耿輝斌,趙海英,曹慧林,張晶,楊現(xiàn)偉,李彩鳳

(北京汽車集團(tuán)越野車有限公司，北京 101300)

0 引言

儀表板系統(tǒng)承載了組合儀表、各類控制開(kāi)關(guān)、乘員側(cè)安全氣囊、飾條、手套箱、雜物盒、出風(fēng)口、風(fēng)道、CCB等零件，儀表板點(diǎn)爆性能受零件材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊接工藝、弱化工藝參數(shù)等因素影響，引起試驗(yàn)失敗原因較多，通常試驗(yàn)經(jīng)過(guò)多次調(diào)整才能通過(guò)，本文作者根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，分析了當(dāng)前車型的問(wèn)題原因及其他注意事項(xiàng)。

1 儀表板的構(gòu)成及工藝說(shuō)明

儀表板構(gòu)成如圖1所示，主要由儀表板上本體、儀表板下本體、乘員側(cè)氣囊框等數(shù)十個(gè)零件構(gòu)成。影響乘員側(cè)氣囊點(diǎn)爆的主要零件有儀表板上本體和氣囊框,本車型儀表板上本體、氣囊框注塑成型、振動(dòng)摩擦焊接、激光弱化。主要零件工藝及材料見(jiàn)表1。

圖1 儀表板構(gòu)成

圖2 氣囊點(diǎn)爆區(qū)域主要零件

表1 主要零件工藝及材料

(1)注塑成型。儀表板本體和氣囊框分別注塑成型。

(2)激光弱化。注塑完成的儀表板本體進(jìn)行激光弱化，弱化殘余厚度 (0.25±0.1)mm。

(3)摩擦焊接。弱化后的儀表板本體與乘員側(cè)氣囊框摩擦焊接[1],儀表板本體總成制作完成。

2 儀表板點(diǎn)爆試驗(yàn)要求

儀表板包括周邊環(huán)境件按裝車狀態(tài)裝配到白車身上，受環(huán)境倉(cāng)尺寸限制，白車身后半部分切割，試驗(yàn)前應(yīng)至少將試驗(yàn)樣件裝配后在環(huán)境艙放置4 h；儀表板點(diǎn)爆試驗(yàn)分低溫、高溫及常溫3種試驗(yàn)條件，具體試驗(yàn)條件及要求見(jiàn)表2。

因材料在高溫及低溫條件下特性有所改變，因此高溫和低溫點(diǎn)爆比較容易出問(wèn)題，常溫下一般問(wèn)題較少，試驗(yàn)時(shí)先開(kāi)展高溫和低溫，最后進(jìn)行常溫試驗(yàn)。

3 問(wèn)題原因分析及對(duì)策

在低溫氣囊點(diǎn)爆試驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)手套箱打開(kāi)，副駕把手裝飾條彈出，儀表板本體硬質(zhì)碎片飛出，氣囊蓋板鉸鏈斷裂飛出4個(gè)問(wèn)題，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，下面將詳細(xì)描述問(wèn)題現(xiàn)象、原因分析及優(yōu)化方案。

3.1 手套箱打開(kāi)

氣囊點(diǎn)爆過(guò)程中，手套箱兩側(cè)鎖銷脫出，手套箱打開(kāi)。儀表板本體受到氣囊沖擊力的作用產(chǎn)生變形，當(dāng)變形量大于鎖鉤鎖止量的情況下手套箱才會(huì)打開(kāi)。首先排查手套箱鎖銷與襯套過(guò)盈量是否符合設(shè)計(jì)要求，經(jīng)測(cè)量，手套箱過(guò)盈量為10 mm，滿足至少8 mm的要求，此原因排除。再對(duì)手套箱周邊安裝結(jié)構(gòu)排除，發(fā)現(xiàn)周邊結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏弱，容易變形,對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化,如圖3所示，對(duì)手套箱框進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化及安裝點(diǎn)增加,CAE分析剛性提升明顯。

圖3 手套箱優(yōu)化方案

后續(xù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)注意鎖銷周圍的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在鎖銷周圍布置安裝點(diǎn)，減少氣囊點(diǎn)爆過(guò)程手套箱變形。

3.2 乘員側(cè)飾條彈出

副駕把手裝飾條距離氣囊爆破區(qū)域較近，在點(diǎn)爆力的沖擊下，從儀表板安裝位置彈出，對(duì)成員造成傷害，導(dǎo)致試驗(yàn)不合格。對(duì)失效樣件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要原因是飾條卡扣固定力偏小導(dǎo)致，從以下幾個(gè)方面排查：

(1)零件尺寸超差，儀表板安裝孔尺寸偏大，超出公差范圍，導(dǎo)致安裝在其上的零件固定力偏小，對(duì)對(duì)手件開(kāi)孔進(jìn)行檢測(cè)，檢具通止規(guī)都能插入孔內(nèi)，安裝孔尺寸合格。

(2)卡扣固定數(shù)量少，或者選擇的卡扣拔出力偏小，導(dǎo)致安裝后固定力不足，點(diǎn)爆后飛出；位于氣囊點(diǎn)爆附件的零件，對(duì)失效零件進(jìn)行排查發(fā)現(xiàn)飾條采用自身卡扣固定，如圖4斷面A-A所示，卡扣懸臂較長(zhǎng)，裝配后卡扣懸臂向外側(cè)變形，導(dǎo)致卡接量變小，卡接力不足，對(duì)卡扣懸臂內(nèi)側(cè)增加加強(qiáng)筋，避免裝配后變形。

圖4 卡扣優(yōu)化方案

對(duì)于乘員氣囊附近的零件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇合理的連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)卡接力大小排序，通常金屬卡扣最大，其次是塑料卡扣，最小的是零件自身注塑卡扣，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)零件尺寸大小，選擇合理的安裝卡扣。此外，為防止飾條點(diǎn)爆過(guò)程飛出傷人，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以設(shè)計(jì)防脫結(jié)構(gòu)，具體形式如圖5所示，在飾條脫出時(shí)，防脫掛鉤會(huì)卡住飾條，防止飛出，這樣不需要設(shè)計(jì)太大的卡接力，也能防止零件脫出，解決了卡接力大拆解不方便問(wèn)題。

圖5 防脫結(jié)構(gòu)示意

3.3 儀表板本體硬質(zhì)碎片飛出

3.3.1 氣囊框側(cè)面硬質(zhì)飛濺物飛出

點(diǎn)爆過(guò)程儀表板氣囊蓋板兩側(cè)儀表板本體斷裂，有尖銳飛濺物飛出[2]；如圖6所示，對(duì)收集的飛濺物分析發(fā)現(xiàn)，側(cè)面斷裂位置與設(shè)計(jì)弱化軌跡偏離，氣囊蓋板未按弱化軌跡展開(kāi)，下面對(duì)可能造成飛濺的原因進(jìn)行逐項(xiàng)排查。

圖6 氣囊框側(cè)面飛濺物

(1)氣囊框焊接位置排查，氣囊框焊接后位置與設(shè)計(jì)位置偏差±1 mm，焊接位置偏離設(shè)計(jì)位置太大，會(huì)引起氣囊蓋板撕裂位置偏離設(shè)計(jì)位置，氣囊框設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意設(shè)計(jì)焊接定位結(jié)構(gòu),同時(shí)在儀表板模具上刻線,標(biāo)出理論偏差值，如圖7所示，焊接后測(cè)量偏離值。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)樣件測(cè)量，氣囊框焊接位置偏離小于0.8 mm,符合要求。

圖7 氣囊框測(cè)量基準(zhǔn)

(2)殘余厚度排查[3]，設(shè)計(jì)弱化殘余 (0.25±0.1)mm，對(duì)失效樣件弱化殘余厚度測(cè)量，殘余厚度0.45～0.62 mm，不符合要求，另外一套試驗(yàn)樣件為發(fā)生飛濺，測(cè)量弱化殘余厚度0.19～0.22 mm,兩臺(tái)激光弱化參數(shù)一致，殘余厚度測(cè)量不一致，后對(duì)零件生產(chǎn)追溯，厚度較厚的一套試驗(yàn)樣件是注塑后 2 h弱化的，沒(méi)問(wèn)題的樣件是注塑2 d后弱化的，不是同一批次，對(duì)零件尺寸對(duì)比發(fā)現(xiàn)，剛注塑的儀表板本體，因未完全冷卻，應(yīng)力為完全釋放等原因，零件壁厚，型面與理論尺寸存在偏差，造成相同弱化參數(shù)，殘余厚度差異，對(duì)放置不同時(shí)間的樣件進(jìn)行激光弱化，測(cè)量殘余厚度值，測(cè)量值與放置時(shí)間的關(guān)系如圖8所示，放置24 h后區(qū)域穩(wěn)定，弱化殘余厚度符合設(shè)計(jì)要求。

圖8 殘余厚度與放置時(shí)間關(guān)系

對(duì)后續(xù)激光弱化工序增加規(guī)定，續(xù)激光弱化前儀表板應(yīng)注塑完成至少放置24 h，確保零件應(yīng)力完全釋放。氣囊蓋板區(qū)域儀表板本體厚度做關(guān)鍵特征控制，厚度控制在±0.1 mm以內(nèi)，以確保弱化殘余厚度符合要求；此區(qū)域模具設(shè)計(jì)時(shí)注意，避免設(shè)計(jì)滑塊結(jié)構(gòu)因配模匹配不良導(dǎo)致厚度超差，影響弱化結(jié)果。

3.3.2 氣囊蓋板焊接區(qū)域部分本體飛出

儀表板與氣囊框焊接區(qū)域部分儀表板飛出，初步考慮焊接強(qiáng)度不足導(dǎo)致，對(duì)焊接熔深尺寸測(cè)量，兩側(cè)焊接筋熔化0.5 mm，中間焊接筋熔化0.9 mm，摩擦焊接熔深設(shè)計(jì)值(1±0.3)mm，兩側(cè)焊接熔深不符合要求。對(duì)此區(qū)域氣囊框焊接筋高度測(cè)量，兩側(cè)高度2.1 mm,偏離理論設(shè)計(jì)值(2.5±0.1)mm,模具加工不到位導(dǎo)致，修改模具，把焊接筋高度調(diào)整到理論值，如圖9所示。

圖9 氣囊蓋板焊接熔深檢查示意

引起焊接強(qiáng)度不足的原因通常還有焊接胎具不平整，焊接過(guò)程受到的壓力不均勻、焊接壓力小、焊接筋寬度窄或者焊筋布置數(shù)量不足，焊接面積不足等，在開(kāi)發(fā)過(guò)程應(yīng)注意。同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對(duì)于無(wú)法焊接壓頭的位置，如圖10所示，DOGHOUSE背面區(qū)域應(yīng)避免布置焊接筋，避免此區(qū)域焊筋壓力小，不熔融，降低周邊焊接筋焊接強(qiáng)度。

圖10 氣囊框焊接筋布置說(shuō)明

3.3.3 氣囊蓋鉸鏈斷裂飛出

在低溫點(diǎn)爆過(guò)程中，出現(xiàn)一例氣囊蓋板鉸鏈斷裂，如圖11所示，從斷裂效果來(lái)看，鉸鏈根部完全斷裂，初步分析是鉸鏈強(qiáng)度不足導(dǎo)致。對(duì)鉸鏈區(qū)域參數(shù)測(cè)量，斷裂區(qū)域鉸鏈厚度小于理論值2.5 mm，具體測(cè)量值見(jiàn)表3，需對(duì)模具進(jìn)行燒焊，調(diào)整到理論值。

圖11 氣囊框焊接筋布置說(shuō)明

表3 鉸鏈參數(shù)測(cè)量

鉸鏈尺寸是影響氣囊點(diǎn)爆的關(guān)鍵尺寸，經(jīng)常因試驗(yàn)失敗需要調(diào)整，在模具設(shè)計(jì)時(shí)此處注意設(shè)計(jì)鑲塊，方便修改，避免因尺寸調(diào)整造成模具報(bào)廢。

4 方案驗(yàn)證

對(duì)整改后的零件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，如圖12所示，手套箱未開(kāi)啟，副駕把手裝飾條未發(fā)生彈出，無(wú)尖銳飛濺物，氣囊蓋板鉸鏈未發(fā)生斷裂，試驗(yàn)合格。

圖12 試驗(yàn)后儀表板

5 結(jié)束語(yǔ)

儀表板點(diǎn)爆試驗(yàn)涉及零件裝配、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊接工藝、注塑工藝、弱化工藝等，涉及面廣，問(wèn)題原因復(fù)雜，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)統(tǒng)籌考慮。文中針對(duì)氣囊點(diǎn)爆過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)于可能的原因逐項(xiàng)排查，最終找到問(wèn)題原因，并對(duì)其他可能的原因、注意事項(xiàng)給出設(shè)計(jì)建議，希望對(duì)其他車型開(kāi)發(fā)提供借鑒意義，提高試驗(yàn)成功率，降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，縮短開(kāi)發(fā)周期。