引起尾門(mén)漏水。在進(jìn)行尾門(mén)排氣孔和排水孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),既要考慮滿(mǎn)足電泳液制造要求,又要考慮開(kāi)孔引起尾門(mén)漏水的存在的風(fēng)險(xiǎn)。尾門(mén)排氣孔通常布置在尾門(mén)板金Y=0的平面最高位置,開(kāi)孔方向?yàn)閆向,數(shù)量為1個(gè),形狀為3 mm×6 mm長(zhǎng)孔。尾門(mén)排氣孔過(guò)完磷化電泳后,該孔失去用途功能,考慮將排氣孔采用膠或堵塞進(jìn)行密封,防止水流從該孔進(jìn)入尾門(mén),避免引起尾門(mén)漏水。尾門(mén)排水孔數(shù)量根據(jù)尾門(mén)造型分析確定,通常尾門(mén)板金最低點(diǎn)布置3個(gè)排水孔,尾門(mén)中間和兩側(cè)各布置一個(gè)排水孔,排水孔形狀為6 mm×12 mm長(zhǎng)孔。由于各汽車(chē)廠(chǎng)對(duì)尾門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造水平存在差異,有些汽車(chē)廠(chǎng)尾門(mén)排水孔過(guò)完磷化電泳后,還具有將尾門(mén)內(nèi)外板之間的水流排出車(chē)外的功能,排水孔不能進(jìn)行堵塞,以免引起尾門(mén)內(nèi)部積水,導(dǎo)致尾門(mén)漏水。
2.4尾門(mén)附件安裝孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1)尾門(mén)可調(diào)緩沖膠塞尾門(mén)安裝面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了防止尾門(mén)竄動(dòng)及Over Slam,通常在尾門(mén)內(nèi)板左右各布置一個(gè)尾門(mén)可調(diào)緩沖膠塞。尾門(mén)內(nèi)板緩沖膠塞安裝孔型面結(jié)構(gòu)為上型面凸、下型面凹,且安裝孔缺口開(kāi)口方向朝上,如圖6(上)所示。一部分水流至安裝口缺口上部凸型面后再流至安裝口下凹型面,從尾門(mén)裝飾板流入乘員艙;另一部分水流無(wú)法全部從安裝孔進(jìn)入尾門(mén)內(nèi)外板,水流直接流入乘員艙。再者,安裝孔缺口開(kāi)孔尺寸大,緩沖膠塞和安裝孔間隙大,尾門(mén)內(nèi)外板之間的流水將從間隙流入尾門(mén)裝飾板流入乘員艙。尾門(mén)可調(diào)緩沖膠塞內(nèi)板安裝面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):安裝孔上型面凹、下型面凸,且安裝缺口朝下,緩沖膠塞與安裝孔缺口間隙為2 mm,如圖6(下)所示。該結(jié)構(gòu)水流可以從安裝孔進(jìn)入尾門(mén)內(nèi)外板,從尾門(mén)內(nèi)板排水孔將水排出車(chē)外。
圖6 尾門(mén)可調(diào)緩沖膠塞內(nèi)板安裝面結(jié)構(gòu)
(2)尾門(mén)牌照安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
尾門(mén)牌照安裝孔的作用是提供后牌照安裝。安裝孔結(jié)構(gòu)由尾門(mén)外板上的安裝凸臺(tái)六邊形開(kāi)孔和鉚接螺母通過(guò)鉚接工藝組成。由于該鉚接方式鏈接不牢固,外界的水流容易從尾門(mén)牌照安裝孔間隙進(jìn)入尾門(mén)內(nèi)外板,一部分水流從尾門(mén)裝飾板進(jìn)入乘員艙;另一部分水流從尾門(mén)鎖安裝孔流至尾門(mén)鎖扣。尾門(mén)牌照安裝孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需在安裝孔增加防水皺紋膠紙或橡膠類(lèi)的塞子進(jìn)行密封,如圖7所示。皺紋膠紙為復(fù)合材料,其材料為美紋紙+天然橡膠,厚度為0.14 mm。皺紋膠紙?jiān)诳傃b區(qū)域粘貼在外板牌照安裝孔起防水密封功能。
圖7 尾門(mén)牌照安裝孔結(jié)構(gòu)
(3)尾門(mén)攝像頭安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
尾門(mén)攝像頭安裝孔提供后部攝像頭安裝。在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中,同一款車(chē),由于高低配置影響,高配尾門(mén)帶攝像頭,低配尾門(mén)不帶攝像頭。考慮到?jīng)_壓模具成本、生產(chǎn)零件的時(shí)間節(jié)拍以及尾門(mén)外板零件管理,設(shè)計(jì)階段高低配尾門(mén)外板采用同一零件,低配尾門(mén)外板攝像頭開(kāi)孔通常采用堵塞方式進(jìn)行密封。由于堵塞和板金配合存在一些間隙,外界的一部分水流將從間隙進(jìn)入到尾門(mén)內(nèi)外板之間,水流從尾門(mén)裝飾板流入乘員艙。在進(jìn)行堵塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮防水密封,堵塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加可壓縮的防水海綿,防水海綿厚度為2mm;尾門(mén)外板安裝面周圈提供防水海綿密封面進(jìn)行密封。尾門(mén)外板密封面與防水海面的距離干涉量為0.8 mm~1.0 mm,防止水流從安裝孔間隙流入乘員艙。
(4)尾燈安裝
尾門(mén)為尾燈B燈提供定位孔和安裝孔。外界的一部分水流從定位孔和安裝孔流入尾門(mén)內(nèi)外板腔體,從尾門(mén)裝飾板流入乘員艙。進(jìn)行尾門(mén)尾燈B燈安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮密封防水功能。尾門(mén)結(jié)構(gòu)可采用三種結(jié)構(gòu)方案。第一種方案:尾門(mén)外板安裝結(jié)構(gòu)提供尾燈B燈密封面,尾燈B燈結(jié)構(gòu)帶防水海綿,防水海綿和外板密封面的壓縮量距離為1.5 mm~2 mm,尾燈密封面周圈寬度≥8 mm,如圖8(左)所示。第二種方案:尾燈加強(qiáng)板提供尾燈B燈密封面,尾燈B燈結(jié)構(gòu)帶防水海綿,防水海綿和外板密封面的壓縮量距離為1.5 mm~2 mm,尾燈密封面周圈寬度≥8 mm。尾燈加強(qiáng)板與尾門(mén)外板通過(guò)翻邊焊接和涂密封膠工藝連接,如圖8(中)所示。第三種方案:尾門(mén)外板或尾燈外板提供尾燈安裝孔和定位孔,安裝孔和定位孔結(jié)構(gòu)提供密封面,尾燈B燈定位銷(xiāo)和安裝螺栓增加EPDM橡膠類(lèi)密封膠進(jìn)行防水密封,密封面和密封圈距離為2 mm,如圖8(右)所示。
圖8 尾燈安裝防水設(shè)計(jì)
引起尾門(mén)漏水的原因多種多樣,如尾門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、密封膠條的材料/防水特征、尾門(mén)附件零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件與板金配合的質(zhì)量、制造工藝過(guò)程的質(zhì)量控制等。本文介紹了尾門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)尾門(mén)漏水的影響因素,并提出預(yù)防尾門(mén)漏水的尾門(mén)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化的尾門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能提高尾門(mén)設(shè)計(jì)質(zhì)量,很大程度上有效預(yù)防尾門(mén)漏水。
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Analysis Impact of Structure Design on Tall-gate Leakage
Tail gate leakage is a problem that needs to be focused on in the design of the tail gate. The leakage of the tail gate will cause the quality problems, leading to customer complaints. This paper introduces preventing tail gate leakage tail gate structure design, detailed analysis of the structure design,plate sealing surface and the process of pore structure and key factors, which puts forward the structure design, reduces the later problems and improves the quality of the products.
Tail Gate; Leakage; Structure Design
U260.6
A
2095-8412 (2016) 04-671-05
工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.024
童秀芹(1980-),女,本科,云南大理人,工程師,現(xiàn)工作于上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司,主要從事車(chē)門(mén)前后蓋設(shè)計(jì)工作。
E-mail: Xiuqin.Tong@sgmw.com.cn