淺談采用粘接技術(shù)的輕量化車門尺寸控制要點

宗金光 劉新勇 張鋮偉 張偉

摘要：通過分析粘結(jié)技術(shù)相關(guān)技術(shù)特點、工藝流程、實際應(yīng)用案例及關(guān)鍵工藝參數(shù)，通過粘接后的破壞性試驗證明粘接技術(shù)的可靠性；分析采用粘接技術(shù)車門總成的MB1、MB2匹配數(shù)據(jù)，得出零部件之間的間隙和面差匹配關(guān)系，總結(jié)采用粘接技術(shù)的輕量化車門綜合匹配的控制要點。

關(guān)鍵詞：輕量化；粘結(jié)技術(shù)；尺寸工程；破壞試驗；MB1；MB2；綜合匹配；間隙；面差

我國是全球汽車產(chǎn)銷第一大國，新能源汽車總銷量達到全球新能源汽車銷量的60%。在“雙碳”目標約束下，輕量化成為汽車主機廠碳減排關(guān)注的焦點。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》提出的輕量化系數(shù)總體目標，要求在2025年、2030年、2035年純電動汽車車輕量化系數(shù)分別要降低15%、25%、35%；輕量化近期圍繞完善高強度鋼應(yīng)用體系為重點，中期以輕質(zhì)合金應(yīng)用體系為方向，遠期以多元材料混合應(yīng)用體系為目標[1]。

在銷量和碳減排雙重目標趨勢下，輕量化金屬材料與非金屬材料混合使用，無法使用傳統(tǒng)鈑金焊接工藝，如何連接成了困擾主機廠的技術(shù)難題之一。

粘接技術(shù)介紹

1.粘接技術(shù)特點

相對于機械緊固連接和焊接技術(shù)連接，粘接技術(shù)中膠粘劑應(yīng)力分布十分均勻，被粘接物強度和剛性全部得以均勻作用于連接面，同時具有高強度、低成本、輕質(zhì)量的優(yōu)勢。粘接工藝不僅可調(diào)節(jié)不同材料被粘物之間熱膨脹系數(shù)之間的特性差別，還具有防腐、密封等功能。實際應(yīng)用中，粘接技術(shù)已經(jīng)在新能源汽車電池包上開始應(yīng)用，如底板的拼接，其結(jié)構(gòu)膠的最大抗剪力可以達到40MPa[2]。

2.粘接技術(shù)主要工藝流程

粘接技術(shù)主要工藝流程（見圖1）包括：表面處理、涂膠、組裝、固化、檢查和修整，根據(jù)主機廠需求不同工序處理方式也不盡相同，例如表面處理可以人工擦拭也可以火焰處理；涂膠可以人工涂膠也可以機器人涂膠等。

3.粘接技術(shù)與汽車輕量化相結(jié)合，實現(xiàn)金屬與非金屬之間連接可靠

高強度鋼、鋁合金材料、鎂合金等金屬材料，低密度、薄壁化PP材料，玻璃纖維、碳纖維、再生植物纖維增強復(fù)合材料等非金屬材料，在材料本身和應(yīng)用開發(fā)方面在電動汽車領(lǐng)域都取得了快速的發(fā)展，憑借優(yōu)異的性能表現(xiàn)，開始在汽車輕量化的進程中大顯身手。隨之而來的問題是，混合材料的結(jié)構(gòu)帶來了連接技術(shù)的難題，當復(fù)合材料等非金屬材料加入之后，粘接技術(shù)是比較可靠的一種連接方式。

4.粘接技術(shù)在電動汽車主要應(yīng)用部位

粘接技術(shù)在電動車應(yīng)用部位主要集中在：車門、尾門、前艙蓋和天窗。

1）塑料尾門粘接（見圖2a）和車門粘接（見圖2b）粘接材質(zhì)是：PP/ABS/PC+LGF/MD/CFRP。

2）發(fā)動機罩粘接（見圖2c）粘接材質(zhì)是：PP/ABS/PC/SMC/CFRP；天窗支架、行李架粘接（見圖2d）粘接材質(zhì)是：PBT/SMC/CFRP。

粘接技術(shù)工藝應(yīng)用

1.工藝說明

以某主機廠為例，使用粘接技術(shù)的部件有車門、后備門、擾流板三種零部件，其中外板采用PP-T20/30材質(zhì)，內(nèi)板采用冷軋板材質(zhì)；采取火焰處理+粘接技術(shù)的工藝模式。

2.工藝流程

以某主機廠左車門總成粘接線工藝為例，其工藝流程如下（見圖3）：

1）火焰處理工序主要流程：①對車門外板內(nèi)表面粘接區(qū)域進行酒精擦拭；②將放置在火焰處理平臺上開啟火焰處理，選擇左車門進行火焰處理；③進行達因值測量。

2）粘接工序主要流程：①機器人抓取左車門外板胎膜至放件區(qū)；②將外板放置在胎膜上，機器人移至涂膠區(qū)；③將清潔后的左車門內(nèi)板放置在胎膜上；④選擇左車門涂膠開始機器人涂膠；⑤機器人抓取外板與內(nèi)板合膜；⑥保壓3min，溫度70℃；⑦靜態(tài)放置6h；⑧檢查合格后入庫。

3.關(guān)鍵控制參數(shù)

粘接技術(shù)主要控制參數(shù)有：涂膠區(qū)達因值、涂膠尺寸/類型/比例及粘接牢固性等（見表1）。粘接完成后通過破壞性實驗可以看到粘接部位鈑金件（見圖4）和塑料件（見圖5）牢固結(jié)合。

圖4 內(nèi)板鈑金骨架破壞實驗后狀態(tài)

圖5 塑料外板破壞實驗后狀態(tài)

綜合匹配

汽車綜合匹配是一個反復(fù)匹配分析和改進提升的過程。運用各種技術(shù)手段，對沖壓件、焊接分總成件、焊接總成件、外覆蓋件和車身骨架進行匹配和測量分析；對尺寸、配合、縫隙及平整度等匹配結(jié)果進行評價，分析缺陷產(chǎn)生的原因，指導(dǎo)模具改進，調(diào)整工裝設(shè)備，優(yōu)化工藝參數(shù)、產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范的更改。

汽車綜合匹配主要分為4個階段：預(yù)匹配認可（MB1）、匹配認可（MB2）、零部件提交保證書（OTS）和試裝認可（MB3）[3]。

本文以某主機廠生產(chǎn)的A0級轎車為例，將粘接后的門總成在匹配過程中遇到的尺寸問題進行匯總，將其中關(guān)于間隙和面差的一些共性問題的原因，利用左車門總成這一個零部件進行闡述和說明。

1.車門MB1匹配

1）左車門骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)板（以下簡稱內(nèi)板）在MB1匹配認可中共計檢測22個點（見圖6），間隙（G）和面差（F）分別測量點數(shù)合格率要求≥90%，MB1匹配判定合格。實測3個零部件合格率分別為：①G：90%，F(xiàn)：91%；②G：81%，F(xiàn)：86%；③G：95%，F(xiàn)：86%。

圖6 左車門內(nèi)板檢測點位分布

2）左車門塑料外板（以下簡稱外板）在MB1匹配認可中共計檢測18個點（見圖7），間隙和面差分別測量點數(shù)合格率要求≥90%，MB1匹配判定合格。實測3個零部件合格率分別是：①G：83%，F(xiàn)：94%；②G：81%，F(xiàn)：77%；③G：100%，F(xiàn)：94%。

圖7 左車門外板檢測點位分布

3）內(nèi)板和外板分別檢測三個件，三個件分別有一個件合格。某主機廠根據(jù)項目進度對三組件進行了車門粘接，對粘接工藝及粘接后的尺寸進行驗證和分析。為更直觀地分析，本文只列舉部分點位進行間隙（見表2）和面差（見表3）分析。

2.車門MB2匹配

1）左車門總成（以下簡稱：門總成）在MB2匹配中共計檢測19個點（見圖8），間隙和面差分別測量點數(shù)合格率要求≥85% MB2匹配判定合格，實測3個零部件合格率分別是：①G：85%，F(xiàn)：92%；②G：76%，F(xiàn)：85%；③G：92%，F(xiàn)：85%。為更直觀地分析，本文只列舉部分點位進行間隙（見表2）和面差（見表3）分析。

圖8 左車門總成檢測點位分布

綜合匹配MB1/MB2分析

1.MB1、MB2間隙尺寸匹配分析

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，對每組匹配點進行匹配間隙分析，得出每組匹配數(shù)據(jù)之間的匹配關(guān)系和相關(guān)尺寸影響（見表4）。

通過表2和表4間隙分析得出結(jié)論如下：

1）間隙解釋：檢具檢測間隙越大表示零部件外輪廓尺寸越小，反之同理（見圖9）。表4中（?。┖停ù螅┐淼氖橇悴考嶋H尺寸比標準小或大。

2）內(nèi)板檢具間隙合格情況下，總成件尺寸受外板尺寸影響比較大，即外板尺寸大，總成件尺寸也隨之變大，反之也隨之變小。

3）內(nèi)板實際尺寸變大且超出標準范圍對粘接后尺寸有影響，即內(nèi)板尺寸變大能夠使車門總成外板產(chǎn)生一定的變形，而內(nèi)板實際尺寸小的狀態(tài)下，對車門總成尺寸影響不大。

2.MB1、MB2面差尺寸匹配分析

根據(jù)表3數(shù)據(jù)，對每組匹配點進行匹配面差分析，得出每組匹配數(shù)據(jù)之間的匹配關(guān)系和相關(guān)尺寸影響（見表5）。

通過表3和表5面差分析得出結(jié)論如下：

1）膠粘工藝能夠吸收內(nèi)板、外板波動的面差，即內(nèi)板、外板同時走下差或內(nèi)板走下差外板走上差均能夠有一定的吸收波動。

2）膠粘工藝吸收面差超差具有一定的范圍，即內(nèi)板不能超出極限值0.2mm，外板不能超出極限值0.35mm。

3）膠粘工藝對外板面板面差吸收較內(nèi)板大，應(yīng)重點控制內(nèi)板單件的面差。

結(jié)語

綜上所述，在汽車輕量化的發(fā)展中，總會涌現(xiàn)出一系列的新技術(shù)，同時也會給汽車設(shè)計和制造工藝帶來新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。粘接技術(shù)對汽車輕量化起到混合材料連接作用，但是在總成件尺寸控制方面，外板對間隙影響較大，內(nèi)板對面差影響較大，甚至起到定性作用。所以，再循規(guī)蹈矩地采用傳統(tǒng)尺寸控制方法和標準對零部件尺寸進行把握，會造成有的位置可以放寬，有的位置就必須要嚴格要求的問題。粘接技術(shù)本身的加緊力矩、涂膠厚度等也會給總成件的尺寸帶來一定的影響。

隨著輕量化的技術(shù)的進步，各種技術(shù)方案之間相互作用和影響，會進一步推進汽車制造技術(shù)整體性進步和發(fā)展。

參考文獻：

[1] 中國（德國）研發(fā)創(chuàng)新聯(lián)盟.輕量化發(fā)展白皮書2022[R].2022.

[2] 李子?xùn)|，李廣宇，于敏.現(xiàn)代膠粘技術(shù)手冊[M].北京：新時代出版社，2002.

[3] 戴競.車身精度綜合匹配和樣板拼車的建立[J].汽車工藝與材料，2014（4）：21-23，28.