王朝锐　李海波　黄明新　庞胜军

摘要：某车型行李箱盖在使用过程中发生锁扣断裂失效，本文通过进行扫描电镜微观分析断裂样件，确定锁扣失效的模式；然后通过对锁扣力学性能、零件定义、车身制造精度及装配调整等方面展开分析，得出锁扣耐久性能不高和装配调整较差等主要原因；最后通过更换锁扣材料、局部结构优化和提高装配精度；经实车验证有效地解决了锁扣断裂问题。

关键词：行李箱盖；锁扣；断裂；分析；材料；装配精度

1.绪论

随着中国快速步入汽车社会，汽车已经普遍进入中国家庭。三厢轿车由于其较大的后备箱储物空间获得广大家庭的青睐，行李箱盖作为车主使用频次较高的部件，要求有较高的可靠性和舒适性，给客户带来良好体验，如果客户在用车过程中，如果存在行李箱锁扣故障造成锁不上或者突然弹开等现象，会引起客户的强烈抱怨，还会影响品牌形象。某车型在上市后，售后反馈客户在使用一段时间后存在锁扣失效，行驶过程中存在行李箱盖突然弹起的现象，经对故障车辆查看，发现行李箱盖存在断裂失效现象，这引起了客户强烈抱怨，必须快速解决此问题。

2.行李箱盖锁扣断裂失效模式分析

为了快速解析锁扣断裂问题，下面结合断裂失效模式，分析锁扣断裂的产生原因。

市场售后部门提供了某车型出现行李箱盖无法关闭的一些数据，我们随机抽取9辆故障车，见图1所示，经初步查看故障车确认是行李箱锁扣已经断裂（图2），锁与锁扣的啮合部位存在磕碰痕（图3）。为了更好的解析锁扣失效模式，需要对其进行断口分析和扫描电镜微观分析。

2.1锁扣断口分析

经过断裂实物断口分析，见图4所示，九件行李箱盖锁扣的断裂形态类似，在锁扣的框形部位两条边处分别发生断裂，对应的断口分别编号为断口A和断口B。断口A为典型的双向弯曲疲劳断口，裂纹起源于锁扣相对两侧的次表层（据表面约0.2mm），最后断裂区呈线条状并位于断面的中部；断口B表现为拉伸疲劳断口，裂纹呈周向起源，最后断裂區在断口心部并呈圆环状。和断口A相比，断口B的最后断裂区面积较大，据此判断断口A部分先发生断裂，而后断口B处发生断裂。

2.2电镜微观分析

由于九件锁扣的断口形态类似，下面选取4#锁扣断口进行扫描电镜微观分析。断口A的微观形貌从两侧表面到心部依次为沿晶-韧窝+准解理-疲劳-韧窝。即：表层为过载开裂形态，然后过渡到疲劳开裂，表层过载开裂特征与次表层疲劳起源区特征有明显的分界线（见图5中的A2和A5），最后在断面中心处瞬间断裂，最后断裂区呈线状（见图5中的A4）。断口B与断口A类似，从表面到心部的微观特征依次为沿晶-韧窝+准解理-疲劳-韧窝。表层过载开裂区与疲劳起源区同样分界明显（见图5中的B2）最后断裂区在断口中部并呈圆环状。

通过断口微观特征分析表明，行李箱盖锁扣在疲劳开裂前，其表面已存在因过载应力作用而产生的初始裂纹。

因此通过上述分析可以判断行李箱盖锁扣为疲劳断裂，发生疲劳断裂的原因是其表面存在初始裂纹。

3.行李箱盖锁扣断裂原因解析

针对初始裂纹产生的原因，从锁扣的工作原理进行解析，见图6所示，其主要是从零件的性能定义、零件的产品定义和车身制造调整等方面进行分析。

3.1零件性能定义

由于该锁扣为供应商所供零件，为了更好检查发生断裂后的零件是否满足定义要求，对锁扣的强度进行分析见图7，经过分析，锁扣的强度满足强度定义，表1：

为了能进一步核查锁扣的耐久性能要求，采用CAE软件分析锁扣耐久的可靠性，通过分析得知（图8）锁扣断裂处的循环18700次，较目标要求（2万次）偏低较多。当车辆行驶在路面状况不良的道路上时，存在锁扣断裂的风险会加大。

3.2零件材料核查

3.2.1金相组织

经过金象组织分析，该锁扣板厚2.5mm，经过碳氦共渗处理，金相组织：心部为铁素体+少量珠光体，图9所示，表面组织为马氏体。

3.2.2化学成分

为了确定锁扣的材料是否符合定义要求，采用直读光谱测表层和心部（距表面距离≥0.4mm）的化学成分，见图10：

3.2.3维氏硬度梯度

锁扣心部硬度137HV0.3，表面硬度632HV0.3，渗层深度0.32mm。采用维氏硬度来表征从表面硬化层到心部的硬度变化，见图11，有效硬化层深度0.09-0.1mm 515HV0.05（参考GB/T 9450-2005）。

3.2.4材料分析结论

综合分析，推测锁扣材料所用材料牌号为SPHC，板厚2.5mm；零件表面经过碳氮共渗处理和淬火回火处理，表面硬度632 HV 0.3，有效硬化层深度0.09-0.1mm。

3.3锁扣探伤检测

为了检查锁扣生产和运输过程中是否产生缺陷，进行锁扣抽查工作，对零部件进行着色探伤分析见图12，经过分析，锁扣没有产生缺陷。

3.4锁扣装配工艺核查

经过调查锁扣的装配过程，发现总装制造时在调整锁扣需要用榔头用力敲击调整，导致锁扣表面产生缺陷。从零件的失效分析来看，锁扣的断裂失效形式首先是表面产生为裂纹，然后裂纹扩展，直至最终彻底断裂，通过断裂的锁扣表面裂纹进行分析，锁扣表面已经产生微裂纹，车辆交付用户使用后，随着时间的推移，产生失效。带有微裂纹锁扣的车辆经过用户使用后极有可能发生断裂。

进一步调查发现，强行调整锁扣是由于安装时锁及锁扣的对中性很难调整到位，导致由于锁和锁扣的安转时是Y向调整量很小，关闭行李箱盖时锁扣会磕碰行李箱锁，导致关闭不畅如图13，为此，现场装配工人不得不通过榔头敲击的方式来调整锁扣，导致锁扣表面产生微裂纹，经过分析锁及锁扣的尺寸链，计算得出按照冲压件的公差分配，车身的焊接精度无法满足装配要求。

从尺寸链的分析结果来看，按照当前的冲压件精度和焊接精度控制要求，锁和锁扣发生磕碰的概率在58.3%如图14，生产调试过程中发生锁与锁扣的磕碰的概率较高，导致只能通过强行调整锁扣来保证锁与锁扣的对中性能。

4.解决方案及验证

根据原因分析，引起锁扣断裂的原因如下，见表2，并给出一些可行的解决方案，并分别进行分析验证。

4.1锁扣结构优化

首先是优化锁扣的结构，将锁扣局部较薄弱的部位进行加强（图15所示），经过CAE仿真分析结果来看，从云图上可知（图16），锁扣两侧变宽后薄弱点从拐角处向右侧转移，且更集中。原方案锁扣折弯处循环次数18700次，新方案为22000次，增长17.6%，效果比较明显，可以满足要求。

4.2锁扣材料更改分析

材料由SPHC换成QSTE420，循环次数明显增长，1890000次（见图17所示），相比未改善前18700次，效果非常明显，可以采用。

4.3车身制造精度和装配调整

为了降低工人在锁扣装配过程中对锁扣造成锁扣伤害发生的概率，在原有锁扣调节量的基础上（图18），增加了锁扣的调整量，对后门槛梁及锁扣加强板等零件进行优化，将锁扣的Y向调整量更改±3mm（图19）。同时，为避免因锁扣安装孔变大导致松脱风险，锁扣拧紧力矩由4.5Nm±10%增加至10Nm±10%。

经过实际装车验证发现，增加锁扣的调整量之后，有效降低锁扣装配环节磕伤的风险，同时现场工人采用工装进行调整和装配，不会对锁扣进行强行敲击来调整。

4.4实施方案效果

通过优化锁扣结构和更换材料的方案，并进行制造装配调整，保证锁和锁扣开闭对中，经过路试及开闭耐久等耐久性验证后，锁扣均没有断裂。并且通过后期市场反馈来看，锁扣的优化方案已消除了锁扣断裂现象的发生。

5.结论

本文针对锁扣的断裂失效模式和断裂原因进行了解析，从设计和制造等方面进行分析，找出失效的可能原因并提出有效的解决方案，为后期车型锁及锁扣的开发积累了经验。

对于此类涉及到耐久可靠性零件的改进验证周期及费用均较高，需要耗费过多的精力与金钱，因此在后续车型开发过程中，建议尽量选择强度更高的锁扣材料及结构，提高锁扣自身的耐久可靠性，來避免锁扣的失效。