白車(chē)身氣密性提升的應(yīng)用

梁翠 謝崇謠 易嬌 張揚(yáng) 牛毅峰 張海峰

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司重慶分公司）

隨著汽車(chē)設(shè)計(jì)制造水平的顯著提升，顧客對(duì)車(chē)輛感知性能的要求也越來(lái)越高，氣密性作為整車(chē)舒適性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲、汽車(chē)熱性能、燃油經(jīng)濟(jì)性等產(chǎn)生重大影響[1]。大多數(shù)汽車(chē)公司在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)前期采用仿真軟件，模擬氣密性煙霧試驗(yàn)[2-3]，快速排查白車(chē)身上所有的泄漏路徑，然后對(duì)產(chǎn)生泄漏的原因進(jìn)行分類(lèi)：鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、隔斷塊安裝位置、涂膠方式等，并制定優(yōu)化措施，降低后期整改導(dǎo)致的研發(fā)費(fèi)用和縮短研發(fā)周期。在實(shí)際制造過(guò)程中，由于生產(chǎn)工序復(fù)雜，影響因素多變，導(dǎo)致實(shí)際氣密性與設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)期相比差距較大。因此，文章從制造過(guò)程探討工裝設(shè)備、鈑金搭接質(zhì)量、涂膠工藝、零件質(zhì)量、裝配質(zhì)量等因素對(duì)氣密性的影響和提升措施，為汽車(chē)制造提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 氣密性試驗(yàn)原理

氣密性試驗(yàn)是在密封的車(chē)身內(nèi)充氣，使車(chē)身壓力逐漸增加到0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 inWC（0.5 inWC=124.4 Pa），記錄對(duì)應(yīng)的氣流量，即泄漏量V1，V2，V3，V4，V5in3/min（1 in3/min=9.8×10-4m3/h），將測(cè)量的數(shù)據(jù)繪制成壓力-氣流圖，進(jìn)行2 種或者2 種以上車(chē)輛氣密性對(duì)標(biāo)分析。

汽車(chē)車(chē)身密封性試驗(yàn)一般包含白車(chē)身氣密性和整車(chē)氣密性2 個(gè)階段的測(cè)試[4]。單臺(tái)車(chē)氣密性測(cè)試一般在密封好的白車(chē)身內(nèi)加壓至0.5 inWC，測(cè)試設(shè)備顯示的氣體流量符合VTS（整車(chē)技術(shù)規(guī)范）中的規(guī)定值，如果0.5 inWC 對(duì)應(yīng)的泄漏量大于目標(biāo)值，即為不合格，否則為合格。氣密性測(cè)試儀主機(jī)控制面板，如圖1 所示。

圖1 氣密性測(cè)試儀主機(jī)控制面板

1.1 白車(chē)身氣密性試驗(yàn)

白車(chē)身氣密性是評(píng)定白車(chē)身涂膠、焊縫、隔斷塊、密封填料等零部件在搭接區(qū)域密封效果的試驗(yàn)，能判斷出白車(chē)身主要泄漏點(diǎn)和泄漏量，并在實(shí)際工作中做出質(zhì)量改進(jìn)。

進(jìn)行白車(chē)身氣密性試驗(yàn)時(shí)，選用一臺(tái)經(jīng)過(guò)涂裝工藝加工的白車(chē)身，使用專(zhuān)用密封膠帶密封白車(chē)身與外部相通的所有孔，將設(shè)備通風(fēng)管、壓力平衡棒、煙霧發(fā)生器放置在車(chē)身內(nèi)部，形成密封空間，啟動(dòng)煙霧發(fā)生器放煙霧，再調(diào)節(jié)氣密性檢測(cè)設(shè)備，使車(chē)內(nèi)壓力達(dá)到0.5 inWC，觀察所有冒煙嚴(yán)重區(qū)域，并記錄泄漏量[5-6]，如圖2 所示。

圖2 白車(chē)身氣密性試驗(yàn)

1.2 整車(chē)氣密性試驗(yàn)

整車(chē)氣密性測(cè)試是選用總裝成品車(chē)，在靜止?fàn)顟B(tài)下關(guān)閉全車(chē)門(mén)窗，在門(mén)窗上連接氣密性測(cè)試儀，開(kāi)啟空調(diào)內(nèi)外循環(huán)，車(chē)身內(nèi)外氣壓差值即為整車(chē)泄漏量。除了白車(chē)身氣密性外，門(mén)蓋配合、總裝密封堵塞裝配、管路/通風(fēng)道密封裝配膠塞等都將影響整車(chē)氣密性。

2 影響白車(chē)身氣密性原因分析

對(duì)某車(chē)型2—5 月份白車(chē)身氣密性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：白車(chē)身氣密性平均泄露量為79 in3/min，最大泄露量達(dá)到81.2 in3/min，與同行業(yè)其他車(chē)型的60 in3/min 相比，還具有相當(dāng)大的差距。圖3 示出該車(chē)型白車(chē)身氣密性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

圖3 某車(chē)型白車(chē)身氣密性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在白車(chē)身氣密性試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)封堵冒煙嚴(yán)重區(qū)域，重復(fù)測(cè)量車(chē)身氣密性泄漏量發(fā)現(xiàn)，左右裙邊和左右輪罩與側(cè)圍搭接處漏氣量占總漏氣量的84.92%。對(duì)影響白車(chē)身氣密性的原因逐一排查發(fā)現(xiàn)，員工未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化操作、隔斷塊發(fā)泡率不合格、設(shè)計(jì)不滿(mǎn)足實(shí)際需求、設(shè)計(jì)間隙偏大、輪罩間隙偏大、左右側(cè)圍Y 向存在偏差、設(shè)計(jì)本身存在離空等，都將影響最終的漏氣量。圖4 示出白車(chē)身各區(qū)域泄漏量分布。

圖4 白車(chē)身各區(qū)域泄漏量分布

3 提升白車(chē)身氣密性措施驗(yàn)證

3.1 隔斷塊驗(yàn)證

在白車(chē)身制造過(guò)程中，隔斷塊、密封填料、涂膠等廣泛用于汽車(chē)A/B/C 柱封堵空間，如圖5 所示。隔斷塊的設(shè)計(jì)和發(fā)泡材料的發(fā)泡率將嚴(yán)重影響白車(chē)身氣密性。

圖5 汽車(chē)A/B/C 柱隔斷塊零件

3.1.1 隔斷塊膨脹率試驗(yàn)

對(duì)某車(chē)型A/B/C 柱隔斷塊進(jìn)行膨脹試驗(yàn)。在試驗(yàn)前將測(cè)試樣品在（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%下存放24 h。通過(guò)計(jì)算烘烤前和烘烤后隔斷塊的體積比值得到體積膨脹率。隔斷塊的烘烤條件為：電熱恒溫干燥箱溫度為165 ℃，烘烤30 min，在常溫下冷卻1 h 以上，根據(jù)排水法原理測(cè)量烘烤后隔斷塊發(fā)泡層在水中的質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量條件下隔斷塊膨脹率≥900%。

對(duì)A/B/C 柱隔斷塊分別取3 個(gè)樣品進(jìn)行試驗(yàn)得到其膨脹率平均值為1 497%，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求膨脹率≥900%的條件，隔斷塊膨脹率，如表1 所示。在實(shí)際裝配和烘烤過(guò)程中隔斷塊的膨脹率不會(huì)對(duì)白車(chē)身氣密性試驗(yàn)造成泄漏。

表1 某車(chē)型A/B/C 柱隔斷塊膨脹試驗(yàn)膨脹率結(jié)果%

3.1.2 隔斷塊零件設(shè)計(jì)

隔斷塊上發(fā)泡材料的膨脹率符合要求，但是隔斷塊本身的設(shè)計(jì)以及隔斷塊膨化均勻程度也將影響最終的密封效果。采用內(nèi)窺鏡查看經(jīng)過(guò)涂裝烘烤前后的A柱隔斷塊的附著狀態(tài)，如圖6 所示。圖6 b 中切邊①處只有1 個(gè)孔位，發(fā)泡材料附著力較差，受熱膨脹后脫離骨架下垂，形成孔洞；而圖6 b 中切邊②處設(shè)計(jì)孔位密集，發(fā)泡材料附著力較大，未脫離骨架。

圖6 汽車(chē)A 柱隔斷塊狀態(tài)圖

為了增加切邊①發(fā)泡材料的附著力，可以采用改變發(fā)泡材料的配方，調(diào)整樹(shù)脂、EVA、三元乙丙等配比，隔斷塊切邊①處設(shè)計(jì)孔位，涂膠封堵多種方式增加韌性和黏性，使發(fā)泡材料在發(fā)泡過(guò)程中抗干擾能力更強(qiáng)，與鈑金貼合更緊密。其中，采用涂膠封堵隔斷塊產(chǎn)生的孔洞方法簡(jiǎn)單，容易驗(yàn)證。在裝配A 柱隔斷塊時(shí)，在加強(qiáng)筋上端38～40 mm 處，涂直徑6～8 mm，長(zhǎng)度約180 mm 的點(diǎn)焊密封膠，形狀為U 型，如圖7 所示。對(duì)涂膠后的車(chē)輛進(jìn)行氣密性驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，A 柱鈑金與隔斷塊之間基本沒(méi)有間隙，氣密性試驗(yàn)泄漏量基本穩(wěn)定在0～1 in3/min。

圖7 汽車(chē)A 柱隔斷塊裝配圖

3.2 隔斷塊型面與鈑金設(shè)計(jì)間隙

加強(qiáng)板與外板之間，與底盤(pán)、側(cè)圍等連接點(diǎn)處，通常需要進(jìn)行復(fù)雜的鈑金配合與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。白車(chē)身裝配過(guò)程通過(guò)車(chē)身上的主定位孔保證總成件在各個(gè)工序/工藝段中尺寸的穩(wěn)定性，所有鈑金搭接處應(yīng)保證無(wú)間隙，無(wú)氣體泄漏。因此，在零件搭接關(guān)鍵位置采用密封膠條、隔斷塊、涂膠等措施保證白車(chē)身的密封性，降低氣體泄漏量。鈑金型面設(shè)計(jì)、零部件質(zhì)量、工裝拼臺(tái)的穩(wěn)定性、員工標(biāo)準(zhǔn)化操作等因素都有可能影響鈑金焊接面的匹配情況。A/B/C 柱隔斷塊設(shè)計(jì)間隙及正常膨脹后寬度，如表2 所示。

表2 隔斷塊膨脹試驗(yàn)膨脹寬度結(jié)果mm

從數(shù)模圖上測(cè)量B 柱隔斷塊與鈑金之間的設(shè)計(jì)間隙為22 mm，隔斷塊正常膨脹后寬度為15.6 mm，設(shè)計(jì)間隙大于隔斷塊正常膨脹后的寬度，正常烘烤后發(fā)泡材料膨脹不均勻不能完全填充間隙，嚴(yán)重影響白車(chē)身氣密性，如圖8 所示。

圖8 汽車(chē)B 柱隔斷塊與鈑金設(shè)計(jì)數(shù)模圖

圖9 汽車(chē)B 柱隔斷塊裝配圖

因B 柱隔斷塊與鈑金間隙過(guò)大，可將B 柱隔斷塊①處上移約20 mm，下邊緣與鈑金棱線齊平，上端與門(mén)框棱線相切，并在②處新增直徑12～16 mm 的點(diǎn)焊密封膠，如圖9b 所示。對(duì)涂膠后的汽車(chē)采用相機(jī)查看，間隙基本為0，完全密封住孔隙，氣密性泄漏量基本穩(wěn)定在2～4 in3/min。

3.3 鈑金裝配設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了滿(mǎn)足造型和加工制造要求，防止零件間相互干涉等，鈑金結(jié)構(gòu)需要采用開(kāi)口設(shè)計(jì)，邊角處一般設(shè)定為圓角。查看零件數(shù)模圖發(fā)現(xiàn)，鈑金與鈑金搭配過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)搭接孔洞，如圖10 所示。

圖10 汽車(chē)鈑金搭接孔洞

在對(duì)鈑金之間存在的縫隙進(jìn)行涂膠時(shí)，需要根據(jù)搭接的實(shí)際狀況考慮圓角過(guò)渡、翻邊處理、搭接漏涂、涂膠連續(xù)性問(wèn)題等，有針對(duì)性地進(jìn)行涂膠。

3.4 其他影響因素

對(duì)焊接完成的輪罩總成件上檢具，測(cè)量總成件與檢具之間的間隙值，以判定總成件關(guān)鍵型面間隙是否符合（5±0.75）mm 的標(biāo)準(zhǔn)，如圖11 所示。

圖11 輪罩總成上檢具示意圖

同時(shí)，對(duì)裝配完成的白車(chē)身進(jìn)行CMM 測(cè)量（三坐標(biāo)尺寸測(cè)量），可以判定工裝拼臺(tái)的穩(wěn)定性。

通過(guò)隔斷塊質(zhì)量改進(jìn)、白車(chē)身零件搭接處涂膠優(yōu)化、零件質(zhì)量控制等措施，將開(kāi)口處封堵形成完整密封斷面，降低白車(chē)身內(nèi)外泄露，使白車(chē)身氣密性降低44～50 in3/min。

4 結(jié)論

通過(guò)氣密性試驗(yàn)對(duì)影響車(chē)身泄漏量的因素逐一進(jìn)行分析，可以得出：

1）調(diào)整樹(shù)脂、EVA、三元乙丙等發(fā)泡材料的配比，將影響發(fā)泡材料的韌性和黏性，從而影響車(chē)身的密封性能，即泄漏量；

2）采用涂膠封堵零件間隙是最經(jīng)濟(jì)快速提升車(chē)身氣密性的措施，通過(guò)涂膠封堵和調(diào)整發(fā)泡材料配比，車(chē)身泄漏量可以從76 in3/min 降低為40～50 in3/min；

3）文章只對(duì)白車(chē)身制造過(guò)程的影響因素進(jìn)行分析，并未對(duì)影響整車(chē)氣密性的門(mén)窗配合、密封膠條、管路密封、通風(fēng)道密封等影響因素進(jìn)行測(cè)試和分析。