注塑窗鋁合金裝飾條焊接卡爪緊固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

劉紹娟 和麗梅

關(guān)鍵詞：側(cè)圍注塑窗;鋁合金裝飾條;卡爪;緊固結(jié)構(gòu)

0 引言

汽車側(cè)圍注塑窗上常用的裝飾條材料有不銹鋼和鋁合金。由于不銹鋼的材料特性，可以在總成注塑模具里面采用磁鐵吸附來(lái)固定位置，從而達(dá)到不銹鋼裝飾條在總成模具里的精準(zhǔn)定位，所以不銹鋼裝飾條可以和玻璃一起放進(jìn)總成模具里面一起注塑成型，通過(guò)注塑包邊進(jìn)行固定（圖1a）。這樣不銹鋼裝飾條就可以不用額外的緊固結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝緊固，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用性廣。

隨著汽車輕量化[1] 及多樣性的普及，鋁合金裝飾條的運(yùn)用越來(lái)越多。鋁合金因材料特性原因，在總成模具里面無(wú)法精準(zhǔn)定位及固定，所以鋁合金裝飾條一般都采用后安裝方式，安裝到注塑窗的注塑包邊上。鋁合金裝飾條的安裝緊固結(jié)構(gòu)受限于鋁合金裝飾條的造型特征及周圍匹配的空間，一般結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜一些。但隨著產(chǎn)品多樣化的普及，鋁合金裝飾條運(yùn)用也越來(lái)廣。常用的鋁合金裝飾條緊固結(jié)構(gòu)有：丙烯酸泡棉雙面膠帶粘結(jié)、鋁合金自帶卡爪結(jié)構(gòu)安裝以及焊接式卡爪結(jié)構(gòu)安裝。

鋁合金裝飾條與注塑窗包邊之間采用丙烯酸泡棉雙面膠帶粘結(jié)（圖1b），此種結(jié)構(gòu)比較適合鋁合金裝飾條外造型簡(jiǎn)單，類似水切類的零件，三維空間變形較小的造型外觀。外觀造型比較復(fù)雜的，僅用丙烯酸泡棉膠帶粘結(jié)無(wú)法達(dá)到緊固的作用。而且受膠帶的耐候性影響，后期易發(fā)生因粘結(jié)性能失效導(dǎo)致亮條脫落。另外，對(duì)膠帶的粘結(jié)工藝環(huán)境要求比較高，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟襟E來(lái)確保粘結(jié)的效果。不過(guò)采用丙烯酸泡棉膠帶粘結(jié)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。因此，為了達(dá)到緊固作用，丙烯酸泡棉一般作為輔助粘結(jié)結(jié)構(gòu)。

鋁合金裝飾條自帶卡爪緊固，卡爪和鋁合金裝飾條是一體的（圖1c）。緊固卡裝結(jié)構(gòu)通過(guò)幾道沖壓工序成型，將緊固結(jié)構(gòu)的特征沖壓出來(lái)后，再通過(guò)氣動(dòng)工裝將鋁合金裝飾條卡裝到注塑窗本體上。前期設(shè)計(jì)階段，在空間結(jié)構(gòu)允許的情況下，飾條兩側(cè)需要均勻間隔地布置卡爪結(jié)構(gòu)，這樣能很好緊固鋁合金裝飾條。但側(cè)圍固定窗所用鋁合金裝飾條，一般受限于位置空間，只能單側(cè)布置。為了確保鋁合金裝飾條能夠很好地固定住，還需要布置丙烯酸泡棉雙面膠帶進(jìn)行輔助粘結(jié)。

焊接式卡爪結(jié)構(gòu)，緊固卡爪為其他材料沖壓成型后，通過(guò)焊接的方式焊接到鋁合金裝飾條內(nèi)表面上，再通過(guò)氣動(dòng)工裝將鋁合金裝飾條壓緊卡裝到注塑窗本體上（圖1d）。此結(jié)構(gòu)成本較高，一般只在空間受限無(wú)法布置自帶卡爪結(jié)構(gòu)時(shí)使用。

本文將對(duì)某車型注塑窗上鋁合金飾條易脫落、松動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)行了研究分析，并對(duì)所使用的焊接式卡爪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。

1 焊接卡爪卡緊原理介紹

卡爪成型后，焊接到鋁合金裝飾條內(nèi)表面（圖2）。鋁合金裝飾條卡爪卡緊步驟如下：第一步，將注塑好的玻璃本體放到亮條壓緊工裝上并固定好;第二步，將帶卡爪的鋁合金裝飾條預(yù)裝到注塑窗本體上;第三步，用仿形鋁合金裝飾條壓盤(pán)固定好亮條;第四步，通過(guò)氣動(dòng)工裝施加力值1 將卡爪預(yù)彎;第五步，通過(guò)氣動(dòng)工裝施加力值2 將卡爪壓緊到注塑窗本體上（圖3）。通過(guò)這五步完成鋁合金裝飾條的安裝。

2 焊接式卡爪結(jié)構(gòu)卡不緊原因分析

我司某項(xiàng)目車型在前期OTS 階段造車過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，注塑窗上的2個(gè)鋁合金高亮黑裝飾條易脫落或松動(dòng). 此問(wèn)題嚴(yán)重影響整個(gè)項(xiàng)目后續(xù)的各開(kāi)發(fā)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，需要盡快分析解決。

鋁合金裝飾條折彎卡緊后，卡爪應(yīng)與本體貼緊，如圖3所示紅色線條指示的理論位置。對(duì)故障件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，折彎后的卡爪與注塑窗本體之間有很大的間隙，如圖7 所示藍(lán)色線條指示的實(shí)際位置?？ㄗεc注塑窗本體之間的間隙大于2 mm，鋁合金亮條與注塑窗本體間有間隙，導(dǎo)致亮條易松脫。根據(jù)焊接卡爪卡緊原理，針對(duì)此問(wèn)題，我們從氣動(dòng)工裝的力值、注塑窗本體上卡緊位置的結(jié)構(gòu)以及鋁合金焊接卡爪的結(jié)構(gòu)這3 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行分析，從而找到焊接式卡爪結(jié)構(gòu)卡不緊的原因。

2.1 氣動(dòng)工裝的力值

現(xiàn)有氣動(dòng)工裝壓力值為0.5 MPa，在不更改其他結(jié)構(gòu)的情況下，理論上可通過(guò)增加壓力值來(lái)將卡爪壓緊?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)增加氣動(dòng)工裝的壓力值，來(lái)驗(yàn)證力值對(duì)此問(wèn)題的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)焊接卡爪與本體之間的間隙并未改善，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)鋁合金飾條外表面有壓痕。需要解決的問(wèn)題未解決，還增加了新的問(wèn)題，說(shuō)明氣動(dòng)工裝的壓力值設(shè)定不是導(dǎo)致亮條卡爪卡不緊的根本原因。

2.2 注塑窗本體上卡緊位置的結(jié)構(gòu)

在氣動(dòng)工裝壓緊卡爪的整個(gè)過(guò)程中，注塑窗本體上沒(méi)有輔助的結(jié)構(gòu)能輔助焊接卡爪變形，讓卡爪在受力后更容易變形與本體貼合。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，在圖4 所示理論位置這個(gè)面上，靠近卡爪折彎變形的地方增加了凸臺(tái)（如圖1d 中紅色圓圈的位置），有利于卡爪變形。實(shí)車驗(yàn)證，亮條卡爪與本體之間的間隙有改善但還是無(wú)法貼緊本體。這說(shuō)明增加凸臺(tái)有利于卡爪的變形，但不是解決此問(wèn)題的關(guān)鍵原因。

2.3 焊接卡爪的結(jié)構(gòu)

對(duì)故障件上的焊接卡爪進(jìn)行人工按壓，發(fā)現(xiàn)焊接卡爪特別硬，大力按壓也無(wú)法和注塑窗本體貼緊，貼上也會(huì)反彈，返修后無(wú)法維持與注塑窗本體貼合?？ㄗΜF(xiàn)用材料為SUS301 不銹鋼，硬度為330 HB，此類不銹鋼彈性大且硬度高，在變形時(shí)易出現(xiàn)加工硬化的現(xiàn)象。所以在用0.5 MPa 的壓力壓卡爪時(shí)，很難將卡爪壓變形，變形后反彈量也比較大，不利于緊固，需要更換硬度及彈性相對(duì)較低的不銹鋼材料。

現(xiàn)用不銹鋼卡爪的變形點(diǎn)高度方向尺寸為1.5 mm，寬度方向尺寸為5.0 mm（圖5 左側(cè)），變形點(diǎn)的缺口尺寸較小，在用氣動(dòng)工裝壓緊的過(guò)程中，變形比較困難。因此，需要加大變形點(diǎn)的開(kāi)口尺寸，利于焊接卡爪變形。

3 問(wèn)題解決方案

通過(guò)對(duì)故障件的分析，注塑窗本體、卡爪材料及結(jié)構(gòu)都需要更改才能解決此問(wèn)題。

3.1 注塑窗本體更改點(diǎn)

在卡爪變形點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置增加一個(gè)高為1.0 mm、寬為9.2 mm 的凸臺(tái)，在卡爪受到壓力時(shí)，有一個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn)，促使焊接卡爪變形。

3.2 卡爪材料及結(jié)構(gòu)更改

SUS301 不銹鋼含碳量高，硬度高，不易彈性疲勞，延展性差且不易抽拉;而SUS430 不銹鋼則[2] 含碳量低，硬度也低，延展性好，易變形。經(jīng)過(guò)實(shí)物驗(yàn)證，不銹鋼材料更換為SUS430，同時(shí)硬度更換為155 HB，更有利于卡爪的變形及緊固。

通過(guò)問(wèn)題的分析，需要加大卡爪變形點(diǎn)的開(kāi)口尺寸，讓卡爪更容易變形。經(jīng)過(guò)一系列的樣件改制，發(fā)現(xiàn)將變形點(diǎn)的開(kāi)口尺寸高度方向由1.5 mm 變更為2.5 mm，寬度方向由5.0 mm 變更為2.5 mm，如圖5 右側(cè)所示，卡爪變形后緊貼注塑窗本體。

通過(guò)注塑窗本體增加凸臺(tái)、不銹鋼卡爪材料更換、不銹鋼卡爪硬度降低及卡爪變形點(diǎn)尺寸優(yōu)化，鋁合金裝飾條通過(guò)氣動(dòng)工裝能緊固到注塑窗本體上。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)焊接式卡爪問(wèn)題的處理以及鋁合金其他不同安裝方式的對(duì)比，鋁合金裝飾條緊固方式在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，盡量采用自帶的卡爪結(jié)構(gòu)，同時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)判斷是否需要增加丙烯酸雙面膠帶輔助粘結(jié)。如果鋁合金裝飾條較小且能用口模擠出，可以采用丙烯酸雙面膠帶粘結(jié);若結(jié)構(gòu)空間受限，無(wú)法布置自帶卡爪的情況下，則需要采用焊接式卡爪。