某车型B柱钣金异响机理的研究

吴晓鹏 杨志卿 朱俊 秦贞国 张吉兵

摘 要：某车型在行驶中，B柱区域会发出嘀嘀的异响声音。在暴晒之后更加容易复现，且异响的声音明显增大。文中研究了钣金异响的机理，并通过6sigma的试验方法，找到了最佳的工艺参数，改善了异响问题的发生。

关键词：钣金 异响 聚合物 六西格玛

Abstract：When a model is driving， the B-pillar area will make a tick noise. It is easier to reproduce after exposure to the sun， and the noise is significantly increased. In this article， the mechanism of sheet metal rattle is studied， and the best process parameters are found through the 6sigma test method， which improves the occurrence of abnormal noise.

Key words：sheet metal， squeak & rattle， polymer， 6sigma

1 引言

随着汽车工业4.0的发展，优美的汽车造型、丰富的配置不断满足着中国客户的需求。但是异响作为客户感知类的需求，经常容易被OEM所忽视。通过J.D.Power研究报告，在客户的用车体验中，某车型异响问题位居首位。近三年，钣金异响在市场持续发生，且客户抱怨强烈。钣金异响诊断过程复杂，修复难度大，异响机理值得深入研究，从而帮助OEM建立更稳健的工艺过程。

在售后市场，客户抱怨某车型天窗异响，通过诊断异响点来源于钣金，并非天窗框架自身。客户反馈，车辆在暴晒之后更加容易复现，且异响的声音明显增大。按照异响调查的一般步骤，首先锁定异响源，其次通过空间隔断法进行返修，再次调查异响产生机理以及影响异响产生的根本原因，最后针对关键因子制定对策进行改进。

2 试验步骤

2.1 通过实际车辆复现异响

试验设备：出现过异响的车辆、听诊器、可以达到60℃以上的環境仓、4立柱振动试验台、可以利用4立柱模拟欧洲砖路-鹅卵石路-比利时路-钢绳路-直扭路的操作程序。

试验方法：第一步，将车辆放置在环境仓，并升温至60℃，浸泡30分钟，道路测试是否有异响，若异响出现，进行第二步，把车辆放置在4立柱上，进行道路测试模拟，借用听诊器寻找异响源。

试验结果与讨论：通过高温浸泡后，路试或模拟路试都可以听到异响声音。借助听诊器锁定异响源在B柱上部钣金区域。通过对该区域喷涂WD40降噪油脂，可以有效消除该异响。通过高低温振动耐久试验，模拟100000公里的里程，该异响始终未复现，说明该返修方案的可靠性至少可以满足10年的使用，该方法已在市场返修方案中进行推广。

2.2 通过试验料片模拟异响

试验材料：制作试验样片，打孔后增加3个铆钉，铆钉间距50mm和130mm，模拟异响区域整车钣金状态。

试验设备：铆钉枪、烘炉、电泳设备、烤箱。

试验方法：使用120件样片，跟随白车身进入涂装车间进行电泳、烘烤，之后取出料片，在常温下，在料片边缘反复掰动，判断是否有异响。再放置60度的烤箱30分钟后，使用相同的方法判断是否有异响。

试验结果与讨论：在常温情况下120件样片，未发出任何声音。但在60度的烤箱放置30分钟后，其中4件听到了嘀嘀的异响声音，在恢复到室温一段时间后，异响消失。

通过试验模拟出了整车在路试过程中的钣金嘀嘀的异响声音。而且与温度有一定的关系，高温更容易再现该异响。同时，在异响的料片中间也发现了电泳堆积物质，与在整车上拆解后异响位置的钣金内的电泳堆积物质一致。通过第三方实验室分析，确定为电泳液堆积物成分是聚合物。根据聚合物的相变理论，当环境温度超过电泳液聚合物的玻璃化转变温度（Tg）时，车身将来自地面的激励传递至钣金间隙，并作用于中间的电泳液聚合物一段时间，产生粘滑效应，发出嘀嘀的异响。

聚合物的高弹性和粘弹性解释如下：

高弹性：非晶态聚合物在玻璃化温度以上时处于高弹态。它有如下特征：①弹性模量很小而形变量很大。②形变需要时间。由于在受到压力压缩的时候，形变就会总是随着时间的发展达到最大，随着压力的下降而消失。③形变时有热效应。在出现形变的时候会有热效应，会出现发热，同时分子之间会产生摩擦而产生热量，发生结晶的过程中也会放出热量。

粘弹性：高分子材料的形变性质是与时间有关的，这种关系介于理想弹性体和理想粘性体之间，因此高分子材料常被称为粘弹材料。粘弹性是高分子材料的另一个重要的特性。在交变应力作用下，处于高弹态的高分子，由于高分子内摩擦的存在，使其形变的速度跟不上应力变化的速度，从而产生滞后现象，滞后是典型的动态粘弹性行为。由于滞后，每一循环变化中就要消耗功，称为力学损耗，也称为内耗。

因此，电泳液聚合物在车辆行驶在路面受到来自钣金周期性的作用力，表现出动态粘弹性行为，周期性的做功和应力释放，产生粘滑运动，发出嘀嘀的声音。

2.3 筛选关键影响因子试验

为了找到最佳的工艺参数，从系统上解决该问题，团队使用6sigma工具中的实验设计（DOE）以及田口方法，针对电泳液成分、电泳烘烤温度、电泳烘烤时间等进行试验分析。

（1）针对影响因子X1电泳液成分，挑选了两种可用的电泳液进行Tg值（℃）的对比。收集的数据如表1。

试验结果与讨论：使用6sigma配对T检验，P值≤0.05，拒绝原假设，原假设为两组异响比率无显著差异。即CG800与CG800RE电泳液的Tg值有明显差异，CG800RE比CG800的Tg值平均高3.31℃。

（2）针对影响因子X2烘烤时间，制作了100个样片，平均分成2两组，每組各50个样片，烘烤时间分别为15分钟和20分钟，异响料片的数量分别为19个和12个。

试验结果与讨论：使用6sigma双比率检验，P值>0.05，无法拒绝原假设，原假设为两组异响比率无显著差异。即表明不同的烘烤时间，料片异响的比率没有明显的差异。烘烤时间非关键影响因子。

（3）针对影响因子X3烘烤温度，共设置了4组试验，因子水平分别为160℃ 175℃ 180℃ 190℃，烘烤时间为15min，不同的水平下分别使用50个样片，经过不同的烘烤温度，各水平试验产生的异响比率不同。通过二进制logistic回归，建立了异响比率与烘烤温度的回归方程式。

异响比率P=（1+e0.149779烘烤温度T-25.1762）-1

实验结果与讨论：使用6sigma二进制logistic回归，建立了异响比率与电泳烘烤温度之间的回归方程，通过该方程可以看出，随着电泳烘烤温度的增加，当烘烤温度高于190度时，异响比率开始趋于0。

收集了不同烘烤温度下异响和无异响料片中间以及料片表面的电泳液聚合物进行玻璃态转化为高弹态Tg值（℃）的测量。输出DSC曲线如下图2。

差示扫描量热法DSC即是在程序温度下，测量输入到物质和参比物的功率与温度（时间）的关系的技术，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高。DSC可以精确地测定样品在被加热、冷却或恒温时吸收或放出的能量（热），主要用于测量结晶度、结晶动力学以及聚合、固化、交联氧化、分解等反应的反应热及研究其反应动力学。热流型DSC通过复杂的数学处理将试样与参比物的温差转变为热量差，记录下的热流率-温度（或时间）曲线即为DSC曲线，一般纵坐标为单位时间单位质量样品补偿的热量，用热流（Endo或Heat Flow）表示，单位为W/g，国际热化学学报（Thermochimica Acta）建议向上表示吸热，向下表示放热，横坐标为温度或时间，从左向右表示增加。

通过DSC曲线可以看出，①随着电泳烘烤温度的提升，玻璃态转化温度Tg值（℃）也在升高;②外表面电泳液，烘烤后物质的玻璃态转化温度Tg值（℃）高于料片间物质转化温度;③烘烤温度为175℃时，样品料片间物质玻璃态温度Tg值（℃）仍然较低（39℃）;④达到190℃烘烤温度下，样品料片间物质玻璃态温度Tg值（℃）也可以大幅度提升到78℃。

3 改进关键因子后的结果与讨论

试验结果

通过以上实验找到了最佳的工艺参数，电泳液成分CG800RE和烘烤温度190℃，使电泳液聚合物的玻璃化转变温度（Tg）大于环境温度。优化这两项参数之后，经过1年的验证，没有客户的抱怨。

4 结语

本研究发现，针对与环境温度相关的钣金异响，可以通过实验样片进行异响机理研究，利用实验设计（DOE）以及田口玄一的稳健参数设计，找到符合OEM的工艺参数，使车身系统更加稳健，降低异响对环境温度的敏感性，消除客户抱怨。

参考文献：

[1]何曼君.高分子物理（第三版）.

[2]李谷，符若文.高分子物理实验（第二版）.

[3]何桢.六西格玛管理（第三版）.

作者简介

吴晓鹏：男，山西人，高级工程师，奇瑞捷豹路虎汽车有限公司。