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发表于 2020-5-6 10:08:05 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车天窗包边工艺研究

刘美娜
(广州汽车集团股份有限公司 汽车工程研究院,广州 511434)
【中国汽车材料网】摘要:为了提高天窗包边外观质量以及其与周边零件的配合性能,介绍汽车天窗常见3 种包边形式即竖直包边、横面包边和两面包边。介绍常见3 种包边工艺,包括机器人滚边、专用包边机包边及压力机模具压合包边,并将各个包边工艺进行对比分析,总结包边工艺的优缺点。重点针对最常应用于竖直包边的机器人滚边工艺进行约束设计,给出包边角度,边缘间隙以及包边贴合量合理的建议值。
关键词:天窗 包边 约束设计

如今汽车工业发展迅速,带有天窗版车型备受消费者青睐,天窗结构需要在白车身上实现与顶盖的包边工艺过程,因此包边工艺对于设计与制造品质优良的顶盖天窗结构至关重要。汽车天窗是汽车车身总成制造的重要组成部分,它以其制造中的普遍性和工艺上的特殊性在行业内引起越来越多的重视,其质量直接影响整车的整体外观质量、密封性能和配合性能等。因此,采用合理的包边工艺才能保证天窗装配后与周边零件之间均匀的装配间隙,从而达到良好的外观性和互换性。


2 常见包边形式

包边主要用于汽车外覆盖件中的四门两盖,另外翼子板、轮罩、C 柱等也逐渐采用包边工艺。这些工件大多为空间曲面结构,形状复杂[1]。目前,顶盖天窗也采用包边代替传统的点焊工艺,由于点焊需要预留较长焊接边,从而导致天窗玻璃的布局受限,且所有焊点属于盲点不可视,工人操作性差,易导致焊点扭曲变形,进而影响外观品质,而且密封性差,可能出现漏雨现象。然而包边不仅可以实现与周边零件之间均匀的装配间隙,保证较好的密封性,而且可以实现减重降本,因而包边应用越来越广泛。

通常天窗包边位置如图1 所示,前部、侧面及后部均可实现包边,以图1a 中天窗前部为例进行断面分析,天窗包边形式主要有3 种即竖直包边、横面包边和两面包边,如图2 所示。其中,竖直包边应用最为广泛,是目前天窗包边最常用的形式。然而,在进行顶盖天窗包边设计过程中,需要根据顶盖造型及天窗∕导轨运动轨迹确定天窗包边Z 方向允许的高度最大值,并据此选择相应的包边形式。

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图1 天窗全包边位置

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图2 天窗包边形式

3 常见包边工艺3.1 机器人滚边

机器人滚边系统能够针对不同类型的顶盖天窗,通过对工作程序做出相应改变来适应顶盖的不同特征,面对不同天窗时都可以顺利地沿着顶盖的轮廓运动来进行滚压包边运动,克服了压力机模具压合包边一套模具难以实现柔性化生产、设备维护成本高以及作业面积较大的问题,也解决了专用包边机包边力相对较小,工件成形质量较差的问题,因此得以迅速发展[1]。

对应天窗机器人滚边最常见的包边形式是竖直包边,标准的天窗机器人滚边为四序滚边,翻边开角的变化为180°、135°、90°、45°、0°,如图3所示。

翻边角度变化对钣金包边成形质量有显著影响,为提升质量,五道工序或者六道工序亦得以应用。但需要注意的是,随着工序的增加,生产节拍亦相应加长。另外,由于机器人滚边柔性程度高,对于横面包边及两面包边只需要更换相应的滚轮亦可以进行相应滚边。

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图3 天窗机器人滚边

3.2 专用包边机包边

专用包边机尽管压合力较小,但占地面积小,成本低,节拍快,亦应用较广。对应专用包边机常见的天窗包边形式是横面包边,包边机通过预包边和终包边2 个步骤完成大约135°的整个包边过程,如图 4 所示。

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图4 天窗专用包边机包边

3.3 压力机模具压合包边

压力机模具压合包边与专用包边机过程类似,同样分为预包边与终包边2 序,但采用了大型压机配合上下模具进行压合,模具结构更为复杂,并且压合力更大。专用包边机的压合力一般不超过1 000 kN,而大型压机的压合力通常可达1 500~2 000 kN, 甚至更高,因此成型质量更好。对应压力机模具常见的天窗包边形式是两面包边,其机构及压合过程如图5 所示[2]。

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图5 天窗压力机模具压合包边

3.4 天窗包边工艺对比

天窗各种包边工艺对比见表1。

表1 天窗包边工艺对比
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通过分析上表可得,3 种适合天窗的包边工艺都具有各自的优缺点,在实际生产中应该综合考虑产品、生产规模、车间面积、维护成本及投资情况等来进行包边方式的选择。


4 包边设计约束
4.1 包边角度

对常用的机器人滚边工艺进行分析,包边角度的大小取决于天窗滚边处与水平面的夹角,包边角度指外板包边前后所转过的角度值,如图6 所示。由于顶盖内板装配方向为竖直方向,如果天窗的包边角度过小,会造成天窗与内板干涉,因此建议包边角度设计为180°。

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图6 天窗包边角度

4.2 边缘间隙

为保证内外板装配及包边完成后没有产生干涉,开闭件包边一般会预留1.5~2 mm 的内外板边缘间隙,但与开闭件不同的是,由于结构限制,天窗包边初始状态时在顶盖外板折弯处没有R角,如图7 所示。

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图7 包边初始R角

为保证包边过程中顺利形成R角,需要天窗尽量靠近外板,因此天窗与顶盖外板边缘间隙相对较小,一般设计为0.8~1.2 mm,如图8 所示。

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图8 边缘间隙

4.3 包边贴合量

开闭件包边区域一般不会有阻碍物,但天窗包边受限于顶盖外造型及天窗运动轨迹,如图9 所示,为预留安全间隙,保证天窗运动时不和顶盖发生干涉,顶盖包边Z方向需要尽量缩小,导致顶盖外板与天窗包边贴合量无法过大。

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图9 某车型天窗处截面

在包边过程中,翻边长度对包边质量有着重要影响。包边角度越大,翻边长度越长,越容易产生钣金起皱,如图10 所示,进而影响包边质量。从前面分析可知,开闭件只需要实现约90°~120°包边,而顶盖需要实现180°包边(竖直包边),因此在允许的情况下应该尽可能减小内外板包边贴合量。

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图10 不同翻边长度对应的钣金起皱

因此,为保证良好的包边效果,顶盖外板与天窗包边贴合量一般设计为4~6 mm,如图11所示。

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图11 顶盖外板与天窗包边贴合量

5 结束语

综上所述,介绍天窗包边常见包边形式和包边工艺,将各个包边工艺进行对比分析,为实际生产过程中包边工艺的选择提供参考。重点针对最常应用于竖直包边的机器人滚边工艺进行约束设计,给出包边角度,边缘间隙以及包边贴合量合理的建议值,为天窗结构设计及包边工艺的进一步优化奠定了基础。




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