汽车一体式门环精度提升

苏烨琳 王小海 陈善飞 李武君 童浩

摘要：汽车一体式热成型门环具有轻量化、强度高、碰撞性能好等优点，但由于零件体积大，定位复杂，模具状态匹配难度大，从而导致一体式门环成型精度差，局部易变形，控制难度大，难以达到生产所需制造精度的要求，目前国内自主品牌车型尚无量产门环。通过某款新车型研发试制，对汽车一体式门环尺寸精度提升进行了系统研究，采用迭代回弹补偿模具型面、调试模具保压间隙、门环定位基准优化和铰链安装面公差偏置等尺寸精度控制措施，并分别在试制阶段和预量产阶段用门环检具检测了6台样品。结果表明，采用精度控制措施后，门环总体制造精度合格率从试制阶段的87.75%提升至预量产阶段的95.90%。

关键词：一体式门环;尺寸精度;热成型;精度控制

中图分类号：U463.85文献标志码：A文章编号：1009-9492（2021）11-0269-04

Accuracy Improment of Automotive Integrated Door Ring

SuYelin，Wang Xiaohai，Chen Shanfei，Li Wujun，Tong Hao

（GAC Research&Development Center Co.， Ltd.， Guangzhou 511434， China）

Abstract： The hot forming integraled door ring has unique advantages on weight reduction， strength improvement and excellent capability of crash. While it is difficult to control the dimensional accuracy and likely to deform in part because of large in size， complicated location and difficultmatchingofthemould. Forthemomentintegrateddoorringhasn′ tbeenusedbyanydomesticautomobilecompany. Dimensional accuracy of automotive integrated door ring was researched systematically by a new car model development， including iterative springback compensation of the moulding surface， adjustion of the mould holding clearance， optimization of the door ring locating datum and tolerance offset of the hinge fixing surfaces. Six samples were tested with door ring inspection tools in the trial production stage and pre mass production stage. The results show that after the precision control measures are adopted， the overall manufacturing precision qualification rate of the door ring is increased from 87.75% in the trial production stage to 95.90% in the pre mass production stage.

Key words： intergrated door ring; dimensional accuracy; hot forming; accuracy control

0 引言

热成型零件具有精度高、成型质量好等优点，目前主要应用在汽车 A 柱、B 柱、门槛等结构件中[1-3]。汽车一体式门环是将激光拼焊板应用在侧围前部热成型件中，形成 A 柱加强板、上边梁加强板、B 柱加强板、门槛加强板一体成型的热成型门环技术[4-5]。一体式门环的优点非常明顯：提高了整体的刚度，可以保证良好的能量传递和抗碰撞性能[6];简化生产过程和后期焊接的工序，降低工厂焊接设备、检具和人力投入;可以选择不同材料、不同料厚的板料进行激光拼焊，整体减重达20%左右[7]，同时具有最佳的材料利用率[8]，零件数量减少19%，焊点数量减少49%，生产时间缩短21%[9]。对应的，门环对板料的技术和热成型模具也要求较高，前期的研发投入和单件成本也较高。由于一体式门环零件大，热成型后极易发生回弹和翘曲变形。目前生产的热冲压激光拼焊板中，绝大部分使用铝硅涂层的钢材，涂层具有防腐蚀和防氧化的作用，但涂层中含有的铝会削弱焊缝，导致零件失效。热成型钢材料采用不带涂层的裸板一方面可以降低成本，另一方面可以避免激光拼焊开裂的风险。但由于在一般的气氛加热炉内存在大量氧气，若采用无涂层钢板，在加热过程中容易产生氧化皮，需要进行抛丸，而抛丸易变形，极大地影响了门环的尺寸精度[10]。

本文在充分评估两种板材的优劣后，采用带有硅铝涂层热成型钢材进行汽车一体式门环的试研，集新材料、新技术、新工艺、新供应商等“四新”为一体。本文在研发某款新能源车型时采用了一体式门环结构，通过该车型的试制研发对一体式门环尺寸精度进行研究，采用多种精度控制策略对一体式门环进行优化，提升一体式门环的尺寸精度，合格率满足量产要求，对汽车一体式门环的开发具有一定的指导和借鉴意义。

1 门环尺寸精度测量

通过开发专用门环测量检具，对镭射后的门环进行精度合格率测量，采用间隙塞尺、百分表等工具测量门环在检具上型面检测点与检具之间的间隙，得到门环各个型面的制造偏差。

在试制阶段（下文简称ET 阶段）测量了6台份门环精度合格率数据，结果如表1所示。由表可知，ET 阶段门环总体合格率较低且波动较大，由于门环是车身侧围重要的加强件，其精度低会导致焊装总装作业困难、与侧围搭接间隙过大或过小、甚至导致车身结构强度弱，影响整车安全性能与外观质量。因此采用精度控制优化措施，提升门环精度是一体式门环量产应用亟需解决的课题。

2 门环精度控制优化措施

CAE可以用于產品性能分析、预测和优化，对产品未来的工作状态进行计算机模拟，可以及早发现涉及缺陷，在实际生产过程中能够起到缩短设计分析的循环周期、优化产品设计、降低设计成本等作用[11]。通过 CAE 分析与试制生产现场相结合，在新车型预量产阶段（下文简称 PT 阶段）对一体式门环采取了迭代回弹补偿模具型面、调试模具保压间隙、门环基准优化和铰链面安装面公差偏置等精度优化控制措施来提升一体式门环的尺寸精度。

2.1 多次迭代回弹补偿模具型面

由于一体式门环体积大，成型过程中容易出现减薄率增大、局部起皱叠料以及冲压回弹翘曲的现象， CAE 模拟表明，局部增大圆角和增设吸皱包或台阶的方式可以有效解决起皱叠料现象[12]。同时，设计多个压料块来控制材料成型过程中的流动，设置不同的行程保证放料稳定性以及过程可控。试制样件测量表明门环 CAE仿真回弹值与实际检测值存在差异，通过多次迭代回弹补偿分析，并结合实际测量值优化补偿模具型面，对型面进行重新补偿，减少冲压回弹和翘曲。

2.2 反复调试模具保压间隙

分别采用0.15 mm和0 mm的保压间隙进行 CAE回弹计算，发现不同模具保压间隙会导致模具成形后回弹差别较大。通过对模具型面进行重新研配，现场采用刷蓝丹提高模具的研合率，蓝丹着色率90%以上;保压间隙偏差控制在±0.05 mm以内，并根据板料成型减薄率调整实际间隙。

2.3 检具夹具基准优化

门环 ET 阶段图纸上设计基准共有21个，经过验证基准数量偏多，且焊接夹具与门环检具定位设计不一致，导致误差累计，不利于精度提升。ET 阶段夹具采用凹模焊接，但检具采用凸模检测，焊接与检测摆放姿态不一致，也导致了误差累计，不利于精度解析和偏差排查。基于此，PT 阶段门环图纸上将基准调整至14个，检具上门环基准位置、数量与夹具保持一致，同时检具与夹具都采用凹模放置零件，减少由于客观原因造成的过程误差。

2.4 铰链安装面公差偏置

车门铰链安装面是车身最重要的安装面之一，若铰链安装面不平整、平面度波动大，容易造成车门整体外观间隙面差不均、感知质量差。为了保证门环铰链安装面与侧围外板铰链安装面的贴合，在 ET 阶段及 PT 阶段将门环零件的4个铰链安装面公差分别往车外偏置0.5 mm ，提高车门铰链安装面的精度。

3 门环精度研究

在 PT 阶段对门环的精度进行了一系列的管控，在门环专用检具上测量了6台份门环精度合格率数据，统计 PT 阶段一体式门环镭射后的制造误差，总体合格率如表2所示。由表可知，镭射后 ET 阶段门环测点合格率87.75%，通过迭代回弹补偿模具型面、调试模具保压间隙、门环定位基准优化和铰链安装面公差偏置等尺寸精度控制措施，将 PT 阶段门环测点合格率提升至95.90%，合格率提升明显且稳定性，证明上述精度控制措施对于提升一体式门环尺寸精度具有良好作用。

图1所示为门环加强板部分型面检测点。分别在ET 阶段与PT阶段统计6台份门环样品在图1中检测点的误差平均值进行对比，如图2～4所示.

从图2可以看出门环测点图1中，检测点1～30在 ET 阶段镭射后误差较大，特别是在检测点22～30处，最大误差达到2 mm ，即在热成型过程中门环上边梁尾端发生了回弹和翘曲变形。采用多次迭代回弹补偿，对该回弹补偿区域进行最大0.7 mm的补偿;经过 CAE仿真分析发现，保压间隙0.15 mm时，门环上边梁尾端区域回弹计算量达到2.58 mm ，当保压间隙减小到0 mm时，回弹计算量降低到1.62 mm ，说明保压间隙是导致门环成型后回弹翘曲的要因之一。实际生产时对模具型面重新研配，多次调试模具保压间隙。通过精度控制措施优化后检测结果表明，PT 阶段门环制造误差明显减小，尾端不再发生翘曲变形，稳定性显著提升。

从图3～4可以看出门环测点图1中，检测点49～57处误差较大，最大误差达到2 mm ，在热成型过程中门环下门槛尾端发生了回弹和翘曲变形。采用多次迭代回弹补偿，对该回弹补偿区域进行最大0.55 mm 的补偿; CAE仿真分析发现，保压间隙0.15 mm时，门环下门槛尾端区域回弹计算量达到2.14 mm ，当保压间隙减小到0 mm时，回弹计算量降低到0.91 mm 。实际生产时对模具型面重新研配，多次调试模具保压间隙。结果表明， PT 阶段误差明显减小，总体稳定性显著提升。

图5所示为门环门洞区域以及车门铰链区域部分检测点，分别在 ET 阶段与 PT 阶段统计6台份门环样品在图5中检测点的误差平均值进行对比，如图6所示。由图可知，门洞区域区域尺寸精度在 PT 阶段得到提升，最大误差从0.9 mm 减小到0.43 mm;且误差曲线波动变小， PT 阶段相比 ET 阶段门环精度稳定性较好。一方面对门环基准进行优化，取消 ET 阶段7个多余基准点，优化基准布置位置，另一方面使门环检具、夹具基准及摆放姿态保持一致，可以有效地降低累计误差。

图5中门环车门铰链区域检测点在 ET 阶段与 PT 阶段制造误差对比如图7所示。由图可知，通过铰链面公差往车外偏置，可以将门环铰链面误差绝对值控制在0.5 mm以内，保证与车身铰链安装面的贴合，达到量产精度要求。

4 结束语

本文通过某款新车型的研发试制，对汽车一体式门环精度提升进行研究，通过 CAE 分析和生产现场相结合，采用了多种精度控制策略，并分别在试制阶段和预量产阶段用门环检具检测了6台份精度数据。结果表明，采用精度控制措施后，门环总体制造精度合格率从试制阶段的87.75%提升至预量产阶段的95.90%，精度稳定性大幅提高，达到量产精度合格率要求。研究表明，多次迭代回弹补偿模具型面、反复调试模具保压间隙、门环检具及门环夹具基准优化、铰链安装面公差偏置等措施对一体式门环精度具有明显的提升作用。本文的研究有效解决了汽车一体式门环精度差、稳定性不足的问题，为后续车型采用一体式门环设计提供了一定的参考价值。

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第一作者简介：苏烨琳（1993-），男，广东潮州人，硕士，研究领域为汽车尺寸工程，已发表论文2篇。

（编辑：王智圣）