基于故障樹的某車型車側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）

汽車用車側防擦條是指安裝于車身側面腰部或者車身側面的門檻板附近，裝飾車輛側面造型，并主要起防擦保護車身作用的構件。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，FTA）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，其根據元部件狀態來顯示系統的狀態。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故障概率變化率變化的程度，即頂事件發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量控制因素更為復雜、綜合，也具有更大變數[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 車側防擦條總成故障現象

本文所指的汽車用車側防擦條是以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需求的綜合作用，這類產品車側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，逐漸出現了電鍍件與雙色注塑本體的防擦條總成，再演變到現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構應對當前的產品式樣。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

針對此類產品最難解決的斜頂印問題，本文會結合故障樹分析法從材料、產品設計、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，所以產品成型之后的后收縮所產生的應力會更大，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晶的差異。PP 是結晶性材料，存在明顯的熔點和晶峰，材料冷卻時有結晶，結晶過程中分子連段規整堆砌，所以收縮率較大，相對而言，ABS 則是非結晶材料，該材料只存在玻璃化轉變溫度，沒有熔融和結晶的過程，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品剛從模具脫模的時候產品的溫度比較高，同時防擦條產品是裝在車身外側的產品，車輛的產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。可以看到，80 ℃時，ABS 的3 項指標更加明顯地高于PP+EPDM+TD15。所以整體表現出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，確認產品的外觀，結果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 結構設計因子解析

車側防擦條產品都是3 mm 的壁厚，過往的類似產品實際比較多。所以這個壁厚選擇在合理的范圍內。為了防止產品縮水，相關的筋條壁厚也設置在0.8 mm，滿足設計的規范。搭接在大曲面上曲率R≈800 mm，發生縮水，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，從結構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。發現出來的效果有輕微改善。

圖2 不同設計結構

因此設計結構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。依據模流報告單件產品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，水路離產品距離20～30 mm 是滿足設計要求的，當然文章提出來新的優化，就是針對水路的優化，如圖3所示。

圖3 斜頂水路結構的優化

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

圖4 斜頂研配狀態

斜頂角度、斜頂數量、拋光、熱流道點數及分布、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正常判定標準：①注塑成型常用塑料流長比240～350（現狀280～320）；②注塑成型壓力，PP 料低于70 MPa（現狀32 MPa）。③判定結果符合Moldflow 指導手冊。

因此模具結構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，產生應力，故溶膠溫度盡量偏下線。使充填后產品冷卻后收縮盡量變小。

關于射出的壓力調整：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品表面，在充填過程中壓力大，充填密度也大。產品縮水小。②因注射壓力和速度更改，故保壓調校，使產品應力減小。防止斜頂應力印。③冷卻時間加長，使產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 注塑射出優化表

背壓10 Bar，位置200 mm，儲料位置改變，背壓加大，產品充填密度加大，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勢的涂膜，本身不會因為涂裝烘烤等產生縮印。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結論

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

（1）高光黑涂裝的防擦條盡量采用ABS 等非結晶型材料，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。

（2）結構上采用雙層的結構，會對規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。并且結構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，同時在進行相關結構設計的時候也要考慮到斜頂的包緊力，在注塑壓力、注塑溫度、保壓壓力的等方面綜合考量，結構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。