车门烘烤变形原因及改善策略分析

刘礼解，韩 晶，刘 洋，曾心延，蒲少玲

（1.东风汽车集团有限公司乘用车公司，湖北 武汉 430056；2.东风汽车集团有限公司技术中心，湖北 武汉 430056）

近年来，随着汽车市场的日趋饱和，各大汽车制造厂都展开了白刃化的竞争，竞争是全方位的，任何一方面的落后，都有可能造成销量的下降乃至淘汰出局。外观精细感知质量能够给消费者带来视觉冲击，直接影响消费者的购买意愿。各大主机厂为了提高市场占有率，对汽车精细感知方面要求越来越严格[1]。

车门总成作为整车重要的外观覆盖件，其间隙面差的好坏直接影响外观精细感知质量的优劣。然而，车门喷涂过程中烘烤产生变形，是行业内普遍存在的难题。烘烤变形是多个因素互相影响累积，涉及到车门结构形式、焊接工艺、喷涂工艺等多方面，且很难通过前期的计算机辅助工程（Computer Aided Engineering, CAE）仿真分析得出一个量化的结果，只能在试生产早期现场实车验证，通过总结实车数据，优化制造工艺降低烘烤变形量[2]。

本文以某车型车门总成为例，通过几轮实物验证试验，调研车门烘烤前和烘烤后间隙面差的变化，然后提出夹具矫形、铰链螺母板适配调整等调试方案，同时对车门导轨、车门里板、铰链加强板等结构形式的研究，提出车门里板拼焊、车门总成包边后单边点焊、车门铰链加强板与导轨分开点焊等焊接工艺，减少后期尺寸匹配缺陷。

1 车门烘烤变形现状

某车型在小批量试制阶段，前后车门装配于白车身下线后，面差处于合格监控范围内，但总装整车下线后，前门下角均高于后门3 mm～4 mm（尺寸技术规范（Dimensional Technical Specification, DTS）设计值为（0±1.2）mm）。且经验证，后车门烘烤变形较少，影响可忽略不计，主要为前车门贡献，本文主要论述前车门变形。

前车门经喷涂高温烘烤后，车门的强度和刚度有较大提高。因此，通过局部变形来实现间隙面差的调整比较困难，只能调整车门锁扣适度缓解。故后工序需要花费大量的人力物力来对车辆返修，增加调整工时，影响车辆交付。

2 车门烘烤变形数据分析

本文采用全尺寸跟踪实物验证的试验方法分析车门烘烤变形。首先，调研烘烤前车门总成面差，测点分布如图1所示。喷涂烘烤后，拆下车门，相同的方法调研面差。此试验共做5次，取其平均值。

图1 左前车门测点分布图

图2 左前车门烘烤变形面差变化

图3 右前车门烧烤变形面差变化

如图2、图3所示，左前车门7—10中缝下角区域烘烤变形量最大为1.7 mm，其次为15—17号前车门上铰链区域，最大变形量为0.8 mm。右前车门6—11中缝下角区域烘烤变形量最大为4.5 mm。

2.1 前车门上铰链螺母孔3D调研数据

基于前车门上铰链和中缝下角两个区域变形量较大，可能有三种结果：车门下角区域变形、车门上铰链区域变形、下角区域和车门上铰链区域均有变形。分别对其烘烤前后进行3D调研，调研上铰链螺母孔和右下角包边面区域，测点如图4所示。

图4 测点分布图

表1为左/右前车门上铰链螺母孔Y向烘烤变形前后对比。左前车门上铰链螺母孔分别往车身外侧（Y-）变化1.446 mm，1.914 mm，右前车门上铰链螺母孔分别往车身外侧（Y+）变化1.063 mm，1.273 mm。根据车门与铰链的相对运动，车门上铰链区域往车身内侧偏移，中缝下角区域则往车身外侧偏移。

表1 左/右前车门螺母孔烘烤变形变化

表2为左/右前门下角区域2个特征点Y向烘烤变形变化，数据显示，下角区域几乎没有变化。

表2 左/右前车门右下角区域烘烤变形变化

数据显示，前车门上铰链螺母孔喷涂烘烤后，其位置度发生变化，由车门与铰链的相对运动，中缝下部钣金区域发生起翘，面差变大。

3 车门烘烤变形原因分析

车门喷涂过程烘烤变形属于复合型疑难问题，原因较多。根据以往多个项目经验，主要分为设计缺陷及制造工艺不合理。

3.1 车门里板结构形式

车门里板一般分为整体式和激光拼焊式，如图5所示。整体式由冲压一体成型，里板料厚一般为0.65 mm或0.7 mm。拼焊式采用单板分开冲压工艺，然后通过激光焊接工艺把两块厚度不一的单板合为一快整板，靠近铰链处里板料厚为1.2 mm，较薄处料厚0.65 mm。一般来说，车门铰链处的烘烤变形相比其他区域更大些，强度刚度也要求更高。因此，采用拼焊式里板既可以实现轻量化，也可以满足性能要求。

图5 里板结构形式

3.2 车门导轨总成的结构形式

某车型采用车门导轨roof段和铰链加强板设计为一体，车门导轨和里板窗台加强梁在厂内焊接，如图6所示。由于车门导轨总成呈U形，不能构成一个闭环，且roof段与铰链加强板在供应商处焊接，尺寸符合性较差。因此，车门导轨总成、铰链螺母板、车门里板厂内焊接时，三者贴合面通常存在较大间隙，焊接完成后，会存在较大焊接应力，喷涂烘烤后，应力释放，铰链螺母孔的位置度发生较大变化。

图6 车门导轨与里板结构图

3.3 包边料厚

车门里外板一般通过机器人滚边，使其为一个车门总成，包边厚度理论值应为2倍外板料厚与里板料厚之和，包边厚度越大，滚边越不实，里外板贴合性较差。在整车制造过程中，车门总成会经过搬运、安装、调整、抬起、涂装辅具作用力、电泳液冲击、烘烤等各种工序，导致内外板发生错动，错动的状态经过喷涂烘烤后固化，发生较大变形，引起车门面差变化[5]。

3.4 车门涂胶的影响

为了保证车身的强度和刚度，提升车辆的噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness,NVH）性能，焊装白车身及各分总成焊接时，会对总成及零件施加折边胶、减震胶等涂胶工艺。车门总成也是如此，在高温的烘烤下，其应力释放，胶变硬，引起面差变化。经验证，使用折边结构胶的车门，经喷涂烘烤后面差变化1 mm，不涂折边结构胶的车门，经喷涂烘烤后变化0.3 mm[5]。

4 车门烘烤变形解决方案

基于以上烘烤变形原因，一般从两方面提出解决方案：一是在前期车门结构设计阶段，提出优化方案；二是在实物验证阶段，即工业化尺寸调试阶段，进行设计验证和综合匹配[4]。

4.1 车门结构及焊接工艺优化

1.车门里板强度及刚度优化设计

在成本允许的情况下，加厚内板材料的厚度，选择变形量较小的钢材，采用激光拼焊工艺，车门里板采用1.2 mm、0.7 mm的板材通过激光拼焊焊接为一个整体，增加车门铰链侧的强度和刚度，减少变形量。

2.优化车门导轨的结构形式

车门上铰链加强板单独设计，不与导轨在供应商处焊接为一个整体；车门导轨与里板窗台加强梁焊接为整体，形成闭环，增强其尺寸的稳定性，避免后期因生产制造、物流运输引起的尺寸波动。

3.优化焊接工艺

优化车门的焊接顺序，车门里板与铰链加强板焊接后，再与导轨总成焊接，减少车门焊接变形及焊接应力，或增加车门单边点焊，在里外板交叠位置增加局部焊接（傀儡焊、阿普拉斯焊、电弧焊、冷金属过渡技术（Cold Metal Transfer,CMT）焊[5]，防止里外板发生错动。

4.2 工业化调试方案

1.车门焊接夹具的调整矫形

如果前期设计没考虑烘烤变形，后期调试则需要做反变形补偿，通过前期的实物验证试验数据，调整焊接夹具。如在车门防撞杆焊接工序，调整夹具的支撑压紧，矫形使面差变低。

2.车门铰链螺母板的适配调整

车门铰链螺母板与里板焊接，车门铰链一端与车身相连，另一端与铰链螺母板螺栓连接，螺母板的位置决定了车门装配于车身的姿态。3D调研结果显示，某车型车门在喷涂烘烤过程发生变形，上铰链螺母孔的位置往车身外侧偏1.0 mm左右，通过杠杆效应的放大，中缝下角区域面差比后门高2.0 mm。调整车门上铰链螺母板焊接夹具定位销，如图6所示，改变铰链螺母板的焊接位置，调整车门姿态，使前门右下部区域面差低于后门。

3.加强车门结构件的尺寸管控

车门里板、车门导轨、铰链加强板、车门里板窗台加强梁等关键零部件，需要重点管控其尺寸的符合性，保证焊接面贴合良好。

5 结论

车门喷涂过程的烘烤变形问题属于跨专业跨部门的行业疑难问题, 受多种因素影响，每台车变形量都不稳定。前期车门结构设计，设计工程师应将喷涂烘烤变形作为限制条件，进行设计优化，采用车门导轨与铰链加强板分开焊接，车门导轨与里板窗台加强梁设计为一个闭环，采用激光拼焊式里板等。

尺寸工程、焊装工艺、涂装工艺等专业工程师应从各自角度，根据以往的项目经验，做出风险预判，提出设计反馈。如车门包边后增加单边点焊、优化结构件焊接顺序、优化喷涂烘烤的温度，工位布置顺序、涂装辅具的布置等。

在小批量试制阶段，尺寸工程专业应通过多轮实物验证试验，研究变形规律，得出一个稳定的变形量，然后实施夹具的调整做反变形补偿。同时，对关键零部件尺寸做好严格管控，保证焊接贴合良好。