孟令辉

(广汽埃安新能源汽车有限公司，广东广州 511400)

0 引言

在汽车市场竞争日趋激烈的大环境下，汽车感知质量越来越被大家所重视，如何提高汽车感知质量是摆在汽车生产制造商前的重要问题。发动机罩是整车重要的外观件，与前翼子板、前大灯、前保险杠及前格栅的间隙面差匹配直接影响感知质量。发动机罩烘烤变形问题是行业内普遍存在的影响整个前脸匹配的主要问题，也是一直困扰汽车工程师的疑难问题，烘烤变形问题很难在产品开发前期进行量化，后期出现发动机罩烘烤变形很难提出明确的解决方案。本文作者研究了汽车发动机罩产品设计和制造工艺中如何减小发动机罩烘烤变形量，使发动机罩尺寸达到公差范围内。

1 发动机罩问题现状

某车型发动机罩设计上为铝发动机罩，PT0阶段拆卸一台经过涂装电泳、烘烤工序后的发动机罩放到总成检具上测量，对比焊装发动机罩总成，发现发动机罩烘烤变形严重，图1为发动机罩烘烤前后数据对比。图2为发动机罩总成烘烤前后数据对比。

图1 发动机罩总成测点

图2 发动机罩总成烘烤前后数据对比

从图2可以看出，铝发动机罩经过烘烤工序后最大变形5.4 mm，变形非常严重，对整车前脸匹配造成很大风险，且变形严重的发动机罩发生内板从外板脱出的问题。

2 发动机罩烘烤变形原因调查

发动机罩烘烤变形问题属于复合型疑难问题，造成问题的原因多种多样，根据多个项目的经验来看，发动机罩烘烤变形可以归结为以下几方面原因：

(1)发动机罩内外板材质

由于材料特性的差异，铝材质在热膨胀系数、回弹率、刚度这些特性上更易发生变形，如图3所示。

图3 发动机罩材质特性分析

(2)发动机罩内板产品结构设计刚度弱

目前随着整车碰撞法规的要求越来越严格，为满足行人保护的要求，往往需要将发动机罩的刚性进行大幅度的减弱，图4为某车型项目发动机罩内板产品结构。图中黑色椭圆框区域平板结构无加强筋，图中白色椭圆框区域大范围挖空结构。

图4 某车型发动机罩内板结构设计

从图4可以看出，发动机罩内板在产品结构设计上 大范围地进行了挖空，且没有任何加强刚性的筋状结构，实际只是用手轻轻抬起发动机罩时内板就会发生明显地扭转，内板发生扭转后与外板发生错动。

在焊装安调线正常装配调整发动机罩后，实测内外板会错动0.5～1.0 mm，到达涂装装配发动机罩支撑辅具后错动量会进一步放大到1.5～2.0 mm；经过电泳后会进一步放大到2.0～3.5 mm；最终经过烘烤工序后固化成内外板错动后的状态，从而发生较大变形。

(3)焊装工艺设计尚无针对内外板错动问题的有效对策

无论是钢发动机罩还是铝发动机罩，在焊装白车身状态下，用手抬起发动机罩时内外板交叠位置都会发生明显错动。因为焊装发动机罩的折边胶未固化，且发动机罩内外板包边后未达到可靠的连接效果。实际的生产工艺过程中，会经过搬运、安装、调整、抬起、涂装辅具作用力、电泳液冲击、烘烤各种工序，都会导致内外板发生错动，错动的状态经过烘烤工序固化，发生较大变形[1]。内外板包边连接结构断面如图5所示[1]。

所以仅仅靠常规的包边工艺，一旦产品设计上发动机罩内板刚性不足或发动机罩采用铝材质，发动机罩大概率会发生严重的烘烤变形。

图5 内外板包边连接结构断面

(4)涂装辅具设计不合理

发动机罩的涂装辅具对烘烤变形的影响同样较大，原因是在烘烤过程中，内外板有发生热变形的倾向，为减小最终的变形量，需要给发动机罩增加合适且足够的约束，道理和防止焊接变形，要将零件放到夹具上施加支撑压紧一样。

图6为某车型发动机罩涂装辅具的形式，单点支撑，向下拉两根弹簧。

图6 某车型发动机罩涂装辅具形式

上述辅具形式的缺点是发动机罩只有三点支撑(前部锁扣位置、左右铰链位置)，整个前部只有锁扣位置支撑，受力过于集中，中部与前大灯匹配位置无支撑。实际发动机罩过完烘烤工序后发动机罩前部与前保匹配区域中间鼓起，左右两侧前大灯位置下沉。发动机罩烘烤变形量如图7所示。

图7 某车型发动机罩烘烤变形量

3 发动机罩烘烤变形改善对策

根据前面所述的烘烤变形的原因，可以确定以下的改善对策：

(1)发动机罩内外板包边状态优化

常规的包边工艺，发动机罩内外板包边的厚度和交叠量直接决定包边后内外板的连接效果，所以发动机罩内外板包边状态需严格按照标准管控。包边厚度管控标准：+0.4/-0.2，交叠量管控标准：±1.5。

(2)发动机罩内板刚性增强

发动机罩内板结构设计上避免采用大范围的挖空结构，如图8所示，增加加强筋结构，中间部分需设计成封闭的一圈凸台结构。

图8 某车型发动机罩内板结构设计

不过目前因为碰撞法规的要求，发动机罩内板的设计趋势都是要大幅度降低刚性，才能满足行人保护的要求，所以从设计上去推进更改发动机罩内板结构不一定行得通。

(3)内板结构设计上增加倒刺结构

在内板的轮廓面上设计一种特殊的产品结构，如图9所示，此方案能够改善包边后的压紧状态，增加内外板摩擦力，防止内外板发生错动。不过此方案有一定风险，因内板结构有一段突变，包边后外板相应位置可能会局部变形，实际效果和可行性有待进一步验证。

图9 内板倒刺结构设计

(4)焊装工艺设计上增加的措施防止内外板错动

①采用双组份折边胶

图10为双组份折边胶固化曲线，图11为双组份折边胶自动涂胶系统。双组份折边胶是指按照一定比例混合两种不同成分胶水后形成的结构胶黏剂，其具有在室温下能够快速固化的特点，和单组份折边胶相比，其能够提供更高的尺寸稳定性，能够有效防止涂装车间烘烤固化之前的转运和调整过程中的内外板错动、烘烤变形及流挂等问题。

图10 双组份折边胶固化曲线

图11 双组份折边胶自动涂胶系统

②采用玻璃微珠的折边胶

玻璃微珠折边胶就是通过在普通的折边胶中加入直径为0.2～0.3 mm的玻璃珠后形成的折边胶，如图12所示，通过发动机罩内外板包边压合的作用力将玻璃微珠镶嵌入内外板之内，达到机械锁固的作用。不需要增加额外的涂胶设备且胶水成本基本上差异不大，效果相对稳定，且可以很大程度地提高生产效率。玻璃微珠的珠径大小和含量对整体的内外板连接效果有很大影响，一般情况下玻璃微珠的混合比例为8%左右，珠径为 0.2～0.3 mm。除了以上条件外，还需要确保内外板的间隙在包边过程中的稳定性，并且压机和滚轮的压强要足够大，实际调试过程中需要多次调试，才能充分地发挥玻璃微珠折边胶的机械锁固作用。实际的使用效果需通过拆解发动机罩总成确认玻璃微珠是否嵌合至内外板之中来判断[2]。

③增加焊接工序

为了有效防止内外板发生错动，在内外板交叠位置增加局部焊接(傀儡焊、阿普拉斯焊、电弧焊、CMT焊)，有效防止内外板发生错动，从而阻止发动机罩发生烘烤变形。图13为某车型发动机罩焊点方案。

图13 焊点方案示意

采用局部焊接工序需要精确调整焊接参数，避免出现电流过大或过小的情况，过大会烧穿外板，过小会造成虚焊，内外板未烧熔到一起，起不到作用。焊接后需要对焊点进行打磨，避免外观缺陷。铝发动机罩一般不适合采用局部焊接的方法，因为铝发动机罩焊接后易变形且焊接后打磨产生铝粉有极大的安全隐患。

④采用高频感应加热固化

高频感应加热固化的原理是利用大电流对发动机罩折边区域进行感应加热，使折边胶烘干固化，达到加强内外板连接固化的效果。高频加热感应固化设备主要包括高频发生器、高频加热管、连接电缆和夹具和吸烟装置这几部分。

某车型发动机罩包边后采用高频感应加热折边胶的使用案例如图14所示。包边后的发动机罩总成自动放入感应加热工装内，该工装内的支撑及定位夹头均采用绝缘材料。通过与发动机罩总成仿形的感应加热线圈对包边区域进行加热。

图14 高频感应加热设备示意

高频感应加热可以设计为对局部或者全部包边区域的折边胶进行可控性加热固化，平均每件加热时间约40 s，能够满足车型高生产节拍的需求。可以将固化设备与焊接夹具、下料台、包边模具整合为一体式结构，减少设备占地面积。高频感应加热方案的一次性投资较高，无法实现柔性地多车型共用，且需要严格控制感应加热参数，防止温度过高或过低造成缺陷。同时如果发动机罩为人工下料，还要必须考虑增加辅助下料设备或设置过渡台进行冷却[2]。

发动机罩黏接圈支撑夹具如图15所示。

⑤烘干线加热

烘干线加热是指在焊装车间内单独建立四门两盖烘干线的方案。将四门两盖总成运输至烘干线进行短时间加热，使折边胶受热固化，达到防止内外板错动的作用。烘干线原理示意图如图 16 所示。

图15 发动机罩黏接圈支撑夹具

图16 烘干线原理

烘干线具有投资较低、可以实现多车型共线等优点。但烘干线也同样存在占用面积大、空间利用率差、热量利用率低等缺点，且存在在运输至烘干线过程中零件发生变形的风险[2]。

(4)优化涂装辅具方案

为防止发动机罩在涂装车间经过电泳池受水流冲击内外板发生错动，以及在烘干房受热时应力释放发生热变形，需要通过合理设计涂装辅具形式对发动机罩增加足够的约束，减小发生变形的趋势。

合理地布局涂装辅具的支撑位置很关键，根据定位的一致性原则，支撑位置选择与发动机罩的RPS点保持一致，图17为某车型采用锁扣位置(单点支撑+两根弹簧)及采用(四点支撑+两根弹簧)方案对比。

四点支撑相对于单点支撑优点是避免了受力过于集中，且对于整个发动机罩来说定位完全，约束足够，很好地避免了因局部位置约束不足而发生变形。实际发生烘烤变形量对比采用四点支撑后最大变形量从3.5 mm减小到0.5 mm以内。

图17 单点和四点辅具支撑方案对比

4 结论

发动机罩烘烤变形问题属于跨专业跨部门的行业内疑难问题，受多种因素影响导致每台车变形量不稳定，问题往往在前期没有及时地暴露出来，一旦前期没采取合适的对策，接近量产阶段再去对应更加难以解决。因此每个项目都需要将发动机罩烘烤变形的问题作为SA问题点提前在设计阶段对问题进行评估及制定好相应的对策，在试制阶段前期对问题现状进行把握，一旦发现问题立即对之前制定好的对策进行验证，快速确定最终的解决方案。

发动机罩的材质优先选用钢材质尽量避免为了轻量化采用铝合金材质，内板结构设计上避免单纯为了行人保护的要求而过度降低发动机罩内板刚性，不考虑后续发生较大烘烤变形影响整车外观匹配的风险。内板倒刺结构设计在项目初期可验证，如造成外板局部变形则方案不可行。在焊装工艺设计上优先选用成本较低的玻璃微珠的折边胶方案，如方案实施效果不好需增加局部焊接工艺或采用双组份折边胶，不推荐成本较高的高频感应加热工艺及烘干线方案。涂装辅具方案优化是成本较低且效果较好的改善方案，需要前期同步工程阶段就考虑好辅具的支撑方案，需要在发动机罩和车身上选取合适的支撑位置，如数模上没有合适的位置则提前提出设计变更增加。