车门钣金异响解决方法介绍与探究

胡迪航　袁一川　郑海林　余汇青　程媛

摘 要：汽车异响问题严重影响用户的驾乘体验，文章从一个车门钣金异响的实例入手，对其异响来源，产生原因，解决措施及验证进行了深入的介绍。主要探讨了钣金间隙中电泳涂层玻璃化转变温度（Tg）对异响形成的影响，建立了振动力学模型，并对其从材料机理上做出了解释。最终通过烘烤温度和时间的提升，提高了电泳涂层的玻璃化转变温度，彻底消除了此类异响。文章提出的异响分析方法为相关工作的开展提供了思路。

关键词：电泳涂层 玻璃化转变温度 钣金异响

1 前言

近年来，随着国内汽车行业的持续发展，产品种类不断拓展成熟，消费者对汽车品质的要求也在逐步提高。汽车的各类质量问题日益受到关注，汽车异响是其中最被顾客抱怨的问题之一。根据汽车之家2022年度投诉分析报告数据显示，在所有汽车质量投诉中，汽车异响投诉达到了19.9%，位于投诉榜前三，严重影响驾乘体验，破坏驾驶者和乘客的心情。异响的来源众多，主要包括线束、内外饰、车身钣金、发动机等等。绝大多数异响源在车体封闭区域或内外饰遮挡区域，确认异响源和返修极为不便。这往往会导致用户在多次反复抱怨后，异响问题仍无法解决，严重影响品牌形象和产品销售[1]。

行业内通常将车身异响分为车身钣金异响、发动机异响、变速箱异响、制动异响等。其中钣金异响是较为常见的一种。本文通过发生的一起车门钣金异响问题，从异响来源，产生原因，解决措施及验证等方面进行讨论和探究，为此类问题的解决提供了一种分析思路。

2 钣金异响产生机理

声音是由物体振动产生，发出声音的物体被称为声源。汽车车身，前后盖及车门由千百个钣金件经过焊接、胶接、螺栓装配等各种工艺组合而成，钣金件的搭接固定方式有2层，3层，4层等等搭接关系，各个钣金部件之间也存在着不同的间隙，在发动机振动与路面传递过来的振动共同作用下，钣金之间极易产生不规则的摩擦与变形，从而导致异响的产生[2]。

产生钣金异响的原因通常有以下几种：（1）设计原因，比如设计抗扭强度不够，钣金间隙设计过小，焊点布置不合理，搭接面积过小等等；（2）制造原因，比如冲压件毛刺、变形，焊接偏移、脱焊，尺寸偏差导致的干涉等等；（3）涂装烘烤原因，比如烘烤不到位形成的热应力，粘漆音，漏涂胶等等。

3 车门异响实例分析验证

3.1 车门异响来源

某车型行驶过程中在经过颠簸路面时出现前车门异响，将异响车门拆下后，发现用手轻轻敲击车门内板可以使钣金异响复现，通过“听、摸、看”的方式，确定异响产生的区域位于车门内部靠近窗框位置。将该车门进行解剖，最终锁定异响来源为防撞管和窗框板之间（结构如图1所示）。

3.2 车门异响分析

为进一步锁定异响源头，对该区域零件生产工序进行排查，主要工序如下，防撞管焊接到窗框板上，再经过后道电泳和油漆工序。按常规异响分析思路，对焊点排布，焊接质量进行分析。该区域共8个焊点，且排布符合设计要求，通过焊点破凿检查焊接质量，焊核直径均大于3.4mm，符合要求。同时，分别对焊接完防撞管电泳前和电泳后的门板进行敲击模拟实验，发现电泳前门板均未出现异响，电泳后门板则出现大比例异响，从而确定异响是经过电泳后产生，与电泳工序密切相关。

对异响区域做进一步观察分析，基于理论设计，防撞管与窗框板焊接后贴合，设计间隙应为0（见下图2），而实际生产中，不可避免会出现局部区域缝隙。通过测量发现零件在该处的间隙范围为0-0.65mm。

间隙的存在使该处在形成电泳液堆积，最终导致电泳涂层堆积偏厚。常规的电泳漆涂层厚度在20-30μm，而涂层堆积处厚度实测高达150μm左右。该区域位于门板内部，零件进入烘房后该处温度相对外部偏低，再加上偏厚的涂层影响，会导致涂层固化交联不足，最终形成硬度偏软的堆积涂层（见下图3）。弹性涂层的存在可能是导致异响产生的根本原因。

3.3 钣金异响理论力学模型

基于振动理论模型，一个振动系统必然具备弹性元件和质量元件，也就是具有弹性和惯性的系统才会振动[3]。当系统受到外界动态作用力的持续激励时，系统的振动将会持续下去。系统在外界持续激励下引起的振动称为强迫振动，它是系统对外部激励的响应。系统的激励可以是力，也可以是位移、速度和加速度。通过现场敲击门内板复现钣金异响的情况推断，在经过颠簸路面时，车门受到路面的激励，钣金随之振动，窗框板和防撞管之间存在微小间隙，防撞管相对窗框板振动，当振幅大于两板之间的间隙时，发生碰撞产生异响。

根据以上现状，其振动力学符合单自由度振动系统中的受迫振动模型，如图4所示：

假设窗框板固定不动。防撞管受外部激励振动，属于振动系统中的质量元件；防撞管和窗框板之间存在间隙，且被电泳涂层填充。那么当涂层表现出弹性时，振动系统成立，防撞管与窗框板之间形成受迫振动，如果外部激励超过一定的程度，使防撞管和窗框板之间的振幅大于两者间隙，这两个钣金件就会相互撞击发出异响。

其力学方程可以表示为：

mx"+cx'+kx=F（t0）

其中m表示防撞管质量，c表示阻尼系数，k表示弹性系数，F表示激励力。x，x，x分别是位移、速度和加速度。

3.4 電泳涂层玻璃化转变温度对车门异响的影响

基于以上分析，当间隙中的涂层表现出弹性，且系统受到一定程度的外部激励时，系统形成受迫振动，会产生异响。电泳涂层主要成分为环氧树脂，作为一种典型的高分子材料，具备高分子材料的基本特性，即当环境温度高于其玻璃化转变温度（Tg）时，涂层表现出高弹态，受较小力就可发生大的形变，外力去除后可完全恢复；当环境温度低于其玻璃化转变温度时，涂层表现出玻璃态，刚性大，外力作用下只发生极其微小的形变[4]。

高分子材料的玻璃化转变温度可通过差示扫描量热仪（DSC）进行测量[5]，对异响件间隙中的电泳涂层和外板正常区域电泳涂层进行测量。结果如表1所示。该测试结果表明，在异响区域堆积的电泳涂层玻璃化转变温度较低，玻璃化温度起始点接近夏季户外常温，当环境温度较高，且超过玻璃化转变温度时，电泳涂层表现出高弹态，振动系统成立，外部激励到一定程度就会产生异响。

电泳涂层的玻璃化转变温度高低与涂层的树脂结构和聚合度有关，在涂层单体结构不变的情况下，聚合度就是唯一影响其玻璃化转变温度的因素。聚合度的高低受烘烤温度，烘烤时间和升温速率影响。为验证烘烤温度和烘烤时间对该电泳涂层玻璃化转变温度的影响，对完成电泳的金属样板分别进行180℃下不同烘烤时间和15分钟烘烤时间下不同烘烤温度实验，测试其玻璃化温度。该实验电泳过程在车间随线完成，为方便温度的调节设定，烘烤过程在实验室小型烘箱中完成。结果如图5所示。由此可以确认该电泳涂层的玻璃化转变温度随着烘烤温度的提高，烘烤时间的延长而上升。

3.5 异响消除措施验证

根据以上结论，适当提高电泳烘房的温度，延长烘烤时间可以提升电泳涂层的玻璃化转变温度，从而使防撞管和窗框板之间无法形成振动系统，彻底解决异响问题。因此，在符合电泳漆烘烤窗口要求的前提下，将烘房的烘烤温度由原来的175℃提升到183℃，烘烤时间由33分钟增加到40分钟。对优化后位于防撞管和窗框板之间的堆积电泳涂层再次进行玻璃化转变温度测试，结果显示，其玻璃化转变温度从原来的35℃左右提升至75℃左右，该温度超过汽车日常环境使用温度，该区域无法形成振动系统，从而可消除异响问题。同时对优化后车门进行内板敲击模拟验证，均无异响产生，表明措施明确有效。

4 结语

本文介绍了一起由电泳涂层玻璃化转变温度低引起的车门钣金异响案例，通过振动系统力学模型建立分析了电泳涂层玻璃化温度对钣金振动系统的影响。当环境温度高于涂层玻璃化转变温度时，涂層呈高弹态，形成振动系统，当环境温度低于涂层玻璃化转变温度时，涂层呈玻璃态，无法形成振动系统。因此通过提升烘烤温度，增加烘烤时间，可提高涂层玻璃化转变温度，破坏振动系统形成，消除异响。

同时对生产和设计上的建议如下：

（1）基于当前节能环保理念，可以对电泳涂料进行高分子结构设计和优化，提高分子刚度，使其固化温度和时间降低，从而确保涂层满足玻璃化温度要求的情况下，降低能耗，提升生产节拍。

（2）对此类存在间隙的钣金焊接面，可以通过结构优化降低间隙的面积，来减少电泳液沉积，比如凹凸台设计，仅焊接极少区域有间隙，加大其它区域间隙。

（3）在实际生产中为防止因结构原因引起的产品内部区域烘烤温度不足，可以通过增加传感器，加强内部间隙区域温度监控，据此可根据不同产品结构设计不同的烘烤炉温曲线。

参考文献：

[1]黎宏伟，徐伟民，刘发清. 解决车身钣金异响的方法探究与实践[J]. 汽车科技，2014（06）.

[2]缑庆伟，关云霞. 基于轿车车身钣金异响的分析研究[J]. 时代汽车，2016，04.

[3]梁波. 水性涂装材料玻璃化温度对车身钣金异响的重要性研究[J]. 时代汽车，2018，04.

[4]戴静芳，刘胜利，陈勇，曹晨忠. 聚丙烯酸酯的玻璃化温度的定量结构- 性质相关研究[J]. 高分子学报，2003，06.

[5]刘丽莹，雷忠海，姜进宪，马丽娜.差示扫描量热法测定塑料的玻璃化转变温度[J]. 橡塑技术与装备，2012，01.