轿车门门式板级结构的优化

轿车门门式板级结构的优化

1有效连接内板总成结构汽车和汽车的结构不同。每一种形状都有自己的特点。一般来说，外板的质量应该轻而美观，内板的刚性能力应该强烈。一般来说，汽车和客车可以承受巨大的力量压力。轿车白车身车门总成一般由车门外板、车门内板及加强板、门窗框、门玻璃导槽、防撞杆(板)、门铰链、门锁安装板等组成。由于车门外板是表面件,焊接工作影响其表面质量,一般为整体冲压件,无焊接工作量。内板总成是车门焊接工作量最大的部件,车门的功能主要通过内板总成来实现。根据车门内外板及门窗框的结构分块,将车门分为以下几种形式。1.1板包边闭合型这种结构的车门内、外板均含门窗框部分各为一整体冲压件。门玻璃导槽为几段U字形滚压成形件,焊接在内板上,最后通过外板把内板包边闭合为一整体,结构如图1所示。这种结构形式车门在国产自主品牌车型中被广泛采用,欧美中低档车型较多采用。其优点是内外板整体冲压件刚性较好,整体冲压件精度容易控制,整体内、外板焊装工艺性好。缺点是内外板需要较大的冲压模具,模具成本高;由于窗框和内外板一体冲压出来,废料面积大,板材利用率低。另外一个较明显的缺陷是外板窗框宽大,外观效果较差且影响驾乘者视野。1.2板尺寸外板保护半尺寸外板结构其冲压件外板不含门窗框,外板尺寸约为全尺寸结构外板的一半,窗台以上内板部分没有外板遮盖。按照内板的结构形式不同,半尺寸外板结构又分为以下几种结构。1.2.1门窗框的设计和工艺的影响这种结构的门窗框不再与内、外板整体冲压件,而是由几段滚压成形的门玻璃导槽和一些小冲压件拼焊而成,然后与门内板搭接拼焊成门内板总成。其内、外板冲压件尺寸均可缩减小为门窗台以下部分,分体式内板结构如图2所示。这种结构的车门门窗框(门玻璃导槽)不再和门内板重叠拼焊。因此,门窗框不受冲焊工艺的限制,可以设计得比较窄细,能够造出无窗框效果,造型自由美观,有利于驾乘者视野。而且,由于内外板尺寸缩小的近一倍,降低了模具费用,且可以实现左、右门外板在一套模具上同时冲出,提高生产效率。另外,窗框玻璃导槽的截面设计成统一的形状,可以增加车型的通用性。不利方面在于:窗框总成是多段玻璃导槽拼焊而成;整个窗框总成也和门内板总成焊接连接,窗框与内板搭接面积小,不宜采用点焊,常用CO2气保焊,CO2气保焊变形大且不可控,焊装精度较难控制;经滚压和焊接而成的门窗框,拐角为棱角;而与之搭配侧围门洞拐角为圆角,匹配较困难。这种车门结构日韩车型广泛采用,欧美车型少量采用。1.2.2外板总成组成这种结构形式车门的由含窗框一体式冲压内板、半尺寸的外板、窗框加强板及其他分总成组成。它的优点在于即提高了门内板总成刚性,增加了内板总成焊装的精度,又减少了外板模具尺寸,提高板材利用率。窗框外侧可以安装有装饰性的附件,提高了美观性。这种结构形式车门,在欧美中高档车型中广泛采用。1.2.3内部半尺寸结构高档轿跑车和高级跑车多采用这种结构,这种车门无门窗框和上玻璃导轨结构,车门内外板尺寸均在门窗台以下部分。2焊接车间线的焊接工艺2.1车门总成线的设计车门生产工艺的选择根据车门的结构形式及生产纲领而定。对于不同结构形式的车门,焊接工作量差别很大。一般单个车门的总焊点在60~150之间,前门焊点多于后门,焊点主要集中于内板总成。车门线一般布置成流水线方式,工序间一般采用升降胶辊/胶带、升降往复杆、机器人搬运和人工搬运形式等输送形式。车门总成至调整线一般采用叉车或普通输送链方式。一般双班年产15万辆,全尺寸外板结构后车门的工艺流程如表1所示。2.2包边机的应用车身开闭件内外板的连接通常使用包边工艺,包边可以改善车门的外观,保证外表面光整平滑,没有压痕、凹陷、凸包等缺陷,提高车门的整体强度和刚度。车门包边是指外板四周(或三边)折边180°包住内板。因冲压工艺已把外板预翻边90°,故焊装车间包边只需要折边90°即可包住内板。包边工艺属于复杂的制造工艺。由于外板的包边轮廓要根据车身外形的变化而变化,沿整个轮廓包边的角度也不同,包边过渡急剧的区域和包边角度过大的区域包边难度很大。车门包边一般采用以下四种方式。2.2.1机器包边质量较差该工艺主要适用于试制及小量生产,包边质量取决于包边工具及个人经验。外板角度变化区域,采用机器包边后质量较差,一般采用手工包边修补。国外手工包边的质量往往高于机器包边。因不适合轿车大批量生产。2.2.2体专机专用专用包边机是将包边模具和油压机设计成一体式,专机专用,如图3所示。一台压机只能包一种车门,通用性差,但生产效率高,适用于单一品种大批量流水生产线。2.2.3模具包边工艺该工艺是在大台面通用压力机上采用上下模具压合的方式进行包边,包边质量好且效率高。更换模具可轮番生产不同种类车门。适用于多品种大批量流水生产线,如图4所示。以上两种包边工艺工作效率高,一般适用于各种结构形式车门。其详细工艺及生产线布置参阅文献,下面将详述机器人滚边工艺及其与油压机包边方式的对比。2.2.4滚边模技术的优缺点(1)滚边工艺。该工艺于1998年首次被应用在奥迪A2全铝车身上并取得了良好效果,主要原因是使用传统的压机翻边压合工艺将使铝材折断且产生大量磨削碎末,不得已而开发出专用于铝材的机器人滚边工艺。其工作原理为:车门内、外板放在滚边模上,定位夹紧。机器人抓持辊轮沿着车门外板的包边轮廓运动并施加外力,将外板从90°至45°至0°、或从90°至60°至30°至0°折边,最终外板包住内板成为一体。一是由于其高度柔性化生产特点适用于小批量多品种生产;二是受人们对技术追新的心态影响;三是国外机器人公司可形成新的销售点,滚边技术风生水起。至于传统压机翻边压合技术已在业界存在几十年,技术不断改进,优点明显,并不能被机器人滚边完全取代。(2)滚边工艺优缺点。优点:适用于多种不同的包边形式、产品材料等,最大翻边角度允许达140°。同一机器人通过调用不通的程序可对多个产品进行滚边;修改滚边程序可实现质量调节。同一机器人可以对应多台模具,相对压机包边,节省了换模时间;一台模具可以多台机器人同时滚边,提高了工作效率;同一机器人持不同的抓持器可以完成上下件、涂胶、包边、补焊等一系列工作,机器人利用率高。滚边模通常只有下模及一些夹紧头,部分高档车才有上、下模。对比压机包边模,滚边模仅起支撑定位作用,主要靠辊子来实现包边,算不上真正意义上的模具。滚边模只需要重复车门外轮廓,而且可以分模。故滚边模制造成本低,且通用性强。缺点:由于辊子滚边时不使用模具,外板的受力和变形难于预测和控制,成形机理更为复杂,工艺难度高。滚压的冲压件与压机包边不同,应为滚边单独设计优化。如滚压件的预翻边高度大于压机包边预翻边高度等。滚边效率相对压机包边较低。每个车门要滚2~3次,夹头的布置也会影响到滚边工作,通常单台机器人滚一个车门约180s,对于形状复杂的车门则更慢。另外,国内厂家的制造调试经验不足,机器人与滚边模具一般需进口。综上所述,滚边工艺适用于产品试制阶段,也适用于批量流水线生产;不适宜于产能高且品种单一的生产线,不适宜于全尺寸外板结构车门(因其包边工作量大)。(3)滚边工作站典型布置。对于产量要求高的生产线,可以通过多上几台机器人同时滚边来缓解。另外,考虑备用手动包边设备,在滚边设备损坏的情况下替代使用,如图6所示。(4)滚边与油压机+模具包边对比,见表2。2.3粘合剂标记和加热硬化学一般白车身车门涂胶有膨胀胶和包边胶两种,如图7所示。2.3.1膨胀型材料加强杆(梁)等类零件与外板的结合,采用焊接的方法不容易实现,无论点焊还是CO2保护焊均会影响外观质量。但该类零件之间的间隙较大,在行驶过程中会因为振动而产生噪音。工厂普遍采用的工艺是在与外板结合前,将膨胀型防震胶涂布于加强梁与外板结合处。在与外板结合后,经加热固化,膨胀胶受热膨胀将加强件与外板紧密结合成一体,并具有较高的粘接强度,可完全替代焊接。因此,涂膨胀胶可以提高车身表面质量,消除行车的振动和噪声。2.3.2固化后为粘结作用车门的内外板包边以前,在外板的包边翻边处涂热塑性胶粘材料,包边后,一般通过加热固化后达到粘结作用。根据国外标准和应用情况,包边胶剪切强度不应小于20MPa,剥离强度不应小于3kN/m。这样,包边胶可以替代包边后的点焊补焊,提高了车身的外观质量。2.3.3灌装车间固化方式焊装车间加热固化工艺一般都采用短时间加热,虽然加热时间短,胶粘材料不可能达到彻底固化,但部分固化已使工件具有了一定的装卸强度,待到门盖总成随白车身总成进行表面涂装烘干时,胶粘材料可以达到完全固化。不同成分的胶的固化工艺不同。如环氧树脂胶分成单组分和双组分两种,前者必须在加热状态下固化,而后者常温下即可自然固化,但固化时间较长,完全固化需要12~24h。无论何种胶,均不大可能在生产节拍要求的时间内自然固化。目前对焊装车间加热固化工艺存在两种看法。日系车型很少采用加热固化工艺,其认为包边后的加热固化工艺是没有必要增设的一道工序,因为彻底的固化需在涂装车间完成。而欧美厂家一般强调采用此道工序,其论点是采用此工艺可增加门盖总成在进入涂装车间前的结构强度及刚性,否则需要在包边后沿周边点焊若干焊点,以保证工件在焊装车间运送及装配时应具有的强度与刚性。国产自主品牌车型及日、韩系车型,包边后不立即进行加热固化,而是在涂装车间完成加热固化工艺。其输送过程中的装卸强度依靠包边后的补点焊或包边后不进行补点焊,仅依靠胶的粘接强度。德系车型包边后一般紧接着进行加热固化,加热固化后不进行点焊补焊。其焊装车间加热固化方式有以下两种:(1)电磁感应加热固化。该工艺是将工件通过自动或手动方法送进加热夹具中,并通过与零件外形相仿的感应加热线圈对门盖总成包边涂胶部位进行加热。这种方法加热的热量不是由外界输入,而是靠工件本身产生,并且是局部加热,所以加热迅速,冷却快。一般工件被加热部位的温度在200℃~300℃,加热时间和加热层深度由感应加热电源功率和频率来确定。功率愈大,加热速度愈快,反之加热速度愈慢;频率愈高,感应电流愈大,集肤效应也愈强,结果是加热愈迅速,但加热层深度愈小。(2)固化炉加热固化。轿车工厂都是大批量生产,而加热固化炉又是几种门盖总成共用的,所以固化炉使用频率很高。为了减少辅助时间,提高固化炉的利用率,固化炉多采用机械化输送系统完成工件的进出。机械化输送方式有间歇式输送与连续式输送两种方式,间歇式输送方式一般采用地面输送链,连续式输送方式一般采用悬挂式输送链。两种加热固化方式的比较:感应加热固化工艺具有占地面积少、加热迅速,能耗