張超 樊友嗣 段小草 陳思茹 朱毅

（神龍汽車有限公司，武漢 430056）

1 前言

門護(hù)板具有一定操作、倚靠、保護(hù)乘員安全、儲(chǔ)物、密封車門內(nèi)鈑金孔等功能[1]，其定位和緊固均作用在車門內(nèi)鈑金上，一般采用定位銷配合鈑金孔定位，采用8～10個(gè)“鳥嘴形”塑料卡扣卡接在鈑金孔中緊固[2]。車門內(nèi)鈑金和門護(hù)板之間的區(qū)域?yàn)楦蓞^(qū)，因此門護(hù)板對(duì)車門內(nèi)鈑金的密封是車門系統(tǒng)水管理分析的重點(diǎn)。

本文針對(duì)某車型門護(hù)板定位銷漏水問(wèn)題，通過(guò)理論分析與淋雨試驗(yàn)驗(yàn)證，分析門護(hù)板定位銷漏水問(wèn)題的原因并提出改進(jìn)方案，最后對(duì)該車型門護(hù)板淋雨試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)方法以及設(shè)計(jì)校核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新。

2 問(wèn)題描述

某車型門護(hù)板采用“一面兩銷”的定位方式限制6 個(gè)自由度，如圖1 所示：上方的定位方式為上體內(nèi)部的卡槽卡在內(nèi)水切密封條處，前、后側(cè)和下方的定位由裙邊內(nèi)側(cè)一圈“鳥嘴型”塑料卡扣卡接在鈑金孔中，這樣上、下、前、后形成一個(gè)“面”，限制了門護(hù)板Y向的移動(dòng)和X向、Z向的轉(zhuǎn)動(dòng)；門護(hù)板上有2個(gè)定位銷，前定位銷為十字定位銷，限制X向、Z向的移動(dòng)，后定位銷為一字定位銷，限制Y向的轉(zhuǎn)動(dòng)。若定位銷鈑金孔為圓形，則定位銷設(shè)計(jì)為一字型和十字型。本文車型定位銷鈑金孔為橢圓形，因此，十字定位銷截面為王字型，一字定位銷截面為工字型。某車型定位銷在門護(hù)板上直接注射成型，定位精確，且定位銷長(zhǎng)度可以根據(jù)裝配需要調(diào)整[3]。

圖1 門護(hù)板的定位

在批量試裝階段的整車淋雨試驗(yàn)中，整車在30 mm/min 的噴水量下翻轉(zhuǎn)淋雨30 min。淋雨試驗(yàn)完成后，打開車門發(fā)現(xiàn)門檻裝飾件和地毯進(jìn)水，門護(hù)板下方裙邊邊緣有水跡流到鈑金邊緣，拆開門護(hù)板，發(fā)現(xiàn)十字定位銷泡沫墊塊有水跡，定位銷鈑金孔附近有水滴，其下方揚(yáng)聲器表面存在水滴，如圖2所示，一字定位銷處無(wú)漏水現(xiàn)象。

圖2 十字定位銷漏水情況

3 原因分析

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，門護(hù)板定位銷漏水的可能原因如下：

a.門護(hù)板定位銷泡沫墊塊密封設(shè)計(jì)不合理；

b.門護(hù)板定位銷泡沫墊塊密封壓縮量不足；

c.門護(hù)板泡沫墊塊材料彈性不足；

d.淋雨時(shí)門護(hù)板定位銷處積水量大。

對(duì)于上述前3 個(gè)原因，可以通過(guò)該車型和對(duì)比車型的定位銷泡沫墊塊密封的壓縮量理論值和實(shí)際值對(duì)比分析來(lái)驗(yàn)證，定位銷處積水量大可以通過(guò)環(huán)境件分析和淋雨分析來(lái)驗(yàn)證。

3.1 門護(hù)板定位銷的結(jié)構(gòu)分析

3.1.1 定位銷密封理論分析

該車型門護(hù)板的2個(gè)定位銷均采用同一種密封墊塊進(jìn)行密封，密封墊塊厚度為10 mm，鈑金臺(tái)面與定位銷基座臺(tái)面的距離為5 mm，泡沫墊塊的壓縮量為5 mm，如圖3a 所示。理論上，泡沫墊塊有5 mm的厚度封堵在鈑金孔中，同平臺(tái)另一款車型的密封結(jié)構(gòu)與此相同，如圖3b 所示，說(shuō)明該密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

圖3 門護(hù)板定位銷密封結(jié)構(gòu)

3.1.2 定位銷密封壓縮量實(shí)際測(cè)量與分析

在門護(hù)板裝配完成狀態(tài)下，泡沫墊塊的壓縮量無(wú)法直接測(cè)量，可以通過(guò)泡沫墊塊的厚度和鈑金臺(tái)面與定位銷基座臺(tái)面的距離計(jì)算獲得。由于門護(hù)板檢具沒(méi)有測(cè)量鈑金臺(tái)面與定位銷基座臺(tái)面距離的功能，因此采用1∶1 比例的鑄鋁毛坯裝配而成的標(biāo)準(zhǔn)車身作為檢具。取下門護(hù)板定位銷泡沫墊塊，在定位基座和定位銷上放入厚度為15 mm 的橡皮泥墊塊，裝配在標(biāo)準(zhǔn)車身的車門模塊上，然后拆下門護(hù)板，測(cè)量橡皮泥與鈑金臺(tái)面的印記與定位銷基座臺(tái)面的距離，一字定位銷的相應(yīng)距離為5 mm，十字定位銷的相應(yīng)距離為7 mm，即十字定位銷泡沫墊塊的壓縮量?jī)H有3 mm，如圖4所示。

圖4 定位銷基座與鈑金的距離

十字定位銷基座被一圈橢圓形的筋和內(nèi)部筋分割，產(chǎn)生6 個(gè)凹槽，凹槽深度為5～20 mm，而同平臺(tái)車型凹槽深度只有2～3 mm，如圖5 所示。因?yàn)槎ㄎ讳N筋的厚度僅有1.9 mm，造成支撐率不足，拆卸下門護(hù)板后，發(fā)現(xiàn)泡沫墊塊表面被定位基座筋壓出凹槽。定位銷凹槽面積占總面積的80%，壓縮泡沫墊塊時(shí)，泡沫墊塊向定位銷凹槽擠壓填充，定位銷凹槽產(chǎn)生一定變形，造成鈑金孔的壓縮量不足。理論壓縮量為5 mm，定位銷凹槽壓縮量為3 mm，則鈑金孔的壓縮量?jī)H2 mm。

圖5 十字定位銷基座的筋和凹槽

3.2 泡沫墊塊材料彈性分析

定位銷泡沫墊塊材料為聚乙烯（Polyethylene，PE）發(fā)泡，密度為35 kg/m3。定位銷密封用的泡沫墊塊應(yīng)具有較好的回彈性能，如壓縮時(shí)產(chǎn)生塌陷，不能起到密封作用。

門護(hù)板在安裝前，定位銷泡沫墊塊未被壓縮，正、反面均平整。安裝完成后，拆卸下門護(hù)板，發(fā)現(xiàn)定位銷泡沫墊塊在鈑金面外沿的部分較為平整，內(nèi)圈因被壓到鈑金孔內(nèi)，形成橢圓形凸臺(tái)。受分割定位銷基座槽的筋的壓力作用，定位銷泡沫墊塊在定位銷基座面出現(xiàn)凹槽，其余部分則凸出。這說(shuō)明定位銷材料在壓縮后出現(xiàn)了永久變形，無(wú)法回彈，如圖6所示。

圖6 泡沫墊塊壓縮后無(wú)法回彈

綜上，由于鈑金件孔存在半徑為3.5 mm 的圓角，理論上鈑金件處泡沫墊塊的壓縮量為3.5 mm，定位銷基座的壓縮量為1.5 mm。實(shí)際上，由于符合性問(wèn)題，定位銷基座與鈑金的間隙為7 mm，定位銷基座的筋對(duì)泡沫墊塊的支撐面積遠(yuǎn)小于鈑金件對(duì)其的支撐面積，導(dǎo)致壓縮量大多分配在定位銷基座的凹槽。凹槽內(nèi)部分配的壓縮量為2.5 mm，在鈑金孔處的壓縮量?jī)H為0.5 mm，且水均積聚在半徑為3.5 mm 的圓角圍成的凹縫中。定位銷泡沫墊塊理論壓縮量分配和實(shí)際壓縮量分配對(duì)比如圖7 所示。最后，由于泡沫墊塊的回彈性能差，密封鈑金的力小于水的重力與沖擊力的合力，水將壓縮量為0.5 mm的密封墊塊擠開，沿密封墊塊和鈑金的接觸面流下，穿過(guò)密封墊塊的水滴積聚后，滴漏在下方揚(yáng)聲器上，造成漏水缺陷。

圖7 泡沫墊塊壓縮量分配理論值與實(shí)際結(jié)果對(duì)比

根據(jù)淋雨方式的不同，水的重力與沖擊力的占比不同。水平淋雨時(shí)，沖擊力為主要因素，因?yàn)橄尬黄骱投ㄎ讳N自身反彈的水流沖擊定位銷及定位銷孔。翻轉(zhuǎn)淋雨時(shí)，重力為主要因素，因?yàn)榇藭r(shí)水流的重力作用軌跡線會(huì)經(jīng)過(guò)定位銷及定位銷孔。

3.3 定位銷處水流環(huán)境分析

校核環(huán)境件發(fā)現(xiàn)，限位器與定位銷的最小距離為9.8 mm，如圖8所示。淋雨時(shí)，雨水沿著門護(hù)板上體前的內(nèi)水切的玻璃外沿豎直向下流，進(jìn)入車門內(nèi)板鈑金和外板鈑金之間，而限位器也在兩者之間。水流在重力作用下沖擊限位器殼體，限位器殼體將水流反彈濺射到十字定位銷上，使該區(qū)域的流水量增多。

由于定位銷頭部相對(duì)從側(cè)窗玻璃流下的雨水形成的豎直水流線超出12 mm，淋雨時(shí)水路一定會(huì)經(jīng)過(guò)定位銷，使其處于豐水區(qū)，定位銷泡沫墊塊更易漏水。而對(duì)比車型因?yàn)樯象w和內(nèi)水切密封條的遮擋作用，使定位銷泡沫墊塊處于干區(qū)，如圖9所示。

綜合以上分析，門護(hù)板定位銷漏水的主要原因有：

a. 門護(hù)板十字定位銷基座臺(tái)面與鈑金臺(tái)面間隙大，超出標(biāo)準(zhǔn)公差2 mm；

b. 門護(hù)板卡扣基座凹槽面積過(guò)大，缺少支撐，泡沫墊塊因凹槽變形導(dǎo)致壓縮量減少；

c.定位銷泡沫墊塊材料回彈性能差，鈑金孔密封力不足；

d.門護(hù)板十字定位銷處于豐水區(qū)。

4 改進(jìn)措施

針對(duì)門護(hù)板定位銷漏水的原因a，可以通過(guò)調(diào)整門護(hù)板符合性來(lái)解決問(wèn)題。由于一字定位銷在中嵌飾板骨架上，十字定位銷在主框架上，主框架和中嵌飾板通過(guò)焊接連接，涉及的尺寸鏈較長(zhǎng)，造成2 個(gè)定位銷基座與鈑金凸臺(tái)表面距離存在差異，在后續(xù)在設(shè)計(jì)上，2 個(gè)定位銷應(yīng)盡量設(shè)計(jì)注塑在同一子件（主框架或中嵌飾板）上。針對(duì)原因b和原因c，可以通過(guò)增加泡沫墊塊的壓縮量和支持率來(lái)解決。原因d 屬于先天設(shè)計(jì)問(wèn)題，當(dāng)前階段不宜對(duì)門護(hù)板進(jìn)行大幅修改。經(jīng)過(guò)以上分析，制定了臨時(shí)方案和長(zhǎng)期方案。

臨時(shí)方案是在門護(hù)板的定位銷基座上增加厚度為1 mm的塑料橢圓環(huán)形墊片，如圖10 所示。該墊片將定位銷基座上的凹槽與泡沫墊塊隔絕，使泡沫墊塊向定位銷基座方向的變形很小，泡沫墊塊向鈑金面方向變形，緊緊地塞在鈑金孔內(nèi)。另外，墊片和泡沫墊塊的總厚度為11 mm，壓縮量為6 mm，使得泡沫墊塊對(duì)鈑金孔的密封力更大，密封性能更好。

圖10 臨時(shí)方案

臨時(shí)方案實(shí)施后，門護(hù)板十字定位銷處不再漏水，方案有效。該方案需增加一個(gè)墊片零件，且需要將其套入定位銷中，增加工時(shí)，且存在漏裝的風(fēng)險(xiǎn)，零件開發(fā)成本和人工成本較高，僅能作為臨時(shí)方案。

4.1 定位銷泡沫墊塊厚度調(diào)整

臨時(shí)方案中，增加墊片是為了增大壓縮量，長(zhǎng)期方案也按照此原理，增加泡沫墊塊的厚度。

為了彌補(bǔ)材料回彈性能不足導(dǎo)致的密封性能不足，增大泡沫墊塊的厚度，由10 mm增加至12 mm。

4.2 定位銷基座結(jié)構(gòu)調(diào)整

臨時(shí)方案增加的橢圓環(huán)形墊片隔開了定位銷基座的凹槽，增大對(duì)定位銷泡沫墊塊的支撐面積，長(zhǎng)期方案也按照此原理，增大定位銷基座筋的寬度，增大支撐面積。

定位銷基座筋的寬度為1.9 mm，最理想的修改方案是增大筋的寬度，將凹槽填平使定位銷基座臺(tái)面成為平整面。但考慮到模具結(jié)構(gòu)，只能盡可能地增大筋的寬度，提高支撐率。經(jīng)過(guò)模具分析，寬度最多可增大至3.8 mm，增加后，其支撐面積和支撐率可以提高了1倍，如圖11所示。

圖11 定位銷筋調(diào)整前、后對(duì)比

制作定位銷筋加寬的快速樣件，如圖12 所示。采用12 mm 泡沫墊塊，淋雨試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)定位銷處漏水，缺陷消除。然后啟動(dòng)模具修改，改模件上線后，經(jīng)過(guò)大批量驗(yàn)證，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)門護(hù)板定位銷漏水，證明該組合方案有效。

圖12 快速樣件

4.3 門護(hù)板水管理設(shè)計(jì)和檢查方法

門護(hù)板安裝在車門鈑金的過(guò)程為：先將門護(hù)板內(nèi)部帶槽的上體掛在鈑金上的內(nèi)水切密封條上，然后以內(nèi)水切密封條軸向?yàn)樾D(zhuǎn)軸，將定位銷斜插入鈑金定位孔，然后將鳥嘴型卡扣安裝在鈑金卡扣孔處[4]。如圖13 所示，設(shè)旋轉(zhuǎn)軸中心與定位銷中心的距離為A，定位銷超出玻璃的尺寸為B，豎直水流線與鈑金的距離為C，定位銷頂點(diǎn)與鈑金的距離為D，按照近似等價(jià)原理，門護(hù)板截面段為長(zhǎng)直角邊，長(zhǎng)度為A，鈑金截面段為斜邊，尺寸為E，定位銷截面段即為理論定位銷，其長(zhǎng)度為D，三者構(gòu)成一個(gè)直角三角形，其夾角θ為安裝角（θ的取值范圍為4°～8°）。以上尺寸的幾何關(guān)系如下：

圖13 門護(hù)板的安裝及翻轉(zhuǎn)淋雨

由等價(jià)無(wú)窮小原理，當(dāng)θ→0°時(shí)，sinθ～tanθ，當(dāng)θ很小時(shí)（<5°），sinθ≈tanθ。當(dāng)θ在5°～8°范圍內(nèi)時(shí)，工程上近似認(rèn)為sinθ≈tanθ。當(dāng)θ在4°～8°范圍內(nèi)時(shí)，A≈E，門護(hù)板可順利安裝。定位銷長(zhǎng)度D=B+C，C的取值范圍為25～40 mm，要保證定位銷被門護(hù)板上體及玻璃擋住，則B的取值為0，甚至為負(fù)值。車輛在靜態(tài)下，通過(guò)A=D/tanθ可得A的取值范圍?？紤]到車輛顛簸時(shí)水滴的晃動(dòng)有不確定性，設(shè)安全距離為S=10 mm。則安全距離下的定位銷長(zhǎng)度DS=D-S，通過(guò)A=DS/tanθ計(jì)算可得A的取值范圍。

考慮翻轉(zhuǎn)淋雨及車輛顛簸同時(shí)存在的情況，翻轉(zhuǎn)淋雨時(shí)，汽車與水平地面的傾角為5°，設(shè)此時(shí)的定位銷長(zhǎng)度為D′，定位銷頭部到豎直水流線的距離為G，水流恰好接觸定位銷，如圖13c 所示，有C′=D′+G+F·tan5°，G=0，即：

式中，F(xiàn)為翻轉(zhuǎn)5°時(shí)玻璃最下端到定位銷中心線的垂直距離；A′為翻轉(zhuǎn)5°時(shí)旋轉(zhuǎn)軸中心與定位銷中心的距離；C′為翻轉(zhuǎn)5°時(shí)鈑金到過(guò)玻璃與鈑金平行線的距離，其取值與C相等；D′為翻轉(zhuǎn)5°時(shí)定位銷頂點(diǎn)與鈑金的距離；J=33 mm 為旋轉(zhuǎn)中心與玻璃下邊緣的距離；DS′為安全距離下的定位銷長(zhǎng)度。

式（2）化簡(jiǎn)可得：

同一條件下，A′

定位銷的長(zhǎng)度D應(yīng)大于鈑金孔的寬度H（H=6 mm）與裝配導(dǎo)向倒角的水平距離（5 mm）之和為11 mm。由此可以計(jì)算A的最小值A(chǔ)min。A的最大值A(chǔ)max和最小值A(chǔ)min計(jì)算結(jié)果如表1、表2所示。

表1 A的最大值

表2 A的最小值

以上計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)了最小值大于最大值的情況，需要盡量避免。由表1、表2可知，定位銷在門護(hù)板Z向的高度位置決定了定位銷的長(zhǎng)度。該車型門護(hù)板安裝角為8°，因?yàn)槎ㄎ讳N設(shè)計(jì)在門護(hù)板中部，A=240 mm，導(dǎo)致定位銷長(zhǎng)度較長(zhǎng)。優(yōu)化后的門護(hù)板水管理方法為：將定位銷長(zhǎng)度設(shè)計(jì)在Amax和Amin之間，定位銷可以設(shè)計(jì)得較短，從而被上體、內(nèi)水切、玻璃遮擋，且避開了中部限位器的淋雨水反彈，使定位銷區(qū)域成為“干水區(qū)”，同時(shí)可以降低密封用的泡沫墊塊性能要求，且不會(huì)出現(xiàn)漏水。

該車型門護(hù)板淋雨試驗(yàn)的檢查存在誤判情況，因?yàn)槎ㄎ讳N很長(zhǎng)，在淋雨試驗(yàn)中會(huì)被淋到，且水在定位銷上出現(xiàn)殘留。拆除門護(hù)板時(shí)，殘留的水流到泡沫墊塊端面、鈑金端面和揚(yáng)聲器表面，造成漏水的誤判。為此本文更新檢查標(biāo)準(zhǔn)，在淋雨試驗(yàn)結(jié)束后，如發(fā)現(xiàn)門護(hù)板下方有水，先使用切割機(jī)將門護(hù)板表面層切除，再做一次淋雨試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，檢查員坐在車內(nèi)，實(shí)時(shí)觀察門護(hù)板定位銷和其他位置是否漏水，如揚(yáng)聲器、鈑金孔貼片、防雨簾、門護(hù)板卡扣，破拆門護(hù)板如圖14所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)水管理分析，發(fā)現(xiàn)環(huán)境也是定位銷漏水問(wèn)題的重要影響因素。本文通過(guò)探討設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提出將定位銷長(zhǎng)度設(shè)計(jì)在門護(hù)板Z向的A值取值區(qū)間內(nèi)，使定位銷處于干區(qū)環(huán)境，并更新了淋雨檢查方法，避免了淋雨缺陷的誤判。通過(guò)解決試裝階段門護(hù)板定位銷漏水問(wèn)題，得出以下結(jié)論：

a.門護(hù)板在設(shè)計(jì)之初應(yīng)考慮水管理設(shè)計(jì)，針對(duì)門護(hù)板密封鈑金孔的部分開展密封性分析，3D數(shù)據(jù)定義固化時(shí)，應(yīng)進(jìn)行水管理校核。

b. 定位銷在Z向的高度決定了其在Y向的長(zhǎng)度，高度應(yīng)小于最大臨界值，使定位銷被上體、內(nèi)水切、玻璃遮擋，同時(shí)避免中下部零部件如限位器等將雨水反彈飛濺到定位銷。

c. 定位銷密封件泡沫墊塊要選擇回彈性能好的材料，對(duì)泡沫墊塊的壓縮量分析要考慮兩側(cè)壓縮量的分配，只有提高定位銷基座一側(cè)的支撐率，甚至做成大平面，鈑金孔一側(cè)壓縮量才能達(dá)到理論值，實(shí)現(xiàn)理想的密封效果。

d. 十字定位銷和一字定位銷最好同時(shí)設(shè)計(jì)在本體或其他子件上，避免分別布置在2個(gè)子件上，造成尺寸鏈較長(zhǎng)導(dǎo)致誤差累積超差，調(diào)整到合格范圍內(nèi)比較困難。