10.16638/jki.1671-7988.2019.18.069
刘洁敏，朱红平，陈浩，陈超
（广汽本田汽车有限公司技术部，广东广州510000） 摘要：车身外覆盖件抗凹性作为重要的外观商品性品质，一直受到顾客的关注。文章简述了车身外覆盖件抗凹性的相关基本概念，分析了影响抗凹性的相关因素，并分享介绍了外覆盖件抗凹性改善的实践案例。对外覆盖件抗凹性提升工作具有较高的意义。
关键词；抗凹性；影响因素分析；改善案例分享；截面形状；结构胶；补强贴
中图分类号：U466 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)18-202-04
Discussion on improving the dent resistance of automotive covering parts
Liu Jiemin, Zhu Hongping, Chen Hao, Chen Chao
( Guangqi Honda automobile co. LTD. Technology Department, Guangdong Guangzhou 510000 )
Abstract:As an important commodity of exterior appearance, the dent resistance of covering part is concerned by customers always. This paper briefly describes the basic concepts of the dentresistance of the automotive covering parts, analyzes the relevant factors affecting the dentresistance, and shares of the practical cases of improving the dent resistance. It is of great significance to improve the dent resistance of automotive covering parts.
Keywords: Dent resistance; Influencing factors analysis; Improvementcase sharing; Cross-section shape; Structur -ereinforcement; Enhanced paste
CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)18-202-04
引言
随着降低能耗、减少污染、保护环境等绿观念的倡行，汽车轻量化早已成为汽车发展的主流趋势。新材料应用日渐广泛，汽车车身外覆盖件材料越发轻薄，以此同时也带来了车身“薄、软、不安全”的市场质疑。车身外覆盖件抗凹性作为顾客评价汽车品质的重要指标，是汽车公司关注的重要品质目标。
1 外覆盖件抗凹性的基本概述
1.1 抗凹性的定义
汽车车身外覆盖件，是指白车身上最外层的覆盖板件，包括前后门、机盖、尾盖、车顶篷等外覆盖件。在顾客用车过程中，外覆盖件容易受到外界载荷的作用产生弹性凹陷甚至塑性凹痕。例如砂石击打车门板留下印痕，树枝掉落给顶蓬、机盖砸下凹坑，顾客按压、坐压使得机盖、尾盖发生凹陷等等。类似的现象，都会给顾客造成一种汽车皮薄不结实，外观商品性差的体验，影响顾客对整车性能的喜好评价。外覆盖件承受外部载荷作用，抵抗凹陷挠曲及局部凹痕变形、保持形状的能力则称为抗凹性[1]。提升抗凹性对于消除车身“薄、软、不安全”偏见，改善汽车外观商品性能，提升顾客对汽车产品的信赖有着十分重大的意义。
1.2 抗凹性的评价方法
抗凹性的评价，可以分为有主观、客观两类。
1.2.1 主观评价
主观评价，通常是指评价者使用手掌、指尖或手肘等人
作者简介：刘洁敏，就职于广汽本田汽车有限公司技术部。
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刘洁敏 等：浅谈车身外覆盖件抗凹性的提升改善方法
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体部位直接按压外覆盖件的方式，从触觉、视觉、听觉感受外覆盖件的状态变化，以此判断覆盖件的抗凹性强弱。用手按压的方法，在市场中十分常见，也是非常简单直接的评价方式，故近年来各车企也是逐步从顾客角度出发，追加抗凹性的主观评价。
1.2.2 客观评价
行业内一般从三个指标开展抗凹性的客观评价，包括①抗凹刚度、②抗凹稳定性、③局部凹痕抗力。相应指标可以通过载荷-位移曲线评价，图1示。
图1 载荷-变形曲线
1）抗凹刚度
是指外覆盖件受到一定载荷下，抵抗凹陷挠曲变形的能力。抗凹刚度体现了外覆盖件的弹性变形能力，一般可以通过载荷-变形曲线的斜率评估，或者通过额定载荷下的变形值大小评估。
2）抗凹稳定性
载荷增加到一定程度后，外覆盖件可能会失去抵抗弹性变形的能力，发生失稳的现象。具体表现，则是在载荷不变甚至下降的情况下，变形位移剧烈增加。抵抗这种失稳的能力称为抗凹稳定性。可以以失稳过程中载荷的下降值做评价。
3）局部凹痕抗力
在载荷卸载以后，外覆盖件可能会出现永久的的凹痕变形，抵抗这种塑性变形的能力称为局部凹痕抗力。一般评价卸载去除后，残余塑性凹痕深度值。
客观评价的方法，可以通过专用的抗凹试验仪开展样件甚至实车测试，也可以通过CAE 模拟分析评价。由于边界条件、约束条件等建模误差影响，CAE 分析往往存在较大偏差；而实物测试更为直接、准确，但也有耗时长，成本高等缺点。主机厂通常是采用实物测试值做评价。
上述3个指标评价，行业内并无统一的目标值要求，通常情况下，业界会根据自身对顾客期待水平的理解感受，确定一套相应的目标值，并以此为要件开展研发，制造品质管控工作。
2 抗凹性的影响因素分析
抗凹性的强弱影响因素，可以从外覆盖件单品、总成支撑条件两方面分析。 2.1 外覆盖件单品
外覆盖件单品自身对抗凹性的影响主要跟材料、厚度、加工硬化/烘烤硬化、截面形状相关。
（1）材料的屈服强度、弹性模量、泊松比对抗凹性有着直接的正向影响。根据业内研究结果表明，材料的屈服强度增加，会显著提升部件的凹痕抗力[2]；但对抗凹刚度、抗凹稳定性并无显著影响。抗凹刚度、抗凹稳定性主要考察了弹性变形能力，与弹性模量直接相关，提高弹性模量有助于抗凹刚度的提升。
（2）材料的厚度材料的厚度增加，能够提高材料的抗弯刚度系数，提升抗凹性[3]，反之，抗凹性降低。但是材料的厚度受工艺、成本等限制影响，可调整范围非常有限。
（3）加工硬化/烘烤硬化福特公司曾经做过相应试验表明，加工硬化/烘烤硬化对于提升抗凹性的作用甚至比材料厚度增加更为显著[4]。
（4）截面形状当零件曲率较小时，往往由于变形不充分而偏软，对抗凹性不利。这是因为钢板经过适量的预变性后有助于提高零件的局部刚度[1]。提高抗凹性，可以在造型设计期间，结合外观风格需求，考虑增加截面的曲率，或者造型棱线。 2.2 总成支撑条件
在外覆盖件单品自身抗凹性先天不足的情况下，改善总成对外覆盖件的支撑条件，可以有效改善外覆盖件的抗凹性。总成对外覆盖件的支撑条件影响因素，包括：空腔大小，即无支撑区域的面积及空腔间隙大小、结构胶的支撑强度、内外板间的连接板的强度、钢板补强贴的适用等。
（1）空腔大小无支撑面积越大或空腔内外板之间的间隙越大，则抗凹性越弱，容易出现剧烈的抗凹失稳现象。故设计上应结合碰撞安全考虑，适当减小空腔大小及间隙。
（2）结构胶的支撑强度适当增加结构胶体的支撑密度，保证胶体的品质，有利于提升抗凹性。
（3）内外板间连接板的支撑强度连接板强度不足，会导致支撑失效，降低抗凹性。但是内外板强度的增加，会对行人保护安全不利。
（4）钢板补强贴的适用在支撑条件不足的情况下，可以通过增加钢板补强贴的方法，显著提高抗凹性；但是同时会带来成本的上涨。
3 抗凹性提升改善案例分享
根据前文简述，抗凹性提升与改善，可以从多个角度分析原因，提出对策。
下面将结合某车型机盖抗凹性改善，分享几种提升抗凹性方法的实践应用。
汽车实用技术
204 3.1 背景
3.1.1 某车型开发阶段
对机盖实物进行主观评价发现部分位置按压偏软甚至有失稳趋势；利用专用的抗凹试验仪测试结果表明，局部凹痕抗力结果OK ，但抗凹刚度结果部分位置（图2示）处于目标值范围外，判断NG （即不合格），各点变形值见表1示。图3是其中某点测试载荷-位移曲线，变形4.4mm ＞基准值3.0mm ，中部曲线斜率突然变化，存在失稳趋势。外覆盖件抗凹性薄弱，亟需改善。
图2 抗凹性NG 点分布 表1 NG 点变形值
图3 点①载荷-变形曲线
4.2 对机盖抗凹性结构进行分析
4.2.1 机盖外覆盖件分析
外覆盖件材料、厚度与该品牌过往车型并无差异，但是其外覆盖件截面形状存在大范围平板造型，曲率低，对抗凹性十分不利。图4示。
图4 外覆盖件截面形状分析
4.2.2 总成支撑条件分析
图5 总成支撑条件分析
也存在诸多不利的影响。空腔面积大，结构胶多点状，支撑密度不足。图5示。
4.3 抗凹性改善方案检讨
4.3.1 外覆盖件单品变更检讨
车型已经开发到一定的阶段，外覆盖件材料、厚度、截面形状 变更会影响到整车外观风格变更，碰撞安全系统（行人保护模块）重新验证，模具重新开模等。从品牌风格、日程考虑，都无法实现。
检讨通过更改生产工艺条件，增加单品冲压工序压边力，增加拉延充分性，通过提升应变硬化提升抗凹性，但实绩效果不佳，主观按压依旧偏软。分析原因，由于外覆盖件截面形状曲率太低，拉延充分性难以提高，无法有效弥补截面形状造成的抗凹性不足。单品自身难以改善，需检讨从总成支撑条件变更改善。
4.3.2 总成支撑条件变更检讨
前文已经分析，总成支撑条件存在诸多不利因素。但从日程考虑，减少内外覆盖件间空腔大小难以实现。故首先考虑的是，变更结构胶的强度；若还不能满足抗凹性目标值要求，则必须通过钢板补强贴改善。
（1）结构胶强度增加经确认，部分位置结构胶为点状，
强度弱。经与设计者、生产部门检讨，将临近的点状连为一体，增加了胶体的支撑密度及强度，提高了外覆盖件受到的支撑力，抗凹性能也获得了一定的提高。抗凹刚度变形NG 点减少到2处，图6示。NG 点变形值下降，抗凹失稳趋势消除，图7及表2示。主观评价，整体抗凹性有明显改善，但对比某竞品车稍弱。
图6 改善后NG 点残余分布
图7 改善后载荷-变形曲线 表2 各点变形值矩形表
（2）钢板补强贴的追加
钢板补强贴，是一种3层复合材料，上层为玻璃纤维骨架，中间是以环氧树脂/橡胶为基材的粘接层，底层为防粘纸，图8示。可根据需要制成各种几何形状和尺寸。使用时，揭
刘洁敏 等：浅谈车身外覆盖件抗凹性的提升改善方法
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去防粘纸，贴附与需要补强的位置，经涂装烘烤，固化后与
钢板形成复合结构，提高钢板刚性、弯曲强度和冲击性能[5]。
图8 补强贴结构图
此次检讨了3种补强板形状、位置方案，结合抗凹性结果、现场作业性等因素，最终定型，图9示。抗凹刚度NG 点得以改善，受载变形值大幅下降，图10示。各点变形值见表3示。以手掌按压，主观评价亦优于某竞品车水平。
图9 示贴附位置示意图
图10 改善后载荷-变形曲线 表3 各点变形值矩形表
4.3.3 后续车型反省，截面形状上提高抗凹性
回顾该车型机盖抗凹性课题推进，设计上外覆盖件单品在截面形状上的大平面低曲率先天不足给抗凹性推进带来了很大困扰，后期改善成本高、难度大。反映在后续车型的改善上，从外覆盖件设计源头给予改善。与设计者检讨后，在截面形状上减少了大平面设计，增加了造型棱线、增加型面曲率，图11示。
图11 截面形状改善
利用CAE 软件初步分析，在造型变更附近施加相同载 荷，变形趋势对比变更前明显下降。对变更后的发动机盖实物开展抗凹试验，结果改善明显，额定载荷下各点变形值表
4示。
表4 各点变形值矩形表
3.4 课题总结
提升抗凹性的对策实际上有许多种，但是并非所有对策在任何时候都具有可行性；不同的对策适用于车型所处的不同阶段，应结合实际，考虑采取最优可行的改善方案。从初期设计上保证，尽量选择一种抗凹性优的外覆盖件截面形状设计，减少点状等低强度的胶体结构设计是一种更为高效且经济的方案，而补强板等辅材使用则相对直接有效。
4 结论
本文通过对抗凹性影响因素的分析，结合某车型发动机盖抗凹性不足推进案例分享，介绍了主机厂提升外覆盖件抗凹性的常见方法。对于外覆盖件抗凹性提升，具有一定的指导意义：
（1）前期造型设计，需同时考虑外覆盖件胀型、高曲率
需求，实现设计与制造的联动，信息共享。
（2）总成支撑结构的设计，在保证碰撞安全的前提下，也应该适当考虑增加支撑强度，提升抗凹性能。
（3）制造领域在抗凹性品质保证上，应重点管控制造品质与规格的一致性，包括外覆盖件冲压拉延充分性、内外覆
盖件间隙值、结构胶的均匀完整、膨胀充分性等。
参考文献
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[2] 俞宁峰，汪承璞，李川海.汽车钢板抗凹性试验方法及其应用[J].锻
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[3] 李东升，周贤宾，吕晓东，汪承璞.汽车板抗凹性评价体系及试验机
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[4] 陈晓辉，金飞翔，沈智，叶丽燕，王伟.汽车覆盖件抗凹性能研究进展
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