汽車頂棚裝車褶皺影響點的研究

汽車頂棚裝車褶皺影響點的研究（奇瑞汽車河南有限公司，開封，475000）

提要：汽車頂棚由于較大的比表面積及較小的單位質(zhì)量導(dǎo)致裝車后易出現(xiàn)褶皺。針對此種情況，此文在頂棚應(yīng)用材質(zhì)和加工工藝的基礎(chǔ)上，論證了頂棚自身材料、結(jié)構(gòu)、加工工藝及周轉(zhuǎn)器具對裝車褶皺的影響，同時闡述了裝配過程和車身一致性對裝車后頂棚褶皺的貢獻。

關(guān)鍵詞：汽車頂棚；裝車褶皺；材質(zhì)；結(jié)構(gòu)；

Abstract:ConsideringthesituationthatthelargesurfaceareaandsmallunitmassofVehicleceilingseriouslyresultsinassemblywrinkling,Basedontheceilingmaterialandprocessingtechnology,thepaperresearchesfromtheaspectsofmaterial,structure,processingtechnologyandtransportequipmenttheinfluenceofassemblywrinkling,andargumentsthecontributionofassemblingprocessandcarbabytothewrinkling.

Keywords：Vehicleceiling;assemblywrinkling;material;structure;

一引言

汽車頂棚作為汽車內(nèi)飾匹配件的重要組成部分，因其良好的裝飾性、隔音降噪、安全和舒適性受到越來越廣泛的關(guān)注。其中，半硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡針織復(fù)合面料因加工工藝成熟、來源充足、價格低廉，近年來已逐漸成為轎車上應(yīng)用最廣泛的頂棚。但由于其尺寸大、剛性差，在裝配過程中往往伴隨著變形、印痕、褶皺等問題，嚴(yán)重影響其在汽車領(lǐng)域的匹配應(yīng)用。因此，研究汽車頂棚裝車匹配褶皺的影響因素及解決方案勢在必行。

本文在闡述頂棚應(yīng)用材質(zhì)和加工工藝的基礎(chǔ)上，著重探討頂棚褶皺的影響點，同時從幾個方面提出了解決方案。材料方面，著重探討應(yīng)力集中區(qū)域玻纖比例對頂棚厚度的影響；結(jié)構(gòu)方面，從海綿塊干涉量、匹配位置等部分針對性改善；同時分析加工工藝、轉(zhuǎn)運器具、裝車因素、車身一致性對裝配褶皺的影響。

二頂棚材質(zhì)及成型工藝研究

汽車頂棚材質(zhì)主要由面料和基材通過模壓成型而成。其中基材主要分為半硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡復(fù)合板（簡稱PU板）、玻纖增強聚丙烯復(fù)合板（簡稱GMT）、天然纖維復(fù)合板（簡稱麻纖維板）、PS板、瓦楞紙板等，面料主要有針織面料、無紡布、PVC等。面料中的PVC表皮因高溫易變形，且有刺激性揮發(fā)氣味，已逐漸被淘汰。基材中麻纖維板和瓦楞紙板由于自重大，隔音降噪性差及潮濕環(huán)境易發(fā)霉等問題，份額逐年下滑。而PU板由于質(zhì)輕、回彈性好、低溫性能好、安全吸振等優(yōu)勢，在轎車、MPV等車型中應(yīng)用愈加廣泛。PU板材主要由無紡布+玻纖+膠粉+PU泡+玻纖+膠粉+無紡布等組成，考慮到頂棚較大的比表面積、自重及與立柱、天窗等內(nèi)飾件的匹配，需要此材質(zhì)具有一定的剛性和強度，保證裝車過程中，能夠承載較大的受力，不會褶皺、塌陷及變形。

PU發(fā)泡針織復(fù)合面料生產(chǎn)工藝主要分為干法工藝（又稱冷模法）和濕法工藝（又稱熱模法）兩種。兩種工藝主要差異在模壓復(fù)合工序，干法工藝為片材加熱，冷模壓制；濕法工藝為模具加熱、冷片材壓制成型。相比干法頂棚，濕法頂棚單位面積質(zhì)量可降低28.5%；經(jīng)100℃，16h的高溫試驗，尺寸變化率≤0.5%，且質(zhì)量成本低、加工性能優(yōu)異。因此，目前普遍采用濕法工藝加工[1]，詳細對比參數(shù)見表1。

表1干法工藝和濕法工藝主要參數(shù)對比

三頂棚裝車褶皺的影響因素

（一）材質(zhì)影響

半硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡復(fù)合材料中PU泡的厚度一般為6.5mm，公差要求為±0.5mm。某些應(yīng)力集中位置如前頂燈前端、乘客扶手兩側(cè)、C柱位置（天窗裝配點后端），裝車時會受到Z向向上的力，同時因為有海綿塊支撐，頂棚會受到Z向下的力，頂棚會有折斷的風(fēng)險。因此，類似位置基材為增加剛性抵抗變形，需要局部增加玻纖氈或者加強帶加強，一般設(shè)計時，要求此位置玻纖含量達到35%，彎曲強度≥3MPa[2]。

（二）結(jié)構(gòu)影響

為保證與立柱等外觀件的工藝匹配，同時吸收車身的焊接偏差，頂棚背面需要粘貼海綿塊。一般海綿塊在數(shù)據(jù)上面的干涉量為5-10mm，過小無法吸收立柱裝配后的間隙，過大會導(dǎo)致頂棚局部受力過大，頂棚褶皺或斷裂。海綿塊的粘貼位置一般集中于立柱的拐角或過長輪廓的中間，同時避免與卡接到車身上的卡扣、線束等直接接觸。海綿塊的材質(zhì)考慮到成本、環(huán)保氣味性等，一般采用PE發(fā)泡、XPE發(fā)泡等。

由于目前汽車的功能集成化，頂棚需要與前頂燈、天窗、側(cè)燈、側(cè)出風(fēng)口等功能件配合，因此頂棚周邊需要開槽，但會因此影響頂棚周邊面料的強度，且多個功能件與頂棚同一邊框配合，增加了匹配難度，導(dǎo)致與功能件匹配后出現(xiàn)面料周邊褶皺、間隙等故障。鑒于此，頂棚開口周邊需增加鐵支架或者塑料支架以固定功能件，減少匹配單元，消除車身及裝配偏差。如果功能件的造型較大，頂棚需在周邊做凸形或者凹形臺階，或者做局部減薄處理，以消除裝配后的臺階差[3]。

（三）加工工藝影響

頂棚通過濕法工藝加工而成，其中膠層分為骨架膠和面料膠，骨架膠對應(yīng)的輥膠量為90-120g/m2。膠量越多，強度越大，隨著膠量的增大，強度趨于一定值，且有溢膠風(fēng)險。如膠量過少，會導(dǎo)致強度降低，頂棚偏軟、褶皺、斷裂等缺陷；而基材的模壓溫度、模壓壓力及成型時間同樣會影響基材的成型型面及成型質(zhì)量[4]。

（四）周轉(zhuǎn)器具影響

頂棚材質(zhì)為軟飾熱復(fù)合材料，且占有較大的比表面積，因此長途運輸及內(nèi)部周轉(zhuǎn)存儲的器具對其外觀質(zhì)量影響較大。生產(chǎn)過程中除必須用靠架的地方，均建議用掛架轉(zhuǎn)運。掛架安裝點，一般采用背面有鐵支架或塑料支架等強度較高的位置，避免與頂棚A面直接接觸，且支撐點須有軟飾材料包裹，如面料，EVA，泡沫等，防止面料剮蹭破損。采用靠架轉(zhuǎn)運時，需要嚴(yán)格控制碼放數(shù)量，并且對于造型較多的位置，需嚴(yán)格控制位移量，防止頂棚在轉(zhuǎn)運過程中竄動劃傷，且背面需要額外防護，造型位置擠壓上層頂棚，導(dǎo)致批量壓痕，褶皺，破損等異常情況。

（五）裝配影響

某車型頂棚的裝配順序為：頂棚后端主副定位—前端遮陽板底座—天窗搭扣—乘客扶手—遮陽板—A/B/C/D立柱護板。頂棚裝配需由兩人共同進行，優(yōu)先裝配后端定位孔，后裝配前端遮陽板底座孔位。裝配完成后，安裝天窗搭扣，由于頂棚自重，頂棚裝配型面非設(shè)計匹配型面，且天窗蘑菇搭扣為400目的子母扣，X向偏移范圍大，裝配公差大。因此蘑菇搭扣裝配需確認(rèn)頂棚乘客扶手孔位與鈑金對照后，才能安裝天窗搭扣。如不按照順序安裝或者不確認(rèn)孔位即進行裝配，會導(dǎo)致頂棚扭轉(zhuǎn)，褶皺，錯孔，與立柱段差等質(zhì)量問題。

（六）車身尺寸偏差

由于頂棚所有安裝點位于車身上，因此頂棚位置度隨車身變化較大。如頂棚安裝孔X向偏差，會導(dǎo)致頂棚與前風(fēng)擋間隙或干涉異響；乘客扶手孔位Z向偏差，會導(dǎo)致錯孔及褶皺；天窗安裝定位點X/Z向偏差，會導(dǎo)致頂棚褶皺及間隙。因此，需定期檢測車身安裝尺寸的變化，保證總裝裝配可靠性；且在設(shè)計前期，應(yīng)提供一個三坐標(biāo)標(biāo)定合格的車身，并充分分析車身變化對頂棚裝配狀態(tài)的影響。

四結(jié)論

汽車頂棚裝車褶皺問題一直困擾著汽車主機廠。針對材質(zhì)為聚氨酯PU發(fā)泡，生產(chǎn)工藝為濕法工藝的頂棚來講，需要從材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、工藝、器具周轉(zhuǎn)、裝配及車身穩(wěn)定性等幾方面進行分析。其中，材質(zhì)方面，受力集中位置玻纖氈的含量需≥35%；結(jié)構(gòu)方面，海綿塊的干涉量約為5-10mm，匹配位置背面需要加強框固定；工藝方面，骨架膠的輥膠量約控制在90-120g/m2，且模壓溫度、模壓時間及模壓壓力需要嚴(yán)格控制；轉(zhuǎn)運器具方面，減少器具與頂棚A面的接觸點數(shù)量及干涉量，能用掛架不用靠架；且造型較多位置，保證額外防護，以防干涉上層頂棚；裝配方面，需嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書的安裝順序進行裝配，并且裝配過程中，需對照孔位，保證后道裝配；車身方面，需定期監(jiān)控車身安裝尺寸的變化，保證其在合理范圍內(nèi)波動。

參考文獻

[1]張拓.汽車頂棚不同生產(chǎn)工藝的對比分析[