某車型前保險杠材料性能特征分析與匹配優化

趙博文，王晶琦，鄭 凱，張 璞，張 琪，丁祖學Zhao Bowen，Wang Jingqi，Zheng Kai，Zhang Pu，Zhang Qi，Ding Zuxue

某車型前保險杠材料性能特征分析與匹配優化

趙博文，王晶琦，鄭 凱，張 璞，張 琪，丁祖學
Zhao Bowen，Wang Jingqi，Zheng Kai，Zhang Pu，Zhang Qi，Ding Zuxue

（北京汽車集團越野車有限公司，北京 101300）

靜態感知質量提升在汽車研發設計過程中是一個系統性、復雜性的工程，其對保險杠及其相關部件的匹配精度及穩定性有極高要求。由于不同注塑材料的性能與結構研究尚不完善，所以外飾件的匹配成為新車開發過程中的一個難點。介紹了某車型前保險杠匹配的方法，同時針對材料的性能與工藝特點提出一種有效的解決方案?；谧⑺芄に嚨脑?，通過優化注塑克重、調整冷卻工裝等，在保證所需物理和機械性能的前提下，成功地將前保險杠兩端向尺寸控制在設計范圍內，同時避免修模所帶來的高額成本，將產品合格率從50.3%提升至100%。

感知質量；前保險杠；尺寸匹配；材料性能

0 引 言

近年來，隨著整車制造水平的快速發展，人們對車輛外觀感知質量的標準不斷提高。輪眉與前保險杠是整車前圍裝飾及造型的主要部件，且對車身面具有一定的防護功能，需要保證其安裝方便及牢靠。整車輪眉與前保險杠匹配已成為內外飾工作的一項重點內容，大多采用注塑成型工藝，這是一個復雜的多因素耦合作用的動態加工過程，每個因素都對制品的成型質量有重要影響；其中成型收縮等是影響制品質量的關鍵，其不僅影響注塑制品的尺寸精度與表觀質量，還會引起制品結構變形與內在質量缺陷[1]。汽車輪眉與散熱器均需要與車身配合，一旦尺寸發生超差，會出現間隙或面差，影響整車感知質量[2]；因此，如何通過優化注塑工藝保證注塑件的尺寸以滿足整車匹配間隙和DTS（Dimension Technical Specifica- tions，面差標準）成為了難題[3]。

1 問題描述

某款車型在批量裝車驗證過充中，其前輪眉與前保險杠匹配不良，部分車輛存在間隙超差（1.1～1.3 mm）、面差超差（1.1～1.3 mm），如圖1所示，DTS中要求間隙為（0.5±0.5）mm，面差為（-0.5±0.5）mm。

圖1 前輪眉與前保險杠間隙、面差超差

圖2為該款車型每日故障率曲線，從圖中可知，在連續19天的試生產過程中，間隙、面差超差的平均故障率約為50.3%。由于故障處于表面明顯可見區域，對車型整體感知質量及第一印象有很大影響，亟需解決。

圖3為前輪眉與前保險杠匹配模型，將故障區域劃分為4個位置。表1為2輛故障車前輪眉與前保險杠的DTS實測數據，從數據可知，1#、2#整車的間隙測量數據在位置1、位置2處全部符合DTS要求，位置3、位置4處的合格率為25%；1#、2#整車的面差測量數據在位置1、位置2處符合公差要求，在位置3、位置4處前保險杠外表面明顯高于輪眉本體，合格率為12.5%，且位置4處的面差為1.1～1.3 mm，超出設計值(-0.5±0.5) mm，故障嚴重。

圖2 前輪眉與前保險杠間隙故障率

圖3 前輪眉與前保險杠匹配模型

表1 故障車前輪眉與前保險杠的DTS實測數據 mm

注：LH（Left-Head ，車頭左前），RH（Right-Head，車頭右前）。

2 原因分析

整車內外飾匹配質量分析一般從人、機、料、法、環、測等方面進行。通過前期調查初步分析，前輪眉與前保險杠DTS超差可能由人員裝配問題、白車身精度問題、輪眉與散熱器單品尺寸問題等造成。

2.1 輪眉與前保險杠裝配分析

圖4為前輪眉與前保險杠裝配順序圖，其為大燈支架總成—前大燈總成—前輪眉總成—格柵總成—前保險杠總成—前輪眉飾條總成。按照裝配順序及相關工藝卡要求，連續選取總裝線上10臺整車進行跟蹤，確認總裝裝配人員和裝配過程符合工藝要求，裝配順序及要點均按照工藝卡執行；將1#、2#故障車相關部件拆解，按工藝卡要求重新裝配，故障復現，且2次測量值基本一致，判斷DTS問題非由裝配造成。

圖4 前輪眉與前保險杠裝配順序

2.2 白車身安裝點精度分析

圖5為白車身前部三坐標測量，由測量數據可知，中央支撐安裝螺母、前大燈安裝支架螺母、翼子板安裝螺母孔位合格率達97.9%，符合公差要求。這些孔位均為前輪眉與前保險杠安裝于車身的相關安裝孔位，一致性較好，判斷DTS問題與白車身精度相關性較低。

圖5 白車身前部三坐標測量

2.3 零部件尺寸及匹配分析

零件尺寸不合格（尺寸超差）也是造成不匹配問題的一個可能原因。輪眉、前保險杠的個體尺寸對相互匹配有重要影響，分別對相關尺寸進行檢測。圖6為前輪眉通過專用檢具檢測，經檢驗，輪眉所有檢測面的間隙和面差合格，判斷DTS問題非輪眉尺寸超差造成。

表2為1#故障車前保險杠在CUBING（標準車身，一種檢具）上的DTS實測數據，其測量數據與實車數據高度一致，在位置3、位置4處存在嚴重超差問題，間隙超差最大值為1.25 mm，面差超差分別為1.1 mm、1.3 mm。

表2 1#故障車前保險杠CUBING的DTS實測數據 mm

圖7 前保險杠兩端Y向尺寸測量數據

隨機挑選10個前保險杠進行兩端向尺寸測量，從圖7可知，前保險杠兩端向尺寸為1 850.5～1 852 mm，高于設計值(1 848±1) mm，結合前保險杠與輪眉兩端的搭接結構，判斷前保險杠兩端向尺寸超差導致在位置4無法與輪眉貼合，產生較大的面差超差（左、右各超差1.6～1.75 mm），同時對兩零部件配合間隙以及位置3處DTS產生一定影響；因此，判斷前保險杠兩端向尺寸超差為輪眉與前保險杠匹配不良的主要原因。

3 改善方案

3.1 注塑克重優化

經調查，前保險杠供應商自行調整了工藝參數，增加了進料量的克重，變為1 885～1 895 g（鎖定的零件克重比普遍增加約53 g，最大增加93 g），導致前保險杠尺寸變大；因此，通過調整進料克重進行改善。經過2輪工藝參數摸索，確定供應商需嚴格控制前保險杠克重為（1 825±10）g。經過多次試驗對比，料重過大對前保險杠尺寸超差的影響為0.5～0.65 mm。

為了進一步減小前保險杠向尺寸，嘗試繼續降低進料克重，但是通過多輪注塑參數調整，前保險杠選用的PP+EPDM-T20（聚丙烯+三元乙丙橡膠+20%滑石粉）材料已達最小尺寸極限，再降低克重會使本體表面出現塑痕，無法接受。

進一步提出更換注塑材料的方案，表3為不同注塑材料物理與機械性能，可以看出，廠家1、廠家2與故障車型的前保險杠材料均為PP+EPDM-T20，其在熔體指數、懸臂梁缺口沖擊強度、彎曲模量方面均表現優異，同時具有符合行業發展趨勢的輕量化、薄壁、高剛性等性能，現已在多款車型中應用。材料API-1925、API-2010懸臂梁缺口沖擊強度偏低，存在脆斷風險；材料ABP-1507彎曲模量偏低，其注塑產品剛性低，指壓性能不滿足要求。因此，備選材料均無法滿足前保險杠性能要求，確定注塑材料不發生變化，仍采用PP+EPDM-T2。

表3 不同注塑材料的物理與機械性能

3.2 冷卻、噴涂工裝調整

前保險杠主要注塑材料為PP+EPDM-T20，在注塑成型、噴涂工藝過程中，由于本體材料屬于結晶性材料，溫度對尺寸的影響較大，即注塑成型過程中，前保險杠從模具型腔取出經空氣冷卻后會發生較大收縮，其原因為：（1）高分子鏈的伸展與卷曲（圖8），材料分子鏈在注塑過程中發生分子鏈解纏—冷卻固化—再次卷曲，宏觀表現為注塑件收縮[4]；（2）材料中包含大量PP結晶性聚合物，材料由非晶態向結晶態轉變時，內部結構會形成更加有序的排布，體積也會減少，宏觀表現為注塑件收縮。

圖8 注塑過程中分子鏈的變化過程[4]

對供應商審核發現，前保險杠冷卻、噴涂工裝向實際尺寸偏大（1 845～1 853 mm），如圖9所示，沒有充分考慮前保險杠冷卻后收縮實際情況，使本體零件在冷卻、噴涂烘烤后，工裝向限制面A與本體干涉，無法自然收縮，導致零件尺寸偏大，超差達到0.9～1.2 mm。

圖9 前保險杠噴涂工裝

為解決前保險杠無法自然收縮問題，經現場分析，制定掛具改制方案。將掛具兩側與保險杠的限制面（圖9中A區域）在向進行內收，左、右兩端分別內收20 mm，改進后向實際尺寸為1 805～1 813 mm，留出足夠的自然收縮空間。

4 效果驗證

為檢測前保險杠的改善效果及前保險杠與前輪眉DTS匹配狀況，采用前保險杠專用檢具檢測優化后的前保險杠，如圖10所示，所有檢測面的間隙和面差合格；此外進行裝車檢測，實車試裝中安裝無問題，安裝后與前輪眉以及其他零部件配合良好，測量數據符合DTS要求（表4），經過100輛車批量驗證，合格率為100%。

圖10 前保險杠專用檢具檢測

表4 改進后前輪眉與前保險杠DTS實測數據 mm

5 結 論

針對前保險杠與輪眉匹配超差的感知質量問題，通過其裝配工藝、搭接結構、零部件尺寸鏈驗證，確認前保險杠向尺寸超差為根本原因。因此，對高分子材料分子構成及注塑過程的材料晶體變化分析，確定減少注塑克重、掛具工裝內收優化方案，從而提高車頭部位配合精度，滿足靜態感知質量要求。分析和解決問題的思路與過程希望可以為同行提供借鑒。

[1]馮志新. 基于DOE的汽車保險杠注塑工藝參數的優化方法研究[J]. 塑料工業，2017，45（7）：73-76.

[2] COLE R E，FLYNN M S. Automotive Quality Reputation：Hard to Achieve，Hard to Lose，Still Harder to Win Back[J].California Management Review，2009，52（1）：67-93.

[3]田克平，胡敏，單永飛，等. 寬體輕型客車尺寸匹配難點及對策[J]. 北京汽車，2016（1）：18-20.

[4]徐偉，羅竟濤，堯永春，等. 汽車PP保險杠注塑成型收縮及涂裝后收縮的研究[J]. 汽車科技，2015（2）：58-62.

2021-06-22

1002-4581（2021）05-0028-05

U463.32+6

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.05.008