基于故障樹的某車型車側(cè)防擦條總成問題解決策略

江曉翊，孟云飛

（敏實集團，浙江 嘉興 314006）

汽車用車側(cè)防擦條是指安裝于車身側(cè)面腰部或者車身側(cè)面的門檻板附近，裝飾車輛側(cè)面造型，并主要起防擦保護車身作用的構(gòu)件。一般的轎車車身上都會配車身防擦條，目的是防止輕微的碰撞和刮蹭對車漆造成傷害，有一定的保護作用。比如在停車位上，2 輛車開車門時對漆面的碰撞保護。故障樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）是在1960年由美國貝爾實驗室華生（H.A.Watson）和漢塞爾（D.F.Haasl）提出的，其采用邏輯的方法，形象地進行危險影響因子的分析工作，在分析的過程中，需要繪制故障樹圖。故障樹圖是一種邏輯因果關系圖，其根據(jù)元部件狀態(tài)來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)。該方法用圖形化的方法，將不良問題逐層向下分解，直至找到最根本的原因[1]。在分析的過程中要關注關鍵重要度的因子：關鍵重要度是某個單元故障概率變化引起系統(tǒng)故障概率變化率變化的程度，即頂事件發(fā)生概率與某底事件概率變化率之比[2]。目前汽車防擦條總成的構(gòu)造也越來越復雜，外觀要求更苛刻，材料工藝流程和注塑工藝的要求能力要求增高。導致其整個裝配流程及其質(zhì)量控制因素更為復雜、綜合，也具有更大變數(shù)[3]。可以直觀地反映出單元概率重要度的影響，從而排除最佳的對策順序[4]。

1 車側(cè)防擦條總成故障現(xiàn)象

本文所指的汽車用車側(cè)防擦條是以PP+EPDM+TD15 材料為基材的，高光黑涂裝的防擦條總成。隨著近些年汽車輕量化和成本管控，以及整車的行人保護法規(guī)需求的綜合作用，這類產(chǎn)品車側(cè)防擦條的基材基本上都是用PP+EPDM+TD15 材料注塑成型的。過往的類似產(chǎn)品一般都是以粗皮紋為外觀式樣，近些年隨著一些高端車型和新能源車型的外觀的演變，逐漸出現(xiàn)了電鍍件與雙色注塑本體的防擦條總成，再演變到現(xiàn)在市場上最為流行的高光黑涂裝單板式樣。出于后期成本的考量，各大主機廠往往會以單板的結(jié)構(gòu)應對當前的產(chǎn)品式樣。PP+EPDM+TD15 這種基材由于材料特性的原因，在注塑成型和高光黑涂裝之后，會產(chǎn)生縮水印、斜頂印、波浪鼓包等缺陷。

2 故障樹分析法——故障原因定位

針對此類產(chǎn)品最難解決的斜頂印問題，本文會結(jié)合故障樹分析法從材料、產(chǎn)品設計、模具工裝、注塑工藝和涂裝工藝這5 個維度進行問題的解析和對策分析解決（見表1）。

表1 故障樹分析

3 故障樹分析

3.1 材料因子解析

本項目所選擇的PP+EPDM+TD15 為成熟材料，有過多款類似車型相同零件的量產(chǎn)實績。

第一，關于收縮率。聚丙烯（PP）的收縮率約0.7%～1.0%：ABS（丙烯腈(A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）3 種單體的三元共聚物，簡稱ABS）收縮率約0．4%～0.6%。半身材料屬性上來看PP 的收縮率就很大，所以產(chǎn)品成型之后的后收縮所產(chǎn)生的應力會更大，因此應該會一個主要的因子。PP 和ABS 的收縮率的差異主要是來自于結(jié)晶的差異。PP 是結(jié)晶性材料，存在明顯的熔點和晶峰，材料冷卻時有結(jié)晶，結(jié)晶過程中分子連段規(guī)整堆砌，所以收縮率較大，相對而言，ABS 則是非結(jié)晶材料，該材料只存在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，沒有熔融和結(jié)晶的過程，材料在脫模之后的收縮是線性的，所以相對收縮率會小一些。

第二，關于材料的剛性強度。通常，關于材料的剛性強度主要和材料物性的拉伸前度、彎曲強度和彎曲模量這3 個常見的參數(shù)息息相關。PP+EPDM+TD15 和ABS 關鍵物性對比見表2。從表2中可以看出在23 ℃下ABS 的3 項指標都明顯高于PP+EPDM+TD15。此外注塑件的防擦條產(chǎn)品剛從模具脫模的時候產(chǎn)品的溫度比較高，同時防擦條產(chǎn)品是裝在車身外側(cè)的產(chǎn)品，車輛的產(chǎn)品使用問題會比較多，因此重點比對了材料在高溫的情況下的性能?？梢钥吹剑?0 ℃時，ABS 的3 項指標更加明顯地高于PP+EPDM+TD15。所以整體表現(xiàn)出ABS 比PP 有更好的扛收縮應力和斜頂摩擦力的能力，因此從外觀上可以看出來產(chǎn)品變形的程度會更小，如圖1所示。

圖1 PP+EPDM+TD15 和ABS 在不同溫度下的應力應變曲線

表2 PP+EPDM+TD15 和ABS 關鍵物性對比 MPa

解決對策：使用ABS 材料進行打樣，確認產(chǎn)品的外觀，結(jié)果ABS 的材料的外觀會好很多。但是相關材料的選擇，需要同時考量行人保護的法規(guī)和材料的成本。

因此材料對于整體的斜頂印的解決是主要因子。

3.2 結(jié)構(gòu)設計因子解析

車側(cè)防擦條產(chǎn)品都是3 mm 的壁厚，過往的類似產(chǎn)品實際比較多。所以這個壁厚選擇在合理的范圍內(nèi)。為了防止產(chǎn)品縮水，相關的筋條壁厚也設置在0.8 mm，滿足設計的規(guī)范。搭接在大曲面上曲率R≈800 mm，發(fā)生縮水，所以會把筋條設計在圓角的背部，減少外觀面的影響。同時為了減少外觀面的不良，可以局部在主壁厚處增加0.3 mm 的漸變加膠。如圖2所示，Doghuose整體連接筋支撐位置容易縮印，無連接筋處容易凹陷，整體看起來有波浪形，所以會采用圖2（e）的方案進行力的分散，從結(jié)構(gòu)上進行分段收縮力的承接：Doghuose連接筋分段后，分解大筋在A 面上整體收縮，外觀看起來更加均勻，從搭接力的分散和圓角的搭接，順料流的筋條等角度制定了4 個方案進行因子排查。發(fā)現(xiàn)出來的效果有輕微改善。

圖2 不同設計結(jié)構(gòu)

因此設計結(jié)構(gòu)對于整體的斜頂印的解決不是主要因子。

3.3 模具工裝因子解析

首先，需要設定合理的澆口布置。依據(jù)模流報告單件產(chǎn)品3 個澆口，中間主澆口50 mm×2 mm，兩端保壓澆口30 mm×1.5 mm，根據(jù)當前的PP 的流長比建議230～340，目前的澆口設計合理。

其次，冷卻水路系統(tǒng)布置是否合理。通過模具設計手冊的校核，水路隨型分布，前后模各8 組，每組水路長2 m 以內(nèi)，水路離產(chǎn)品距離20～30 mm 是滿足設計要求的，當然文章提出來新的優(yōu)化，就是針對水路的優(yōu)化，如圖3所示。

圖3 斜頂水路結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

再次，配模狀態(tài)。在模具設計優(yōu)化的基礎上，加工的鉗配的狀態(tài)需要進行確認。進行斜頂相關碰穿處藍丹確認，如圖4所示，結(jié)果確認配合沒有問題，同時產(chǎn)品沒有飛邊。

圖4 斜頂研配狀態(tài)

斜頂角度、斜頂數(shù)量、拋光、熱流道點數(shù)及分布、頂出方式平衡性均滿足模具設計手冊的要求。同時通過三坐標測量±0.03 mm 的CNN 加工精度滿足要求。如圖5所示。

圖5 CNN 的加工精度

模流結(jié)果：填充動畫，注塑壓力，溶體溫度，熔接線，困氣及縮痕估算等狀態(tài)正常判定標準：①注塑成型常用塑料流長比240～350（現(xiàn)狀280～320）；②注塑成型壓力，PP 料低于70 MPa（現(xiàn)狀32 MPa）。③判定結(jié)果符合Moldflow 指導手冊。

因此模具結(jié)構(gòu)對于整體的斜頂印的解決不是主要因子，斜頂運水會對此有效果，屬于影響因子。

3.4 注塑工藝因子解析

溶膠溫度降低是防止后收縮，產(chǎn)生應力，故溶膠溫度盡量偏下線。使充填后產(chǎn)品冷卻后收縮盡量變小。

關于射出的壓力調(diào)整：①注射壓力加大，速度減慢，在充填過程中盡量貼近表面充填，使充填卡扣時材料不翻到產(chǎn)品表面，在充填過程中壓力大，充填密度也大。產(chǎn)品縮水小。②因注射壓力和速度更改，故保壓調(diào)校，使產(chǎn)品應力減小。防止斜頂應力印。③冷卻時間加長，使產(chǎn)品脫模溫度接近冷卻溫度，減少瞬間縮水率，見表3和表4。

表3 注塑射出原始表

表4 注塑射出優(yōu)化表

背壓10 Bar，位置200 mm，儲料位置改變，背壓加大，產(chǎn)品充填密度加大，后收縮應力減少。

因此注塑工藝對于整體的斜頂印的解決是重要因子。

3.5 涂裝工藝因子解析

涂裝工藝對于縮印的影響：油漆噴涂只是在素材的外表面形成一層性能較素材有優(yōu)勢的涂膜，本身不會因為涂裝烘烤等產(chǎn)生縮印。涂膜光澤：80～100°，表面光線反射較素材更加突出。如果使用亞光的涂料噴涂，光纖反射弱，相對會減輕，但是縮印還是存在的。不同的涂料和表面處理對于產(chǎn)品縮印影響還是很大的。如圖6所示。

圖6 不同涂裝工藝

因此涂裝工藝對于整體的斜頂印的解決是重要因子。

4結(jié)論

隨著我國新能源和傳統(tǒng)汽車行業(yè)的興起和突破，高光黑涂裝款的單板車側(cè)防擦條總成在市場上開始有更多的選配和車型應用。本文通過對車側(cè)防擦條總成的設計和開發(fā)的研究，有如下總結(jié)和業(yè)界同仁分享。

（1）高光黑涂裝的防擦條盡量采用ABS 等非結(jié)晶型材料，0.4%收縮率的ABS 材料（邵氏硬度110°）在滿足行人保護要求的情況下會有助益。選擇材料物性的時候要考慮高低溫下的模態(tài)。

（2）結(jié)構(gòu)上采用雙層的結(jié)構(gòu)，會對規(guī)避縮水斜頂印有更好幫助。外觀A 面有些造型或者弧度對產(chǎn)品也會更好一些。粗皮紋對于此類零件的外觀和合格率會有提升。并且結(jié)構(gòu)上需要進行力的分散，澆口和料流方向也要納入考量。

（3）模具的運水需要盡量合理，同時在進行相關結(jié)構(gòu)設計的時候也要考慮到斜頂?shù)陌o力，在注塑壓力、注塑溫度、保壓壓力的等方面綜合考量，結(jié)構(gòu)設定在一些圓角的特征后面，考慮澆口位置和流長比。關注后收縮應力的消除。