某車型舉升門(mén)內(nèi)外板開(kāi)裂問(wèn)題解決策略

李卉，阮相君，杜明艷

某車型舉升門(mén)內(nèi)外板開(kāi)裂問(wèn)題解決策略

李卉，阮相君，杜明艷

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州，545007）

針對(duì)我公司某車型在整車可靠性耐久試驗(yàn)中出現(xiàn)的舉升門(mén)內(nèi)外板開(kāi)裂問(wèn)題，在Hypermesh、Nastran等平臺(tái)下對(duì)開(kāi)裂區(qū)域進(jìn)行了CAE分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)尾門(mén)內(nèi)外板應(yīng)力集中和窗框加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致舉升門(mén)內(nèi)外板所受應(yīng)力超過(guò)了材料本身屈服強(qiáng)度，從而成為開(kāi)裂的主要原因。通過(guò)窗框加強(qiáng)板形狀的規(guī)整和焊點(diǎn)數(shù)量的增加，使得道路試驗(yàn)總里程遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)壞路里程，不僅通過(guò)了道路試驗(yàn)，還節(jié)約了10%以上的成本，為公司帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。

舉升門(mén)；開(kāi)裂；尾門(mén)窗框加強(qiáng)板；道路試驗(yàn)；應(yīng)力集中；屈服強(qiáng)度；壞路里程

引言

舉升門(mén)是汽車客戶經(jīng)常使用的零部件，在滿足操作舒適性的同時(shí)，其剛度和強(qiáng)度同樣受到客戶關(guān)注。我公司某車型在海南試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行整車耐久試驗(yàn)時(shí)，多次出現(xiàn)尾門(mén)內(nèi)外板開(kāi)裂問(wèn)題。本文結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和CAE分析，采取了一系列優(yōu)化措施，最終解決了該問(wèn)題，通過(guò)了道路試驗(yàn)（下文簡(jiǎn)稱“路試”）。

圖1　尾門(mén)內(nèi)外板開(kāi)裂示意圖

1　問(wèn)題描述

我公司某車型在海南試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行路試時(shí)，多次出現(xiàn)尾門(mén)內(nèi)外板開(kāi)裂情況[1]，如圖1所示。

對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行收集和匯總，如表1所示?？梢?jiàn)舉升門(mén)在未完成整車耐久26 000 km壞路里程的情況下，尾門(mén)內(nèi)外板就出現(xiàn)了不同程度的開(kāi)裂，且頻次非常高，需要有針對(duì)性地進(jìn)行強(qiáng)度分析和優(yōu)化。

表1　開(kāi)裂情況匯總

2　問(wèn)題分析

2.1開(kāi)裂區(qū)域CAE分析

分析策略如下：

（1）物理模型：舉升門(mén)帶后擋風(fēng)玻璃，系白車門(mén)模型，尾燈配重；

（2）計(jì)算和預(yù)處理軟件：Hypermesh、Nastran；

（3）約束條件：鉸鏈安裝點(diǎn)及尾門(mén)鎖XY自由度全約束；

（4）荷載條件：在舉升門(mén)兩邊氣彈簧處，沿氣彈簧方向加氣彈簧力560 N，同時(shí)根據(jù)整車性能和路試車身附件加速度測(cè)試結(jié)果，得到壞路情況下尾門(mén)受到的加速度峰值，對(duì)舉升門(mén)在X、Y、Z三個(gè)方向各自施加不同的重力加速度進(jìn)行分析計(jì)算，分析和匯總結(jié)果如圖2(a)、(b)和表2所示。

圖2　舉升門(mén)內(nèi)外板應(yīng)力分析結(jié)果

針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)舉升門(mén)內(nèi)外板所選取的冷軋板BUSD材料進(jìn)行討論，其材料力學(xué)性能如表3所示。由于舉升門(mén)內(nèi)外板在Z向11倍重力加速度時(shí)受到的應(yīng)力值分別為335.1 MPa和296.5 MPa，遠(yuǎn)大于材料本身屈服強(qiáng)度210 MPa，導(dǎo)致開(kāi)裂。

表2　優(yōu)化前舉升門(mén)內(nèi)外板應(yīng)力值匯總

2.2開(kāi)裂區(qū)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

經(jīng)分析，開(kāi)裂是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理引起的，體現(xiàn)為兩方面[3]：

（1）尾門(mén)內(nèi)外板過(guò)渡急劇，存在應(yīng)力集中。舉升門(mén)尾燈造型為A、B燈形式，分別安裝于車身側(cè)和尾門(mén)側(cè)。由于A、B燈在整車Y軸方向的分縫遠(yuǎn)小于尾門(mén)玻璃與側(cè)圍外板的分縫，故尾門(mén)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)“7”字形，如圖3圓圈標(biāo)記處所示。在尖點(diǎn)處過(guò)渡不甚平緩，使得應(yīng)力得不到傳遞和釋放，進(jìn)而引起尾門(mén)內(nèi)外板開(kāi)裂（與路試開(kāi)裂位置一致）。

（2）舉升門(mén)窗框加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。如圖4a所示，窗框加強(qiáng)板（淺色部位）的加強(qiáng)區(qū)域?yàn)闅鈴椈砂惭b點(diǎn)、緩沖膠塞安裝點(diǎn)及尾燈安裝點(diǎn)區(qū)域，在舉升門(mén)切邊及尖點(diǎn)處未進(jìn)行任何加強(qiáng)和焊點(diǎn)布置，應(yīng)力分布不均勻，使得本來(lái)就薄弱的內(nèi)外板在尖點(diǎn)處更易應(yīng)力集中。圖4b為焊點(diǎn)加強(qiáng)示意圖。

表3　冷軋板BUSD材料力學(xué)性能[2]

圖3　舉升門(mén)“7”字形結(jié)構(gòu)

圖4　尾門(mén)窗框加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)及焊點(diǎn)示意圖

3　問(wèn)題優(yōu)化

受舉升門(mén)造型的影響，尾燈分縫不變，舉升門(mén)內(nèi)外板結(jié)構(gòu)固定，因此問(wèn)題優(yōu)化集中在窗框加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化上[4,5]。

3.1窗框加強(qiáng)板形狀規(guī)整

補(bǔ)齊窗框下端缺口，并增加翻邊結(jié)構(gòu)深入內(nèi)外板包邊內(nèi)部，如圖5所示。

圖5　窗框加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)規(guī)整示意圖

3.2焊點(diǎn)數(shù)量增加

如圖6所示，窗框加強(qiáng)板增加翻邊后，為了不影響A面（實(shí)心箭頭所指）外觀質(zhì)量，僅在下端尾燈可遮蓋區(qū)域增加三個(gè)焊點(diǎn)（空心箭頭所指）。將內(nèi)板與窗框加強(qiáng)板焊接后，再使用折邊膠對(duì)鈑金進(jìn)行包邊，提高鈑金強(qiáng)度。

圖6　焊點(diǎn)分布示意圖

4　方案可行性分析

將第3章提到的兩個(gè)技改措施在UG中實(shí)現(xiàn)數(shù)模構(gòu)建，再交予CAE進(jìn)行性能分析，結(jié)果分別如表4和圖7(a)、(b)所示。

表4　優(yōu)化后舉升門(mén)內(nèi)外板應(yīng)力值匯總表

圖7　尾門(mén)內(nèi)外板應(yīng)力圖

從表4可知，在Z向11倍重力加速度路況模擬下，舉升門(mén)開(kāi)裂點(diǎn)的最大應(yīng)力值分別為138.4 MPa和115.2 MPa，相比優(yōu)化前的335.1 MPa和296.5 MPa有明顯下降，并遠(yuǎn)小于材料屈服強(qiáng)度210 MPa，因此方案具有可行性。

5　路試驗(yàn)證

方案可行性論證通過(guò)后，窗框加強(qiáng)板供應(yīng)商馬上采取了更改措施，在后續(xù)的路試中，未出現(xiàn)舉升門(mén)內(nèi)外板開(kāi)裂問(wèn)題。與此同時(shí)，由于規(guī)整了窗框加強(qiáng)板的形狀，其材料利用率由原來(lái)的51%提升至56%，節(jié)約了成本。優(yōu)化后的路試情況如表5所示。

表5　優(yōu)化后路試情況

6　結(jié)論

我公司對(duì)某車型舉升門(mén)開(kāi)裂問(wèn)題進(jìn)行了處理，并將此問(wèn)題作為“l(fā)esson learn”，即對(duì)于新車型不能照搬原量產(chǎn)車型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而是在前期設(shè)計(jì)過(guò)程中就要借助CAE軟件進(jìn)行強(qiáng)度和性能分析，對(duì)薄弱點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)降低造車過(guò)程中的修模成本。

[1]SGMW規(guī)范道路可靠性試驗(yàn): Q/SGMWJ 0801-2009 [S].

[2]冷成形用低碳軟鋼: BQB408-2014 [S].

[3]李國(guó)亮, 辛勇, 師德欽. 某車型后背門(mén)開(kāi)裂問(wèn)題分析及解決[J].汽車工程師, 2014(9): 54-55.

[4]庫(kù)才旗, 謝新生. 舉升門(mén)鉸鏈加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展, 2013(13): 64-66.

[5]張德華. 兩廂車后背門(mén)鉸鏈加強(qiáng)板設(shè)計(jì)解析[J]. 汽車零部件, 2015(12): 36-40.

Resolution Strategy on Inner/Outer Crack of Liftgate in Automobile System

LI Hui, RUAN Xiang-jun, DU Ming-yan
(SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Liuzhou, Guangxi, 545007, China)

Focusing on the inner/outer crack trouble of liftgate from reliability endurance test for an automobile system of our company, CAE analysis and structural design are performed for the crack area under Hypermesh and Nastran platforms. It is discovered that, stress concentration on inner/outer plate of taildoor, and inappropriate structural design on reinforcing plate of window frame, are two factors causing a larger stress on inner/outer plate of liftgate than yield strength of material itself, becoming a main reason of cracking. Through regularization on shape of reinforcing plate of window frame, and increase of weld spot number, total mileage in the road test is greater than bad road mileage, which not only passes the road test, but also saves cost of 10% or more, bringing economic benefits to our company.

Liftgate; Crack; Reinforcing Plate of Window Frame of Taildoor; Road Test; Stress Concentration; Yield Strength; Bad Road Mileage

TU275.2

A

2095-8412 (2016) 05-863-04工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.008

李卉(1985-)，女，山東泰安人，研究生，工程師，現(xiàn)工作于上汽通用五菱汽車股份有限公司，主要從事汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩總成、尾門(mén)總成及翼子板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。