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发表于 2020-3-17 08:40:01 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车车门锁扣断裂失效分析

王帅
(徐州徐工汽车制造有限公司,徐州 铜山 221100)
【中国汽车材料网】摘 要:汽车车门锁扣总成是一种连接车门与车身并实现汽车车门锁紧所必备的零部件。汽车门锁系统是保证车辆安全性的重要组成部分,根据法规要求车辆在行驶或发生碰撞时,车门不得自动打开,但碰撞后车门必须可以正常开启,并须具备良好的防盗性能。本汽车车门锁扣断裂失效展开探讨。
关键词:车门锁扣;断裂;渗氢;氢脆

汽车门锁系统是保证车辆安全性的重要组成部分,根据法规要求车辆在行驶或发生碰撞时,车门不得自动打开,但碰撞后车门必须可以正常开启,并须具备良好的防盗性能。因此,作为汽车门锁系统中锁止机构重要组成部分的锁扣设计也显得至关重要。汽车车门锁扣总成是一种连接车门与车身并实现汽车车门锁紧所必备的零部件。在车门正常关闭过程中,通过汽车门锁的卡板和止动爪的啮合,与车门锁扣咬合实现汽车车门的锁紧。因此,必须要求其具备良好的防盗性能,以保证驾驶员和乘客在行车和泊车过程中的人身安全和财产安全,同时要求车辆在行驶或发生碰撞时,车门不得自动打开,但碰撞后车门必须可以正常开启,这对汽车车门锁扣总成的结构要求至关重要。鉴于车门锁扣总成是保证车辆安全性的重要组成部分,它的好坏和尺寸直接影响到消费者的切身利益。锁扣作为汽车车门锁紧机构的主要承载结构,对其强度具有较高的要求,换句话说,锁扣的强度高低直接关系到顾客的生命安全。


1 汽车车门包边工艺综述

一般汽车的车门是由内板总成和外板两大部分构成,车门包边工艺就是将内外板进行扣合,通过车门外板边缘的塑性变形将内板总成一部分边缘包住的工艺过程(见下图)。包边量通常在5~15mm左右。传统的车门包边工艺有两种,一种是采用液压缸包边,利用液压缸作为动力源,直接通过压头传递压力进行包边的一种方式,这种方式包边速度较慢,包边质量欠佳,主要应用于载货汽车和农用机车的车门包边,轿车车门包边一般不采用。另一种是用液压机配一套包边模具的包边方式,这种方式的最大优点就是生产率高、工件质量稳定,大多数厂家采用这种工艺。除了上述传统的两种包边方式外,机器人滚边技术是近年来产生并得到迅速发展的一项车门包边新工艺。


2 车门锁扣模型

新改进的车门锁扣结构实体模型图如图1所示,由底板和锁扣组成,其材料参数如表1所示。

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图1 车门锁扣结构图

表1 车门锁扣材料属性表
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3 案例分析

(一)某企业生产的汽车车门锁扣在装配前即发生断裂,并且断裂位置相同、断口形貌特征相近。为确定锁扣断裂原因,避免后续出现同样断裂事故,对断裂锁扣进行了化学成分、组织、硬度、断口形貌等检测。(1)化学成分。车门锁扣所用材料为SCM435钢,其制造工艺为:盘条—线材改制—冷镦—调质处理—压扁—装配连接—镀锌。从断裂锁扣上取样进行材料化学成分分析,结果如表2所示。对比SCM435钢的化学成分标准要求可见,断裂锁扣材料中各元素含量均能满足标准要求,且易在晶界处偏析的杂质元素S、P等含量较低。(2)断口宏观形貌分析。断裂锁扣整体宏观形貌如图2所示。断裂位置位于锁扣的拐角处,断口平齐,呈亮灰色,没有明显的塑性变形,断口处表面无缺陷,判断为脆性断裂。(3)断口微观分析。采用JSM-5610LV型扫描电子显微镜。分析由图2可以看出,断口表面处存在冰糖块状沿晶脆性断裂;断口中心方向,在冰糖块状缺陷附近,还观察到了裂缝状缺陷,属于裂纹扩展区。断口其他区域微观形貌呈沿晶脆性断裂,且可在沿晶断裂晶面上观察到典型的“鸡爪痕”特征。另外,断裂均在锁扣拐角应力集中处。据此可判断断裂方式为氢致延迟断裂,且氢脆起源于次表面。

表2 试验用钢化学成分
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图1 断口宏观形貌

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图2 断口微观形貌

4 汽车车门锁扣设计要点

(一)车门锁扣的布置。锁扣通过与门锁相互啮合,保持车门处于适当的位置,锁扣的布置应满足以下要求:(1)锁扣轴线与门铰链轴线垂直为了使车门在关闭时能够平稳的与门锁扣啮合,在布置锁扣时要保证锁扣轴线A与门铰链轴线B垂直,允许误差±1。这样才能使锁体在开闭件关闭或打开时能顺利工作,不至于出现卡死现象。(2)锁扣与锁体间隙要求锁舌内表面要与锁扣安装平面平行且锁舌内表面与锁扣之间的间隙不应小于3.5mm(根据锁的形式不同,此值会有所差别)。(3)门锁与锁扣在Y方向的关系。由于门锁布置的状态为闭合状态,车门在闭合状态下受车门密封条上的外推力,故布置锁扣时要保证锁扣与锁舌靠近车体内侧的表面接触。(二)车门锁扣的材料选取。锁板常用材料为中高强度热轧钢板SAPH370、B510L等,厚度一般为3-4mm;锁柱常用材料为SCM4203为降低车门关闭过程中的异音和提高锁扣的防锈性能,锁柱上一般增加塑料套(仅与锁体啮合端)或包塑处理,塑料套材料一般为聚甲醛或尼龙,包塑材料通常用PA66(黑色)。(三)车门锁扣的表面处理。车门锁扣表面应进行防腐处理,并符合制造厂的要求,常见的有镀锌钝化表面处理和达克罗表面处理(四)安装面精度要求。锁扣上锁板与门板接触面必须平整,锁扣固定后,除接触而外的其他面不得与钣金干涉。


5 控制措施

结合锁扣生产制造工艺,应在酸洗、除油、电镀锌和镀锌后的去氢处理工序采取优化措施,以预防氢致延迟断裂现象发生。对于10.9级及以上强度的零件,在电镀锌后必须及时进行去氢处理。去氢处理工艺:将镀件放在烘箱或回火炉中,在200~240℃下保温3~12h或更长时间,在热力学作用下,使氢有足够长的时间从晶格中逸出。去氢处理一定要及时,且要在钝化工序前进行;在回火炉中,零件应尽量避免堆放在一起,宜采用平放、层层铺开的方式。除对成品零件进行去氢处理外,在酸洗、除油、电镀过程中控制零件的渗氢也是非常关键的。酸洗是零件电镀过程中产生渗氢作用的主要环节,对于10.9级零件,在零件表面无氧化膜的情况下,酸洗时间应尽量缩短,一般为1~3min;另外,向酸液中添加缓蚀剂可减缓酸对零件的溶解,而对氧化铁皮无太大影响,从而减轻了氢的析出,也可减少氢向钢中的渗入。对于更高强度的零件,则不宜采用酸洗去表面氧化铁皮,而采用喷砂处理。在电解阴极除油过程会产生大量的氢原子,附着在零件表面,从而产生渗氢。电解除油过程中,宜采用较大电流密度下短时间除油,因为消耗相同电流时,电流密度越高,金属渗氢就越少。镀锌过程中,阴极上除了锌的沉积外还有氢的析出,因此镀锌时同样会有析氢现象。镀锌时镀锌溶液应采用碱性较强的镀液,且最初宜采用较大的电流密度使零件表面迅速沉积一薄层锌,阻止氢原子向零件内渗透,降低渗氢量。


结语

汽车门锁系统是保证车辆安全性的重要组成部分,根据法规要求车辆在行驶或发生碰撞时,车门不得自动打开,但碰撞后车门必须可以正常开启,并须具备良好的防盗性能。因此,作为汽车门锁系统中锁止机构重要组成部分的锁扣设计也显得至关重要。车门锁扣的断裂性质为氢致延迟断裂。造成锁扣氢脆断裂的原因与酸洗和电镀锌过程中渗氢而未及时进行去氢处理有关。



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