近年來，我國汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，特別是自主品牌與合資品牌的加入，使得汽車的價格逐步走低，汽車正以年產(chǎn)干萬臺的數(shù)量充斥著消費市場。而隨著時代的進步和人們收入水平的提高，汽午作為一種提高生產(chǎn)效率和生活質(zhì)旨的交通工具走進了千家萬戶。

在汽車行業(yè)中因設(shè)計問題所導(dǎo)致的汽車召回事件頻頻發(fā)生，這些事件從側(cè)面告訴我們在開發(fā)新產(chǎn)品時不僅要注重開發(fā)周期及成本，而且要注重產(chǎn)品質(zhì)量及用戶的需求。即將推出新的家用汽車產(chǎn)品三包法，對汽車產(chǎn)品及質(zhì)量有著更嚴格的要求：整車“三包”有效期應(yīng)不低于2年或者4萬km；主要總成和系統(tǒng)的一泡”有效期應(yīng)不低于3年或者6萬km。為此， 我們應(yīng)該把主要精力放在產(chǎn)品開發(fā)前期，盡量把結(jié)構(gòu)做到最優(yōu)，避免“亡羊補牢”的現(xiàn)象發(fā)生。

鉸鏈加強板與舉升門內(nèi)板（及外板）進行焊接，為鉸鏈提供安裝點且為鉸鏈安裝點提供一定強度。對于舉升門系統(tǒng)，不管是車身側(cè)還是門側(cè)，鉸鏈區(qū)域鍍金應(yīng)力集中且過大一直是個棘手的問題，因此如何降低此應(yīng)力值是舉升門鉸鏈加強板設(shè)計中重要的研究內(nèi)容。

本文針對舉升門鉸鏈加強板在實車路試中遇到的鉸鏈處內(nèi)板開裂問題，研究如何降低鉸鏈區(qū)域鈑金應(yīng)力值。通過塒鉸鏈加強板的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，以達到最優(yōu)的狀態(tài)，進而達到降低應(yīng)力值、改善舉升門系統(tǒng)性能的目的。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中利用CAE工具進行輔助設(shè)計，不僅可以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，而且可以縮短設(shè)計周期。節(jié)省大量的試驗和生產(chǎn)費用。

1、舉升門鉸鏈處內(nèi)板開裂問題描述及分析

車輛在海南試驗場進行整車可靠性路試試驗時，來完成規(guī)定的粗糙路里程（2.6萬km)就發(fā)現(xiàn)舉升門鉸鏈處內(nèi)板開裂現(xiàn)象，最大裂紋約15mm，如圖1所示。

經(jīng)實車檢查確認，并對此處設(shè)計數(shù)據(jù)進行校核，發(fā)現(xiàn)鉸鏈安裝兩端邊界與鉸鏈加強板上端邊界是交錯的，圖2為結(jié)構(gòu)設(shè)計狀態(tài)（圓圈表示焊點）。同時對設(shè)計狀態(tài)的數(shù)據(jù)進行CAE強度分析（計算方法及加載約束均按CM標準），計算結(jié)果如圖3所示。

經(jīng)過分析及計算，得出內(nèi)扳開裂的根本原因如下：

(1)在車輛運行中，田鉸鏈安裝面i端邊界與鉸鏈加強板下端邊界是交錯的，此時內(nèi)板為單層板受力，且鉸鏈加強板沒 有起到應(yīng)有的保護內(nèi)扳的作用，鉸鏈安裝面上端邊界對內(nèi)板形成切割加大此處內(nèi)板開裂的風(fēng)鹼。

(2)鉸鏈安裝面下端處應(yīng)力集中且最大值選293MPa．門內(nèi)板材料為BUSD，厚度t=0.75(沖壓用冷連軋鋼板，寶鋼企業(yè)標準Q/BQB 408-2009)，其屈服強度為120 - 210MPa，根據(jù)CAE分析計算得出最大應(yīng)力值為293 MPa (>210 MPa)．已 經(jīng)超出板材的屈服極限，存在極大的開裂風(fēng)險，且分析得出的開裂位置與實車故障位置一致。板材的力學(xué)性能如圖4所示。

2、舉升門鉸鏈處內(nèi)板開裂問題優(yōu)化方案

從圖2的鉸鏈加強板設(shè)計結(jié)構(gòu)狀態(tài)來看，鉸鏈加強板上端 邊界到內(nèi)板包邊圓角約有5 5 mm的距離，可適當延長鉸鏈加 強扳的上端邊界以消除鉸鏈安裝面上端邊界與鉸鏈加強板上端 邊界交錯的狀態(tài)（門內(nèi)板單層受力狀態(tài)）。結(jié)合設(shè)計數(shù)據(jù)的狀 態(tài)及其周邊約束，制定了以下優(yōu)化方案。

方案1：在原來一塊加強板的基礎(chǔ)上新增一塊螺母板(板材為SPCC．厚度1:2.0 mm)，鉸鏈安裝螺母焊接在螺母板上， 同時擴大原有加強板的鉸鏈安裝7L．螺母板與原有加強板焊接 后再與門內(nèi)板進行焊接。

方案2：在方案l的基礎(chǔ)上，延長原有加強板及螺母板上 端邊界5mm。

方案3：在方案2的基礎(chǔ)上，在鉸鏈安裝面區(qū)域的鉸鏈加強板及門內(nèi)板貼合而處增加結(jié)構(gòu)膠。

方案4：在鉸鏈處內(nèi)板起一沉臺，將加強板延長到門包邊上，塞進門內(nèi)板與外板包邊中間，先于內(nèi)板焊接后再進行內(nèi)外板包邊。

各優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案如圖5所示。

3 、各優(yōu)化方案CAE計算結(jié)果

下述共設(shè)計了4種不同的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，分別時其內(nèi)板應(yīng)力值進行計算（計算結(jié)果見表1），然后進行對比分析(見表 2)．以獲得最優(yōu)可行的更改方案。

4、方案的對比、選定及驗證

對比4個靠案的分析結(jié)果，可以看rm每一次的優(yōu)化措施都 是十分有效的，此時最大的應(yīng)力值均在板材的屈服范嗣內(nèi)，尤其是方案4對應(yīng)的內(nèi)板應(yīng)力值降低最為顯著，比方案1降低了約26%。較原方案降低了約51%，可以認為方案4的鉸鏈加 強板結(jié)構(gòu)為最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計。但目前所有零件均為全工裝狀態(tài)， 如果按方案4進行改進，將導(dǎo)致門內(nèi)板成型橫模具和鉸鏈加強板成型模、落料模匣內(nèi)外板的包邊機工藝更改，如此大的更改量，不但需要一大筆修模費用，還需要花費較長時間整修模具及調(diào)試工藝。方案3的效果也很明顯．較方案l降低于約20%，如果不采用專用舯涂結(jié)構(gòu)腔的設(shè)備，用膠槍進行打股， 會影響生產(chǎn)節(jié)拍。尤其是冬季，膠罐頒加熱，結(jié)構(gòu)膠的使用條件相當苛刻且難以控制，如果采用專用的涂結(jié)構(gòu)膠的設(shè)備，生產(chǎn)不能停線，再則會造成了膠管堵塞，導(dǎo)致出膠浪費，結(jié)構(gòu)膠本身的價格也相當昂貴，且相關(guān)設(shè)備的維護費用也很高。

結(jié)構(gòu)膠適合于不同類型金屬的高強度粘接。作為一種粘接膠，它可以和點焊、鉚釘和螺絲等其他機械周定方式一起使用；在某些情況下，可以代替E述機械固定方式。結(jié)構(gòu)膠在室溫下的黏度較高，因此在室溫下較難施工。但是，其黏度隨溫度的升高而降低，因此使用前需加熱到55一60℃。加熱時要均勻，腔內(nèi)部和外部的溫度要一致。結(jié)構(gòu)膠多用于前艙、車架及側(cè)圍需要焊接但不能實現(xiàn)的部位。

在保證產(chǎn)品性能的前提下，我們對更改零件與原零件互換性最大、產(chǎn)生費用最小、修模時間最短的方案進行更改。綜合對比，我們采用方案2較原方案降低于約35%，具有一定的可行性。

對以上4個方案中更改的零件做出手工樣件，按各方案的零件狀態(tài)廈焊點信息跟蹤造車并進行整車可靠性路試。路試結(jié)果顯示：方案1驗證失敗，在未完成2萬km粗糙路即發(fā)現(xiàn)鉸鏈處內(nèi)板開裂的問題重現(xiàn)，其余3個方案均驗證成功。

5、舉升門鉸鏈加強板的前期設(shè)計

通過以上對實際問題的分析、優(yōu)化、CAE分析及路試驗證，得到了最優(yōu)的鉸鏈加強板的改進結(jié)構(gòu)設(shè)計方案（方案4）， 為后續(xù)整車項目舉升門系統(tǒng)中鉸鏈加強板的結(jié)構(gòu)設(shè)計作了指引，在阿期鉸鏈處(T03C)截面設(shè)計時要充分利用上述改進結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)驗。但方案4中內(nèi)板起沉臺，延長的鉸鏈加強板衛(wèi)是寨進門內(nèi)板與外扳的包邊中問之后再進行包邊操作，將導(dǎo)致在內(nèi)板有沉臺的此段區(qū)域包邊雎不實、涂密封膠時因涂膠而不平整造成涂膠不均勻，工藝便利性及感知質(zhì)量均有所降低。為了提高工藝操作的便利性及感知質(zhì)量，在方案4的結(jié)構(gòu)上作了進一步的改進：將加強板上端與內(nèi)板的焊接面退后至內(nèi)外板包邊外，取消內(nèi)板處的沉臺，將鉸鏈加強板延伸至窗框角處，加強板、內(nèi)板及外板進行焊接，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計既能有數(shù)避免鉸鏈安裝面邊界與鉸鏈加強板上端邊界交錯的狀態(tài)，又保 證r鉸鏈處內(nèi)板及加強板兩層板受出，同時提高了工藝操作的便利性，也解決了包邊處涂密封膠時因跳槍而導(dǎo)致涂腔不連續(xù)的感知質(zhì)量問題。T03C設(shè)計截面如圖6所示。

根據(jù)以上設(shè)計截面進行鉸鏈加強板的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖7所示。經(jīng)CAir工具分析計算，此種結(jié)構(gòu)鉸鏈處內(nèi)板最大的碰力值為65MPa。

 

6、總結(jié)

根據(jù)以上4個方案的CAE分析結(jié)果，可以看出鉸鏈處內(nèi)板應(yīng)力值的降低與鉸鏈加強板的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。從方案 1、2與原方案之間的對比可以看出，單純地增加板料對降低內(nèi)扳應(yīng)力值的效果不是特別明顯，不但使工藝變復(fù)雜且成本增加；方案3采用特殊工藝取得了較好的效果，同樣使工藝變復(fù)雜且成本增加；方案4更改了鉸鏈加強板的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力值相對降低雖多，效果最為明顯，特別是借鑒之前的經(jīng)驗后，在后續(xù)項目中經(jīng)過改進的鉸鏈加強板結(jié)構(gòu)達到最優(yōu)的狀態(tài)。