基于铝温成型内板的车门总成尺寸育成探究

王砚红　黄露　雷舸

摘 要：本文介绍了汽车行业内首款应用铝温成型内板的车门总成尺寸育成全过程，基于大量测量分析总结了不同姿态检具对车门内板测量结果的影响规律，积累了车门制造工序对型面尺寸的影响规律并充分应用于车门总成尺寸育成中，通过车门内板尺寸符合性、稳定性提升和车门加强件部分匹配面修正等方法，短期实现车门总成尺寸状态满足量产所需，对后续铝温成型车门内板设计及尺寸育成具有指导意义。

关键词：铝温成型车门内板 车门总成 尺寸育成

1 引言

随着我国整车销售市场中电动汽车比重逐年提升，鉴于整车重量对电动汽车续航的巨大影响及电动汽车车主普遍存在的“续航焦虑”心理，相较于燃油车而言，电动汽车在产品开发阶段对整车重量更为敏感，因此铝材质零件以其相较于钢材质零件明显的重量优势，在国产电动汽车尤其是高端汽车的车身上应用越来越广泛。零件材质的变革对零件制造、连接、分总成及总成尺寸精度的育成都提出了新的挑战，基于钢材质零件总结积累的经验普遍失效，新的经验需要在实际生产过程中不断总结。

国内某豪华电动汽车的代表品牌，旗下首款Hyper SUV车型车身大量采用铝材质零件以减轻整车重量，车门总成（除车门防撞梁外）均应用铝材质零件，鉴于该车型车身整体尺寸及丰富的车门功能需求，车门总成整体厚度不断增加的同时，对车门内板的拉延深度提出极高要求，常规的单块冷冲压铝板无法解决大深度拉延造成的表面质量问题，因此项目决策该车型车门内板采用铝温成型工艺，在此之前铝温成型工艺仅应用于车身后流水槽等尺寸较小零件，此工艺制造车门内板业界尚无先例，且车门内板单件尺寸状态直接影响车门总成的DTS匹配面，因此工艺的变更对车门总成尺寸育成提出极大挑战。本文通过对该车型车门总成尺寸育成过程进行还原，探究基于铝温成型内板的车门总成尺寸育成思路。

2 背景

该车型因车身整体尺寸及车门功能需求，车门总成整体厚度超出冷冲压铝板的拉延极限，单块冷冲压车门内板存在严重的且无法解决的表面质量问题，必须改变设计思路；而可行的替代方案主要有两种：一、采用两块冷冲压铝板拼接制造车门内板，工艺较为成熟但外观存在较为明显且无法遮盖的拼接痕迹，车门开启时可被用户感知，不利于外观感知质量；二、应用铝温成型工艺，车门内板不需要分件、整体性强，外观品质更佳但业界没有先例，车门内板可以达到的尺寸状态未知。鉴于该车型的豪华属性，项目组决定优先保证车门内板的外观品质，选择铝温成型内板工艺。由于铝温成型车门内板为业界首例、没有可参考借鉴的案例，该项目在工艺探索中无可避免走了弯路，导致模具报废重开等问题，牺牲了大量项目时间，以至于TT阶段仅有T0（即模具首件）状态车门内板单件，型面尺寸合格率仅70%左右，此时距项目J1节点仅3个月时间，对车门总成的尺寸育成提出极大挑战。

3 规律总结

3.1 车门内板单件测量规律总结，单件问题识别

基于冷冲压零件检具设计经验，车门零件的检具（见附图1）姿态普遍设计为卧式（即与零件整车实际姿态呈90°），而车门总成检具（同时具备测量内板单件功能，见附图2）测量因为要确保与装车姿态一致，设计为立式，这样的检具姿态差异在冷冲压零件尺寸育成中并未出现问题，因此该项目单件检具设计之初，无人对检具姿态提出异议。但由于铝温成型工艺生产的车门内板回弹较大等原因，在实际尺寸育成过程中，我们逐渐发现车门内板单件检具与车门总成检具结果存在很大差异，一度对车门总成的尺寸育成起到干扰。为彻底解决这一问题，我们要求单件检具运送至整车生产基地，采用同一零件分别上两套检具测量的方式，对车门内板包边面及切边进行密集采点测量，后门内板测量点83处，前门内板测量点68处，记录四门内板各20件测量值并利用Excel工具对测量结果汇总分析；在密集采点、大量测量的数据基础上分析总结两套检具间的测量差异规律，充分识别到不同的检具姿态下，重力对同一零件测量结果的巨大影响（部分区域测量差异高达1.5mm）。通过检具到厂的方式有效避免了零件运输过程中的尺寸变形，使规律总结排除一切干扰、更加真实。在这一过程中我们还重点识别出车门内板扭曲变形、立式测量时零件四个Y向基准不能完全贴合、Y7基准与检具基准面距离不稳定（0～2mm范围波动）的问题，反映出零件尺寸稳定性严重不足，对车门总成的最终尺寸稳定性产生决定性影响。这个问题因重力作用，在卧式的单件检具中无法检出，且会对单件检具中包边面的偏差测量结果造成干扰，故而我们要求零件供应商通过模具研合、工艺参数调整、固化等手段，优先解决零件的扭曲、Y向基准不贴合的问题，在此基础上才能进行零件尺寸稳定性的提升工作。

3.2 车门总成工序变化规律总结

车门内板需经过焊接一序（焊接铰链加强板等）、焊接二序（焊接外水切加强板等）、内外板包边三道工序后形成车门总成，每道工序均会对车门总成的最终型面尺寸状态造成影响。我们充分利用TT阶段车门慢焊过程，分工序测量车门内板单件、焊接一序后车门内板分总成、焊接二序后车门内板总成及包边后车门总成的型面尺寸状态，每个车门均测量10件，在大量数据积累的基础上利用Excel工具充分总结车门总成制造各工序对型面尺寸的影响，形成清晰的车门总成型面偏差影响路径。基于工序变化规律总结，我们可以根据车门总成的尺寸目标要求反推出车门内板单件的型面尺寸要求，同时结合两套检具间的测量结果差异规律，我们制定了基于单件检具的车门内板初版整改指令。

4 锁定整改指令

4.1 结合车身侧围尺寸状态优化车门内板整改指令

常规的车身尺寸育成思路，应该是车身侧围与后门总成分别达成设计的尺寸公差要求，而TT阶段车身侧围外板的尺寸状态、工装夹具的调整等已基本锁定；通过分析车身三坐标数据，我们识别出左右两侧车身侧围型面均存在上部偏高下部偏低的问题，型面上下存在0.8mm左右的极差，此时若要优化白车身侧围型面尺寸需对侧围外板模具进行修模，修模时间长达两个月且修模后的面品质量不可预估，存在影响项目J1节点的巨大风险；基于上述风险和车门内板尺寸育成进度远远落后于车身其他零件的实际情况，我们决定锁定车身侧围型面尺寸状态，结合生产基地调整线后门匹配侧围调整的原则，通过对后车门后部進行修偏以匹配车身侧围的型面偏差，保证后门与侧围的实车匹配符合DTS设计公差（±0.5mm）要求。结合车身侧围和后车门总成的实际尺寸状态，我们规划了后车门后部的目标尺寸状态（见附图3）。同理，我们根据后车门前部与前车门后部的实际尺寸状态，规划了此匹配区域车门总成的目标尺寸状态（见附图4）。利用车门总成工序变化规律，反推出车门内板单件的型面尺寸要求，结合两套检具测量结果差异规律，我们优化并制定了车门内板过程版整改指令。

4.2 利用车门加强件矫形车门内板，锁定车门内板及加强件整改指令

车门内板经过两轮模具研合、成型工艺参数（加热温度、加热时长、模具表面涂油量、保压时间等）固化后，零件的四个Y项基准面在总成检具上状态稳定，尺寸稳定性也得到很大提升，型面尺寸合格率达85～95%，并减小了单一型面的尺寸极差，但此时零件尺寸状态距整改指令要求仍有不小的差距，此时車门内板的生产制造参数已通过大量实验和调整趋于固化，如果要求供应商进一步提升车门内板型面尺寸合格率需要对模具进行修模，而此时距项目J1节点已不足一个月，紧迫的项目时间无法应对修模可能带来的尺寸不稳定、面品质量差等诸多问题，因此针对车门内板我们制定终版整改指令，要求供应商锁定当前的模具状态，将工作重点放在提升产品的尺寸稳定性上，保证同一批次、不同批次零件尺寸稳定。

锁定车门内板尺寸状态后，为达成车门总成的目标尺寸状态，我们充分利用已总结的车门总成各工序尺寸变化规律，识别出对车门总成型面尺寸存在决定性影响的车门加强件，如：车门外水切加强板对车门总成后部面差的影响，车门铰链加强板对车门总成前部面差的影响等，进而通过加强件检具到厂、现场手修零件的方式，不断试验总结出加强件各区域尺寸变化对总成型面尺寸的具体影响点和影响量，从而通过对车门加强件小部分匹配区域尺寸修偏，利用加强件在车门焊接过程中对内板的矫形作用，达成车门总成的目标尺寸状态。针对车门加强件的修偏仅涉及五个零件且均为小面积匹配面，修模周期仅需两周，且模具修模完成前可通过零件手修的方式满足车门生产要求，不影响项目J1节点，是最优方案，因此方案得到项目组的认可。

但因为此方法是通过加强件矫形方式强制车门内板受力变形，会导致焊接、包边后的车门总成内部存在应力，车门总成经过涂装电泳、高温烘烤后应力释放会对车门总成的型面造成一定影响；结合车门总成涂装后的变化情况，我们对加强件的整改指令进行了迭代更新，在不断试验的基础上形成了最终版的加强件整改指令。经过MP阶段生产车门总成的测量验证，手修临时应对和修模完成后的车门加强件均能良好适配车门内板，达成预设的车门总成尺寸目标，从而保证车门与侧围、前门与后门的匹配效果达成外观DTS质量要求（±0.5mm）。

5 结论

（1）铝温成型工艺生产的车门内板受重力影响尤其明显，检具的放置方向（立式和卧式）对测量结果影响极大，部分区域两套检具测量结果差异竟高达1.5mm，前期对车门内板尺寸育成造成干扰，直到采取单件检具到厂、大量测量对比两套检具差异的方式才识别出差异规律，故而建议采用铝温成型工艺的车门内板单件检具放置方向应与总成检具放置方向一致，避免测量结果对尺寸育成工作的干扰。

（2）铝温成型工艺生产的车门内板，成型后的回弹力要远大于冷冲压工艺生产的车门内板，因此要充分关注立式检具测量时Y向四个基准面的贴合情况，务必将Y向基准稳定并贴合作为尺寸提升的第一关注项和优先解决项，基准不稳定必然导致测量结果不稳定，零件的尺寸稳定性必然无法实现，尺寸育成也就无从谈起。

（3）铝温成型工艺生产的车门内板，与冷冲压工艺生产的车门内板在单件尺寸育成方面存在本质的差异，即铝温成型工艺不仅受模具尺寸状态的影响，还受到加热温度、加热时长、模具表面涂油量、保压时间、激光切割等诸多参数影响，模具尺寸优化仅是其中一个影响因素，因此修模带来的尺寸收益远不如冷冲压工艺直接，且可能造成面品质量下降等副作用。因此应用铝温成型工艺的车门内板应尽早开模，以留有足够的时间对各影响参数进行试验、调整、固化，保证车门内板的尺寸稳定；车门内板尺寸稳定且符合设计公差要求后，应慎重对待尺寸变更（如修偏车门内板匹配车身侧围的尺寸偏差等）的要求。

（4）车门焊接各工序中，车门加强件因零件料厚远超车门内板，对车门内板存在很强的矫形作用，因此在设计阶段应注意尽量减小加强件与车门内板的匹配面积，以便更好地控制加强件匹配面尺寸精度，降低车门总成尺寸育成难度。尺寸育成过程中应注意通过数据积累，充分识别各加强件对车门总成的尺寸影响。在车门内板尺寸稳定但未达到设计尺寸公差要求、且通过调整工艺参数等手段均无法解决的前提下，为避免修模对项目进度和零件面品质量造成风险，可采用修偏车门加强件的匹配面，通过加强件矫形车门内板的方式，保证车门总成达成设计的尺寸目标。此方式有利于缩短车门总成尺寸育成周期，但应重点关注车门总成涂装后的应力释放情况，以涂装后的车门总成尺寸状态为准制定车门加强件的修正量。

参考文献：

[1]吴新星，范家春，邢阳，等.铝合金板温成型和热成型技术应用研究[J].轻合金加工技术，2021，49（1）：22-28.

[2]刘和军，郎利辉，李涛.铝合金板材温热成形性能[J].塑性工程学报，2009年6月，第16卷第3期.