车门窗框结构对车门总成制造尺寸的影响研究

曾翠丽　苏逢伟　胡霞

摘 要：车门是车身中的重要零件，车门总成的尺寸公差直接影响整车DTS中前门与后侧门以及侧围的间隙面差，而车门结构形式又直接影响车门总成的制造尺寸公差。本文介绍了整体式车门、分体式车门和混合式车门的结构特点，从窗框结构特点方面详细阐述了三种车门窗框结构对车门总成的制造尺寸的影响，为后续车型产品分析判断生产制造过程中门总成尺寸超差的原因提供理论参考。

关键词：车门总成 车门窗框结构 制造尺寸

Study on the influence of door window frame structure on the manufacturing dimension of the door assembly

Zeng Cuili Su Fengwei Hu Xia

Abstract：The doors are very important parts of the body， and the door structure directly affects the dimension tolerance of door assembly that directly affects the gap and flush of the vehicle DTS， referred to the gap and flush of the front door to the rear door and rear door to the bodyside. This paper introduced the structural characteristics of the full stamped inner and outer panel construction door， the loose upper frame construction door and mixed door. This paper described the influence of these three types of door window frame structure on the manufacturing dimension of the door assembly. Provided a theoretical reference for analysis the reason why the door assembly dimension is out of tolerance in the manufacturing process.

Key words：Door assembly; door window frame structure; Manufacturing dimension

車门在整车中的地位十分重要，关系到车辆的外观质量，同时影响顾客选择车辆的感知体验。要获得一个完整的车门需要涉及到零件冲压、部件装配、零件焊接、包边、总成组装等多道工艺工序。对于整车来讲，门盖尺寸匹配的好坏影响整车的风噪、四门闭合力及密封效果;焊装车间对车门的匹配外观效果控制不好，将会直接影响白车身车门装配以及总装整车的下线，增加调整量生产节拍。因此，车门总成尺寸状态对车门与车身匹配相关的间隙和面差有非常重要的意义。

1 车门结构分类

汽车车门分为带窗框车门和无窗框车门（Frameless Glass Construction，多见于高档跑车，俗称硬顶车）两大类，窗框的结构形式对车门整体结构影响较大，带窗框车门又可以分为整体式（Full Stamped Inner and Outer Panel Construction，内外门板带着窗框部分一起冲压成形）和独立窗框（ Loose Upper Frame Construction， 即窗框部分与窗台线以下的内外板分剥成形）两大类。因此， 在对车门结构形式进行分析时， 车门窗框的结构形式及特点很关键[1～2]。

门总成是整车装配过程中影响侧面整体外观的重要零件，门总成的尺寸公差直接影响整车DTS中前门与中门以及侧围的间隙面差。影响门盖焊接与装配尺寸的因素有很多，从产品设计源头来看，门盖产品结构性的问题较为突出[3]，其次是制造过程中选用的工艺和工装定位方案。目前有三种主流的车门结构形式，分别是：整体式车门、分体式车门和混合式车门。分析这三种车门窗框结构形式对车门总成的制造尺寸的影响，从优化产品结构和选用更易保证产品尺寸的定位策略方面保证门总成尺寸。

2 整体式车门

整体式车门的结构特点是车门内、外板采用整体式结构，即内板、外板分别为一整个冲压件。车门总成制造工艺过程为内板与玻璃导槽和密封导槽等功能件通过焊接形成内板总成，之后内板总成与外板通过包边工艺合成为一个完整的白车门。图1为整体式车门框架示意图。

2.1 整体式车门特点

1）优点车门内外板均是整体冲压件，随形性好，成形精度高，强度及刚度易满足要求，制造中的工序比较少、工艺简单。

2）缺点在窗框部分结构上处理不佳，如玻璃导轨及密封条嵌槽的结构需另外设计装配结构件，使结构比较复杂。玻璃导轨和密封条嵌槽需要单独设计结构件与内板焊接，增加零件数量，窗框A柱外边框通常比较宽大，窗框的可装饰性不强，对造型有限制，不太符合现代造型的要求;全尺寸的门板需要比较大的冲压模具，对冲压模的要求、成本也比较高，板料的利用率比较低[4]。

3）在内外板件只有玻璃导轨结构，整体上来说整体式上的强度要明显低于其他的上段结构，这种结构的上段会使车门的闭合性差，因为强度的原因，密封与稳定性也会减弱。

2.2 整体式车门对车门总成制造尺寸影响

整体式车门在内板总成焊接过程中，焊接零件较多，上段窗框与内板焊接的零件主要以导槽为主，对这些导槽与内板的匹配精度要求高，否则容易出现导槽与内板搭接不贴合，干涉等问题，从而造成焊接变形，造成内板总成的尺寸超差，进而影响到包边后的门总成尺寸状态。整体式车门制造过程中各零件尺寸控制要求如下：

1）整体式车门外板与内板总成周圈包边，需要保证车门的Y向面差，也就是要保证内板、内板总成包边面尺寸。内、外板为整个冲压件，零件尺寸精度高，比较容易保证内、外板包边面尺寸要求;

2）内板与导槽、铰链加强板、锁扣加强板、防撞杆等零件焊接形成内板总成。这个工艺过程中焊接零件较多，其中这类门导槽类零件较多，一般此类零件由厂外零件供应商提供，预防措施，需要关注零件与内板匹配弧度，可以在供应商处用检具进行检测，使之符合GD&T图纸要求。

3）厂内车身车间将子级零件装配、焊接到内板上，需要保证厂内焊接时零件定位充分，定位策略需要精细到每个零件的定位，优先选用两定位销加型面的定位策略。

3 分体式车门

车门本体由车门外板、车门内板及窗框构成。其典型结构为辊压上段式车门整个上段从车门内外板中被分离出来，而内外板尺寸缩小为只有窗台以下部分，称之为辊压窗框。辊压窗框是由几段通过辊压工艺成型的导轨和一些小冲压件焊接而成的窗框总成，然后辊压窗框总成与门内板在窗台位置通过焊接的方式形成内板总成，最后与外板包边得到一个完整的白车门（图2所示）。

3.1 分体式车门窗框特点

由于分开式车门内外板冲压件明显减小，窗框较窄视野性好，因此被普遍应用。辊压成形是以若干对辊轮为成形工具，随着辊轮的旋转运动，将带钢向前送进的同时顺次进行成形，以获得所需断面形状的一种加工方法[5]。有些断面形状的零件用冲压方法是不可能实现的，如辊压车门窗框、玻璃导槽、车门导轨等。由于辊轮的工作方向既可水平放置，也可垂直放置，同时辊轮的高度、旋转方向都可以灵活调节，辊压线可生产出多种断面复杂的零件（图3所示典型辊压窗框截面示意图）。

但由于该窗框为等断面型材制成， 外表面形状变化受到限制，与车身外表面随形性不好，而且，为实现玻璃顺利升降，窗框与车门下部饭金件不能平齐，外形造型效果不佳。

3.2 辊压窗框式车门对车门总成制造尺寸的影响

（1）辊压窗框是多段导轨拼焊而成的，且整个上段总成也是和门内板焊接连接的，制造精度要求较高。辊压上段与门内板焊接部位，精度要求高，否则易出现配合不良、焊接扭曲等现象，无法保证上段焊接后精度。容易出现辊压窗框尺寸超差的问题。

（2）窗框的装配精度对整个车门的装配精度影响大，辊压窗框式车门容易形成大小门状态和出现焊接后门总成的面差问题。最终影响装车后前后门间，前后门上段与侧围间的间隙、面差配合。

3.3 分体式车门尺寸制造过程控制

（1）基准一致性要求

车门要满足装车的调整，需要同时保证是X向、Y向、Z向尺寸，X向的开口控制，Y向的面差控制。Z向尺寸由上段辊压窗框总成与车门内板的焊接确定的，主要采用单面钎焊，然后打磨焊点。两段对接过程中容易出现对齐度不合问题，这就需要保持辊压窗框自身的焊接的定位，与辊压窗框和内板总成焊接这一序的定位一致。如图4所示辊压窗框定位策略保持与门总成拼焊台定位策略一致，控制方向与夹紧位置一致。

（2）定位充分性要求

辊压窗框与内板在窗台处连接如图5所示，连接方向为X向和Y向搭接，X向搭接结构是造成大小门状态的主要影响因素。Y向搭接结构影响整个门总成Y向尺寸，也就是门总成自身上检具的面差，影响装到白车身后前后门间的面差和门总成与侧围间的间隙、面差，还会影响门总成与车身的内间隙大小，直接影响关门力大小。为避免这些结构造成的匹配精度问题，此类结构产品必须考虑到焊接后的变形。车门上下两段独靠中间此段进行焊接连接，所以产品设计时窗框与内板匹配区域即焊接平面要尽量保持是平面，避免采用弧度大的焊接面，焊点的布置也要避免直线布置造成整体上段与门内板的相互扭转。在焊接时，一旦上段与内板发生相互扭转，夹具在放开控制后将会反弹，从而影响前后门上段的配合。因此，在制作定位策略中要体现Y向的充分压紧机构，X向限位保证X向的定位（如图5b）。

4 混合式车门

混合式车门集成了整体式车门和分体式车门的特点，形成半框式车门。即车门内板采用整体冲压结构，窗框也采用冲压结构，内板与窗框焊接连接形成内板总成，车门外板采用无窗框部位结构，与内板总成通过包边形成白车门（如图6）。

4.1 混合式车门结构对车门总成制造尺寸的影响

内板和窗框都是整体式冲压成型，冲压件尺寸比较容易保证，内板与上窗框周圈搭接焊接形成内板总成。门总成尺寸超差主要考虑内板与上窗框的焊接变形所带来的门总成Y向面差。

两个零件的匹配主要以Y向搭接为主，在窗台区域一般采用X向或Y向或者同时搭接的结构，搭接视觉图7，窗台区域结构见图8。为了满足车门的刚度要求，考虑冲压工艺性能和成本因素，内板与上窗框在材料和厚度选择上会不同，内板一般厚度在0.65～0.85mm，上窗框的厚度一般在1.0～1.4mm，两者材料性能厚度差異较大，焊接应力也各有不同，容易造成两个零件拉扯，在焊接过程中产生扭曲变形。

内板与窗框在窗台处搭接结构影响门总成尺寸，若窗台处同时采用X向和Y向搭接的结构，此时，匹配要求最高，对模具精度和制造要求高，需要同时保证两个方向的匹配精度，同时还需要考虑焊接工艺，在两个方向制造精度有差异的情况下，先焊接哪个方向匹配面所产生的焊接变形量是不一样的，最后门总成尺寸状态也是不一样的。

4.2 设计优化及定位要求

混合式车门内板与上窗框两个零件周圈匹配区域制造精度要求较高，因此，优化上窗框与内板的搭接结构，减少尺寸链的公差累积。应避免前后两端同时采用X/Y向搭接的结构，因为此时匹配要求最高，需要同时保证两个方向的匹配精度。由于前门前端结构刚性会较后端刚性强，焊接变形量小。推荐前端选择Y向搭接结构，保证包边面尺寸;后端B柱段较长，涉及到前后门总成间DTS面差要求，以及与侧围的间隙、面差要求，推荐后端选择X向搭接结构，不推荐Y向搭接设计，避免两个零件匹配精度差带来的门总成Y向面差。

通过充分合理的工装定位来保证焊接过程中零件的定位稳定，内板与上窗框两个零件的搭接关系为周圈匹配，需要在Y向进行支撑压紧，防止焊接时造成Y向波动，影响整个车门的平度。上段的夹具定位要保证焊接面抱紧，门盖板件比较薄，焊点多，牙边在焊接后易发生错动、牙边高出内板牙边的情况，还要进行Y向压紧。图7两处截面所示定位策略如图9所示。

5 结论

不同结构车门结构装配到白车身上，均要满足白车身尺寸控制要求，符合整车DTS间隙面差要求。通过分析不同车门结构特点和对车门总成尺寸匹配的影响，可快速判断生产制造过程中门总成尺寸超差的原因。

1）整体式车门整个制造工艺过程简单，工序少，尺寸精度最容易控制。可通过查看冲压内、外板及子级冲压零件质量，结合拼焊件的定位情况迅速判断这类门总成尺寸超差的原因。

2）分体式车门辊压窗框生产工艺复杂，制造精度要求高，尺寸精度最难控制。通过充分了解辊压窗框生产工艺及结构特点，考虑辊压窗框与内板焊接变形、定位等因素指导分析制造过程中的这类门总成的尺寸超差问题。

3）混合式车门尺寸精度控制难度介于整体式车门和分体式车门之间，可通过监控冲压内板和冲压窗框零件质量，考虑窗框与内板的搭接关系、焊接工艺等带来的焊接变形、定位等因素快速查找此类门总成尺寸超差问题。

参考文献：

[1]尹恒，汽车车门窗框滚压成形介绍及滚压零件成本测算模型研究[J].2009中国汽车工程学会年会论文集.2009：1141-1144.

[2]姜连勃，王绍春.汽车车门设计[J].汽车技术，1999，4：14-19.

[3]尹雪松，吴锦文，李宪龙等.浅谈轿车门盖关键零件的定位及尺寸的调试方法[J].电焊机，2013，43（6）：39-43

[4]张世东，浅析汽车前车门结构及要求[J].装备制造技术.2013，7：116-121.

[5]杨雪，王海玲，刘程等.汽车窗框辊压工艺及设备浅析[J].金属加工热加工，2017， 1-2：72-74.