車輛扶手箱總成失效溯源解析

付祥武 秦慧琳 潘群 姚佳人

摘要：市場反饋副儀表板扶手箱總成（以下簡稱扶手箱）失效，通過開展材料性能檢測、操作耐久性試驗(yàn)、斷口宏觀和微觀等系統(tǒng)性分析，并對(duì)不同供應(yīng)商生產(chǎn)的扶手箱開展對(duì)比驗(yàn)證和分析。結(jié)果表明，供應(yīng)商更換的原材料力學(xué)性能不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致扶手箱本體轉(zhuǎn)軸斷裂；鉸鏈彈簧定位孔壁厚設(shè)計(jì)偏下限，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足導(dǎo)致鉸鏈彈簧孔損壞。介紹了調(diào)查分析思路和相關(guān)故障解析方法，通過對(duì)該問題改善和驗(yàn)證，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：扶手箱總成；產(chǎn)品質(zhì)量；失效分析

副儀表板扶手箱總成包含的部件有本體、蓋板、按鈕、旋轉(zhuǎn)軸、阻尼器和鉸鏈彈簧，如圖1所示。扶手箱開啟時(shí)要求左右兩側(cè)蓋板同步，開啟時(shí)間為（1±0.2）s。市場反饋扶手箱問題類型主要如下：開啟時(shí)左右側(cè)蓋板不同步（回彈過快無緩沖導(dǎo)致開啟不同步）；阻尼失效（打開時(shí)沒有阻力，開啟速度快）；蓋板無法開啟。

調(diào)查MIS數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，截至2022年6月，市場累積索賠113例。經(jīng)查詢MISMOP，故障發(fā)生區(qū)間在售后至13個(gè)月內(nèi)，屬于低里程失效。扶手箱失效從2020年5月開始，主要集中在2021年8月—2022年4月。通過對(duì)市場返回的故障件進(jìn)行解析，失效部位為鉸鏈彈簧定位孔損壞，扶手箱本體轉(zhuǎn)軸斷裂，阻尼器卡接點(diǎn)斷裂。

使用Minitab完成扶手箱壽命數(shù)據(jù)分析，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行威布爾擬合分析，b=1.64。理論計(jì)算，當(dāng)用車?yán)锍踢_(dá)1萬km時(shí)，故障率為5%；當(dāng)用車?yán)锍踢_(dá)2萬km時(shí)，故障率為14.9%；當(dāng)用車?yán)锍踢_(dá)到4萬km，故障率為39.7%，如圖2所示。

針對(duì)該扶手箱失效問題，對(duì)故障件進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析、故障解析及整改驗(yàn)證，改善了扶手箱失效問題。

故障件統(tǒng)計(jì)分析

2020年5月扶手箱一軌供應(yīng)商切換原材料供應(yīng)商及模具重開，原材料牌號(hào)由PC+ABS HAC8250切換為PC+ABS CA36TQ-BK，市場發(fā)生第一例索賠件。截至2021年8月，市場累計(jì)索賠28例。自2021年8月一軌供應(yīng)商斷供，二軌供應(yīng)商切換原材料供應(yīng)商，市場累計(jì)索賠113例，見表1。

故障解析

1.鉸鏈彈簧及底座硬度解析

對(duì)一軌和二軌的鉸鏈彈簧及底座開展硬度測試。二軌鉸鏈彈簧及底座硬度較一軌低，見表2。

2.彈簧孔壁破壞強(qiáng)度解析

選取與故障件同批次扶手箱開展鉸鏈彈簧孔壁破壞強(qiáng)度試驗(yàn)。扶手箱關(guān)閉狀態(tài)，彈簧彈力18N，彈簧孔壁破壞強(qiáng)度47N。彈簧孔壁厚設(shè)計(jì)（1±0.2）mm，實(shí)際壁厚0.8mm，彈簧孔壁厚工藝控制偏下限，在長期開啟、關(guān)閉工作模式下，彈簧定位孔損壞，導(dǎo)致彈簧彈出定位孔后下塌，在后期使用中持續(xù)對(duì)軸壁產(chǎn)生作用力使其斷裂。

3.彈簧孔結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，一軌彈簧孔結(jié)構(gòu)與二軌有差異。一軌彈簧孔受力方向兩端各有一個(gè)孔位支撐孔，二軌彈簧孔受力方向?yàn)槭纸睿瑹o孔位支撐孔。且一軌壁厚1.0mm，二軌壁厚0.8mm，二軌壁厚較一軌小0.2mm，見表3。

4.原材料性能分析

對(duì)兩種原材料PC+ABS HAC8250和PC+ABS CA36TQ-BK進(jìn)行塑料密度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、懸臂梁缺口沖擊（23℃）及低溫缺口沖擊（-40℃）性能檢測。PC+ABS HAC8250均符合要求，而 PC+ABS CA36TQ-BK懸臂梁缺口沖擊（23℃）及低溫缺口沖擊（-40℃）不滿足要求，見表4。

5.故障件斷口分析

對(duì)故障件開展斷口分析，斷裂受力方向由內(nèi)向外，是受到從樣件內(nèi)側(cè)作用力斷裂。斷裂源起源處未見異物夾雜等缺陷，有擠壓痕，且斷口呈明顯韌性特征，導(dǎo)致樣件斷裂的載荷的速率相對(duì)不高，是沖擊載荷所致，如圖3所示。

6.故障件紅外分析

對(duì)不同時(shí)期一、二軌故障件（一軌2020年12月批次、二軌2021年12月批次）進(jìn)行紅外光譜重疊分析，不同時(shí)期的PC+ABS材料光譜不一致（藍(lán)色曲線代表一軌，紅色曲線代表二軌），兩者材料成分有差異，如圖4所示。

整改驗(yàn)證

抽取與故障同批次扶手箱3件開展操作耐久試驗(yàn)。分別在常溫階段耐久3053次、2770次、3302次后扶手箱蓋板阻尼失效。結(jié)合用戶使用習(xí)慣（每天操作5次），故障再現(xiàn)結(jié)果顯示，耐久壽命平均在1.6年。扶手箱失效現(xiàn)象為彈簧定位孔損壞，阻尼失效，與市場失效壽命基本吻合。

彈簧定位孔圖樣未標(biāo)注尺寸公差，依據(jù)國標(biāo)GB/T 14486—2008《塑料模塑件尺寸公差》執(zhí)行。產(chǎn)品原材料為PC+ABS，收縮特性值為0.5%±0.1%。根據(jù)模塑材料收縮特性值選用公差等級(jí)MT3（標(biāo)注公差尺寸為一般精度）。GB/T 14486—2008要求，基本尺寸的上、下偏差可根據(jù)工程的實(shí)際需要分配。

針對(duì)該故障問題的改善方案為：

1）將彈簧孔壁厚尺寸公差由（1±0.2）mm調(diào)整為（1+0.4 +0）mm，彈簧孔壁厚由0.8mm調(diào)整到設(shè)計(jì)上限1.4mm。

2）原材料由PC+ABS CA36TQ-BK切換為PC+ABS HAC8250。

抽取改善后的扶手箱進(jìn)行彈簧彈力和彈簧孔壁破壞強(qiáng)度測試，彈簧彈力為18N，彈簧孔壁破壞強(qiáng)度為113N，彈簧孔的強(qiáng)度顯著提升。

抽取3件改善后扶手箱開展操作耐久試驗(yàn)19 000次（結(jié)合用戶使用習(xí)慣，每天操作5次，耐久壽命10年共計(jì)19 000次）。試驗(yàn)時(shí)，將扶手箱完全打開，停止0.5s，每分鐘進(jìn)行5～10次循環(huán)，以此作為一個(gè)循環(huán)，共進(jìn)行19 000次循環(huán)：14000次循環(huán)（23±5）℃； 500次循環(huán)（85±5）℃；500次循環(huán)（-30±5）℃；4000次循環(huán)（40±5）℃，相對(duì)濕度95%。

試驗(yàn)后樣品無明顯變形，無功能失效，操作時(shí)無異響，無零部件脫落，打開操作力平均衰減17.9%，關(guān)閉操作力平均衰減15%，操作力的衰減均控制在20%以內(nèi)，滿足要求。同時(shí)，監(jiān)控?cái)帱c(diǎn)后6個(gè)月市場上無故障發(fā)生。

結(jié)語

故障件材料為PC+ABS，轉(zhuǎn)軸的擠壓痕為受沖擊載荷所致。光譜分析不同生產(chǎn)日期的材料，顯示光譜不一致，材料成分不一樣。供應(yīng)商2020年5月變更的原材料力學(xué)性能不足，導(dǎo)致扶手箱彈簧孔和軸壁斷裂。鉸鏈彈簧孔壁厚0.8mm，設(shè)計(jì)尺寸偏下限（1±0.2）mm，對(duì)比一軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上無孔位支撐孔。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足導(dǎo)致彈簧孔損壞，在后期使用中持續(xù)對(duì)軸壁產(chǎn)生作用力使軸壁斷裂。

原材料切換為PC+ABS HAC8250，彈簧孔壁厚由0.8mm調(diào)整到1.4mm，彈簧孔破壞強(qiáng)度顯著提升，通過操作耐久性驗(yàn)證可靠性滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段試驗(yàn)評(píng)審中，應(yīng)組織多方評(píng)估耐久試驗(yàn)的充分性，確保耐久試驗(yàn)覆蓋整車工況。產(chǎn)品變化點(diǎn)管理中，根據(jù)一軌、二軌設(shè)計(jì)及原材料性能差異分析，通過研究、驗(yàn)證、廣泛對(duì)標(biāo)等方法，系統(tǒng)性總結(jié)產(chǎn)品技術(shù)條件并開展可靠性耐久試驗(yàn)。