注塑窗鋁合金裝飾條焊接卡爪緊固結構設計優(yōu)化

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

汽車側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固定位置，從而達到不銹鋼裝飾條在總成模具里的精準定位，所以不銹鋼裝飾條可以和玻璃一起放進總成模具里面一起注塑成型，通過注塑包邊進行固定（圖1a）。這樣不銹鋼裝飾條就可以不用額外的緊固結構進行安裝緊固，結構簡單，適用性廣。

隨著汽車輕量化[1]及多樣性的普及，鋁合金裝飾條的運用越來越多。鋁合金因材料特性原因，在總成模具里面無法精準定位及固定，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構受限于鋁合金裝飾條的造型特征及周圍匹配的空間，一般結構相對復雜一些。但隨著產(chǎn)品多樣化的普及，鋁合金裝飾條運用也越來廣。常用的鋁合金裝飾條緊固結構有：丙烯酸泡棉雙面膠帶粘結、鋁合金自帶卡爪結構安裝以及焊接式卡爪結構安裝。

圖1 注塑窗鋁合金裝飾條緊固方式

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（圖1b），此種結構比較適合鋁合金裝飾條外造型簡單，類似水切類的零件，三維空間變形較小的造型外觀。外觀造型比較復雜的，僅用丙烯酸泡棉膠帶粘結無法達到緊固的作用。而且受膠帶的耐候性影響，后期易發(fā)生因粘結性能失效導致亮條脫落。另外，對膠帶的粘結工藝環(huán)境要求比較高，需要嚴謹?shù)牟襟E來確保粘結的效果。不過采用丙烯酸泡棉膠帶粘結成本低，結構簡單。因此，為了達到緊固作用，丙烯酸泡棉一般作為輔助粘結結構。

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）。緊固卡裝結構通過幾道沖壓工序成型，將緊固結構的特征沖壓出來后，再通過氣動工裝將鋁合金裝飾條卡裝到注塑窗本體上。前期設計階段，在空間結構允許的情況下，飾條兩側需要均勻間隔地布置卡爪結構，這樣能很好緊固鋁合金裝飾條。但側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行輔助粘結。

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

本文將對某車型注塑窗上鋁合金飾條易脫落、松動問題，進行了研究分析，并對所使用的焊接式卡爪結構進行了優(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裝到注塑窗本體上；第三步，用仿形鋁合金裝飾條壓盤固定好亮條；第四步，通過氣動工裝施加力值1將卡爪預彎；第五步，通過氣動工裝施加力值2將卡爪壓緊到注塑窗本體上（圖3）。通過這五步完成鋁合金裝飾條的安裝。

圖2 卡爪焊接到鋁合金裝飾條內表面

圖3 將卡爪壓緊到注塑窗本體上

2 焊接式卡爪結構卡不緊原因分析

我司某項目車型在前期OTS階段造車過程中發(fā)現(xiàn)，注塑窗上的2個鋁合金高亮黑裝飾條易脫落或松動.此問題嚴重影響整個項目后續(xù)的各開發(fā)時間節(jié)點，需要盡快分析解決。

鋁合金裝飾條折彎卡緊后，卡爪應與本體貼緊，如圖3所示紅色線條指示的理論位置。對故障件進行分析發(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所示藍色線條指示的實際位置?？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，導致亮條易松脫。根據(jù)焊接卡爪卡緊原理，針對此問題，我們從氣動工裝的力值、注塑窗本體上卡緊位置的結構以及鋁合金焊接卡爪的結構這3個關鍵點進行分析，從而找到焊接式卡爪結構卡不緊的原因。

2.1 氣動工裝的力值

現(xiàn)有氣動工裝壓力值為0.5 MPa，在不更改其他結構的情況下，理論上可通過增加壓力值來將卡爪壓緊?，F(xiàn)場通過增加氣動工裝的壓力值，來驗證力值對此問題的影響，結果發(fā)現(xiàn)焊接卡爪與本體之間的間隙并未改善，同時還發(fā)現(xiàn)鋁合金飾條外表面有壓痕。需要解決的問題未解決，還增加了新的問題，說明氣動工裝的壓力值設定不是導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構

在氣動工裝壓緊卡爪的整個過程中，注塑窗本體上沒有輔助的結構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。通過結構分析，在圖4所示理論位置這個面上，靠近卡爪折彎變形的地方增加了凸臺（如圖1d中紅色圓圈的位置），有利于卡爪變形。實車驗證，亮條卡爪與本體之間的間隙有改善但還是無法貼緊本體。這說明增加凸臺有利于卡爪的變形，但不是解決此問題的關鍵原因。

2.3 焊接卡爪的結構

對故障件上的焊接卡爪進行人工按壓，發(fā)現(xiàn)焊接卡爪特別硬，大力按壓也無法和注塑窗本體貼緊，貼上也會反彈，返修后無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，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較低的不銹鋼材料。

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

圖4 卡爪與注塑窗之間有間隙

3 問題解決方案

通過對故障件的分析，注塑窗本體、卡爪材料及結構都需要更改才能解決此問題。

3.1 注塑窗本體更改點

圖5 卡爪結構優(yōu)化前后對比

在卡爪變形點對應的位置增加一個高為1.0 mm、寬為9.2 mm的凸臺，在卡爪受到壓力時，有一個應力集中點，促使焊接卡爪變形。

3.2 卡爪材料及結構更改

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)過實物驗證，不銹鋼材料更換為SUS430，同時硬度更換為155 HB，更有利于卡爪的變形及緊固。

通過問題的分析，需要加大卡爪變形點的開口尺寸，讓卡爪更容易變形。經(jīng)過一系列的樣件改制，發(fā)現(xiàn)將變形點的開口尺寸高度方向由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右側所示，卡爪變形后緊貼注塑窗本體。

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

4 結束語

通過對焊接式卡爪問題的處理以及鋁合金其他不同安裝方式的對比，鋁合金裝飾條緊固方式在結構空間允許的情況下，盡量采用自帶的卡爪結構，同時根據(jù)結構判斷是否需要增加丙烯酸雙面膠帶輔助粘結。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；若結構空間受限，無法布置自帶卡爪的情況下，則需要采用焊接式卡爪。