淺談車身外覆蓋件抗凹性的提升改善方法

劉潔敏，朱紅平，陳浩，陳超

淺談車身外覆蓋件抗凹性的提升改善方法

劉潔敏，朱紅平，陳浩，陳超

（廣汽本田汽車有限公司技術(shù)部，廣東 廣州 510000）

車身外覆蓋件抗凹性作為重要的外觀商品性品質(zhì)，一直受到顧客的關(guān)注。文章簡述了車身外覆蓋件抗凹性的相關(guān)基本概念，分析了影響抗凹性的相關(guān)因素，并分享介紹了外覆蓋件抗凹性改善的實踐案例。對外覆蓋件抗凹性提升工作具有較高的意義。

；抗凹性；影響因素分析；改善案例分享；截面形狀；結(jié)構(gòu)膠；補強貼

引言

隨著降低能耗、減少污染、保護環(huán)境等綠色觀念的倡行，汽車輕量化早已成為汽車發(fā)展的主流趨勢。新材料應(yīng)用日漸廣泛，汽車車身外覆蓋件材料越發(fā)輕薄，以此同時也帶來了車身“薄、軟、不安全”的市場質(zhì)疑。車身外覆蓋件抗凹性作為顧客評價汽車品質(zhì)的重要指標，是汽車公司關(guān)注的重要品質(zhì)目標。

1 外覆蓋件抗凹性的基本概述

1.1 抗凹性的定義

汽車車身外覆蓋件，是指白車身上最外層的覆蓋板件，包括前后門、機蓋、尾蓋、車頂篷等外覆蓋件。在顧客用車過程中，外覆蓋件容易受到外界載荷的作用產(chǎn)生彈性凹陷甚至塑性凹痕。例如砂石擊打車門板留下印痕，樹枝掉落給頂蓬、機蓋砸下凹坑，顧客按壓、坐壓使得機蓋、尾蓋發(fā)生凹陷等等。類似的現(xiàn)象，都會給顧客造成一種汽車皮薄不結(jié)實，外觀商品性差的體驗，影響顧客對整車性能的喜好評價。外覆蓋件承受外部載荷作用，抵抗凹陷撓曲及局部凹痕變形、保持形狀的能力則稱為抗凹性[1]。提升抗凹性對于消除車身“薄、軟、不安全”偏見，改善汽車外觀商品性能，提升顧客對汽車產(chǎn)品的信賴有著十分重大的意義。

1.2 抗凹性的評價方法

抗凹性的評價，可以分為有主觀、客觀兩類。

1.2.1主觀評價

主觀評價，通常是指評價者使用手掌、指尖或手肘等人體部位直接按壓外覆蓋件的方式，從觸覺、視覺、聽覺感受外覆蓋件的狀態(tài)變化，以此判斷覆蓋件的抗凹性強弱。用手按壓的方法，在市場中十分常見，也是非常簡單直接的評價方式，故近年來各車企也是逐步從顧客角度出發(fā)，追加抗凹性的主觀評價。

1.2.2客觀評價

行業(yè)內(nèi)一般從三個指標開展抗凹性的客觀評價，包括①抗凹剛度、②抗凹穩(wěn)定性、③局部凹痕抗力。相應(yīng)指標可以通過載荷-位移曲線評價，圖1示。

圖1 載荷-變形曲線

1）抗凹剛度

是指外覆蓋件受到一定載荷下，抵抗凹陷撓曲變形的能力?？拱紕偠润w現(xiàn)了外覆蓋件的彈性變形能力，一般可以通過載荷-變形曲線的斜率評估，或者通過額定載荷下的變形值大小評估。

2）抗凹穩(wěn)定性

載荷增加到一定程度后，外覆蓋件可能會失去抵抗彈性變形的能力，發(fā)生失穩(wěn)的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)，則是在載荷不變甚至下降的情況下，變形位移劇烈增加。抵抗這種失穩(wěn)的能力稱為抗凹穩(wěn)定性?？梢砸允Х€(wěn)過程中載荷的下降值做評價。

3）局部凹痕抗力

在載荷卸載以后，外覆蓋件可能會出現(xiàn)永久的的凹痕變形，抵抗這種塑性變形的能力稱為局部凹痕抗力。一般評價卸載去除后，殘余塑性凹痕深度值。

客觀評價的方法，可以通過專用的抗凹試驗儀開展樣件甚至實車測試，也可以通過CAE模擬分析評價。由于邊界條件、約束條件等建模誤差影響，CAE分析往往存在較大偏差；而實物測試更為直接、準確，但也有耗時長，成本高等缺點。主機廠通常是采用實物測試值做評價。

上述3個指標評價，行業(yè)內(nèi)并無統(tǒng)一的目標值要求，通常情況下，業(yè)界會根據(jù)自身對顧客期待水平的理解感受，確定一套相應(yīng)的目標值，并以此為要件開展研發(fā)，制造品質(zhì)管控工作。

2 抗凹性的影響因素分析

抗凹性的強弱影響因素，可以從外覆蓋件單品、總成支撐條件兩方面分析。

2.1 外覆蓋件單品

外覆蓋件單品自身對抗凹性的影響主要跟材料、厚度、加工硬化/烘烤硬化、截面形狀相關(guān)。

（1）材料的屈服強度、彈性模量、泊松比對抗凹性有著直接的正向影響。根據(jù)業(yè)內(nèi)研究結(jié)果表明，材料的屈服強度增加，會顯著提升部件的凹痕抗力[2]；但對抗凹剛度、抗凹穩(wěn)定性并無顯著影響。抗凹剛度、抗凹穩(wěn)定性主要考察了彈性變形能力，與彈性模量直接相關(guān)，提高彈性模量有助于抗凹剛度的提升。

（2）材料的厚度材料的厚度增加，能夠提高材料的抗彎剛度系數(shù)，提升抗凹性[3]，反之，抗凹性降低。但是材料的厚度受工藝、成本等限制影響，可調(diào)整范圍非常有限。

（3）加工硬化/烘烤硬化福特公司曾經(jīng)做過相應(yīng)試驗表明，加工硬化/烘烤硬化對于提升抗凹性的作用甚至比材料厚度增加更為顯著[4]。

（4）截面形狀當零件曲率較小時，往往由于變形不充分而偏軟，對抗凹性不利。這是因為鋼板經(jīng)過適量的預變性后有助于提高零件的局部剛度[1]。提高抗凹性，可以在造型設(shè)計期間，結(jié)合外觀風格需求，考慮增加截面的曲率，或者造型棱線。

2.2 總成支撐條件

在外覆蓋件單品自身抗凹性先天不足的情況下，改善總成對外覆蓋件的支撐條件，可以有效改善外覆蓋件的抗凹性?？偝蓪ν飧采w件的支撐條件影響因素，包括：空腔大小，即無支撐區(qū)域的面積及空腔間隙大小、結(jié)構(gòu)膠的支撐強度、內(nèi)外板間的連接板的強度、鋼板補強貼的適用等。

（1）空腔大小無支撐面積越大或空腔內(nèi)外板之間的間隙越大，則抗凹性越弱，容易出現(xiàn)劇烈的抗凹失穩(wěn)現(xiàn)象。故設(shè)計上應(yīng)結(jié)合碰撞安全考慮，適當減小空腔大小及間隙。

（2）結(jié)構(gòu)膠的支撐強度適當增加結(jié)構(gòu)膠體的支撐密度，保證膠體的品質(zhì)，有利于提升抗凹性。

（3）內(nèi)外板間連接板的支撐強度連接板強度不足，會導致支撐失效，降低抗凹性。但是內(nèi)外板強度的增加，會對行人保護安全不利。

（4）鋼板補強貼的適用在支撐條件不足的情況下，可以通過增加鋼板補強貼的方法，顯著提高抗凹性；但是同時會帶來成本的上漲。

3 抗凹性提升改善案例分享

根據(jù)前文簡述，抗凹性提升與改善，可以從多個角度分析原因，提出對策。

下面將結(jié)合某車型機蓋抗凹性改善，分享幾種提升抗凹性方法的實踐應(yīng)用。

3.1 背景

3.1.1某車型開發(fā)階段

對機蓋實物進行主觀評價發(fā)現(xiàn)部分位置按壓偏軟甚至有失穩(wěn)趨勢；利用專用的抗凹試驗儀測試結(jié)果表明，局部凹痕抗力結(jié)果OK，但抗凹剛度結(jié)果部分位置（圖2示）處于目標值范圍外，判斷NG（即不合格），各點變形值見表1示。圖3是其中某點測試載荷-位移曲線，變形4.4mm＞基準值3.0mm，中部曲線斜率突然變化，存在失穩(wěn)趨勢。外覆蓋件抗凹性薄弱，亟需改善。

圖2 抗凹性NG點分布

表1 NG點變形值

4.2 對機蓋抗凹性結(jié)構(gòu)進行分析

4.2.1機蓋外覆蓋件分析

外覆蓋件材料、厚度與該品牌過往車型并無差異，但是其外覆蓋件截面形狀存在大范圍平板造型，曲率低，對抗凹性十分不利。圖4示。

圖4 外覆蓋件截面形狀分析

4.2.2總成支撐條件分析

圖5 總成支撐條件分析

也存在諸多不利的影響?？涨幻娣e大，結(jié)構(gòu)膠多點狀，支撐密度不足。圖5示。

4.3 抗凹性改善方案檢討

4.3.1外覆蓋件單品變更檢討

車型已經(jīng)開發(fā)到一定的階段，外覆蓋件材料、厚度、截面形狀 變更會影響到整車外觀風格變更，碰撞安全系統(tǒng)（行人保護模塊）重新驗證，模具重新開模等。從品牌風格、日程考慮，都無法實現(xiàn)。

檢討通過更改生產(chǎn)工藝條件，增加單品沖壓工序壓邊力，增加拉延充分性，通過提升應(yīng)變硬化提升抗凹性，但實績效果不佳，主觀按壓依舊偏軟。分析原因，由于外覆蓋件截面形狀曲率太低，拉延充分性難以提高，無法有效彌補截面形狀造成的抗凹性不足。單品自身難以改善，需檢討從總成支撐條件變更改善。

4.3.2總成支撐條件變更檢討

前文已經(jīng)分析，總成支撐條件存在諸多不利因素。但從日程考慮，減少內(nèi)外覆蓋件間空腔大小難以實現(xiàn)。故首先考慮的是，變更結(jié)構(gòu)膠的強度；若還不能滿足抗凹性目標值要求，則必須通過鋼板補強貼改善。

（1）結(jié)構(gòu)膠強度增加經(jīng)確認，部分位置結(jié)構(gòu)膠為點狀，強度弱。經(jīng)與設(shè)計者、生產(chǎn)部門檢討，將臨近的點狀連為一體，增加了膠體的支撐密度及強度，提高了外覆蓋件受到的支撐力，抗凹性能也獲得了一定的提高?？拱紕偠茸冃蜰G點減少到2處，圖6示。NG點變形值下降，抗凹失穩(wěn)趨勢消除，圖7及表2示。主觀評價，整體抗凹性有明顯改善，但對比某競品車稍弱。

圖6 改善后NG點殘余分布

圖7 改善后載荷-變形曲線

表2 各點變形值矩形表

（2）鋼板補強貼的追加

鋼板補強貼，是一種3層復合材料，上層為玻璃纖維骨架，中間是以環(huán)氧樹脂/橡膠為基材的粘接層，底層為防粘紙，圖8示?？筛鶕?jù)需要制成各種幾何形狀和尺寸。使用時，揭去防粘紙，貼附與需要補強的位置，經(jīng)涂裝烘烤，固化后與鋼板形成復合結(jié)構(gòu)，提高鋼板剛性、彎曲強度和沖擊性能[5]。

圖8 補強貼結(jié)構(gòu)圖

此次檢討了3種補強板形狀、位置方案，結(jié)合抗凹性結(jié)果、現(xiàn)場作業(yè)性等因素，最終定型，圖9示?？拱紕偠萅G點得以改善，受載變形值大幅下降，圖10示。各點變形值見表3示。以手掌按壓，主觀評價亦優(yōu)于某競品車水平。

圖9 示貼附位置示意圖

圖10 改善后載荷-變形曲線

表3 各點變形值矩形表

4.3.3后續(xù)車型反省，截面形狀上提高抗凹性

回顧該車型機蓋抗凹性課題推進，設(shè)計上外覆蓋件單品在截面形狀上的大平面低曲率先天不足給抗凹性推進帶來了很大困擾，后期改善成本高、難度大。反映在后續(xù)車型的改善上，從外覆蓋件設(shè)計源頭給予改善。與設(shè)計者檢討后，在截面形狀上減少了大平面設(shè)計，增加了造型棱線、增加型面曲率，圖11示。

圖11 截面形狀改善

利用CAE軟件初步分析，在造型變更附近施加相同載荷，變形趨勢對比變更前明顯下降。對變更后的發(fā)動機蓋實物開展抗凹試驗，結(jié)果改善明顯，額定載荷下各點變形值表4示。

表4 各點變形值矩形表

3.4 課題總結(jié)

提升抗凹性的對策實際上有許多種，但是并非所有對策在任何時候都具有可行性；不同的對策適用于車型所處的不同階段，應(yīng)結(jié)合實際，考慮采取最優(yōu)可行的改善方案。從初期設(shè)計上保證，盡量選擇一種抗凹性優(yōu)的外覆蓋件截面形狀設(shè)計，減少點狀等低強度的膠體結(jié)構(gòu)設(shè)計是一種更為高效且經(jīng)濟的方案，而補強板等輔材使用則相對直接有效。

4 結(jié)論

本文通過對抗凹性影響因素的分析，結(jié)合某車型發(fā)動機蓋抗凹性不足推進案例分享，介紹了主機廠提升外覆蓋件抗凹性的常見方法。對于外覆蓋件抗凹性提升，具有一定的指導意義：

（1）前期造型設(shè)計，需同時考慮外覆蓋件脹型、高曲率需求，實現(xiàn)設(shè)計與制造的聯(lián)動，信息共享。

（2）總成支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在保證碰撞安全的前提下，也應(yīng)該適當考慮增加支撐強度，提升抗凹性能。

（3）制造領(lǐng)域在抗凹性品質(zhì)保證上，應(yīng)重點管控制造品質(zhì)與規(guī)格的一致性，包括外覆蓋件沖壓拉延充分性、內(nèi)外覆蓋件間隙值、結(jié)構(gòu)膠的均勻完整、膨脹充分性等。

[1] 李佩,廖毅,劉樂平.車身外覆蓋件抗凹性的分析及改進[J].企業(yè)科技與發(fā)展.2014年09期.

[2] 俞寧峰,汪承璞,李川海.汽車鋼板抗凹性試驗方法及其應(yīng)用[J].鍛壓技術(shù).2004年01期.

[3] 李東升,周賢賓,呂曉東,汪承璞.汽車板抗凹性評價體系及試驗機系統(tǒng)[J].北京航空航天大學學報.2003年05期 .

[4] 陳曉輝,金飛翔,沈智,葉麗燕,王偉.汽車覆蓋件抗凹性能研究進展[J].材料導報.2015年15期.

[5] 聶志華,雷文民,付存毅,聶清武,張曉光.薄板補強膠片在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].粘接.2007年03期 .

Discussion on improving the dent resistance of automotive covering parts

Liu Jiemin, Zhu Hongping, Chen Hao, Chen Chao

( Guangqi Honda automobile co. LTD. Technology Department, Guangdong Guangzhou 510000 )

As an important commodity of exterior appearance, the dent resistance of covering part is concerned by customers always. This paper briefly describes the basic concepts of the dentresistance of the automotive covering parts, analyzes the relevant factors affecting the dentresistance, and shares of the practical cases of improving the dent resistance. It is of great significance to improve the dent resistance of automotive covering parts.

Dent resistance;Influencing factors analysis;Improvementcase sharing;Cross-section shape;Structur -ereinforcement;Enhanced paste

U466

A

1671-7988(2019)18-202-04

U466

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1671-7988(2019)18-202-04

劉潔敏，就職于廣汽本田汽車有限公司技術(shù)部。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.069