汽車車門頭道 PE 接角開裂問題優(yōu)化

2024-03-28 10:10:12·  來源:起點研究院
 

作者:曹良紅,申雅密封件有限公司


車門頭道密封條聚乙烯 PE 門密封條是一種將車門密封,使車門不容易打開,起到減震、防水、隔音、隔熱、防塵、固定等作用的產(chǎn)品,車門密封條主要用于車門的固定、塵及密封。主要由具有良好彈性和抗壓縮變形、耐老化、臭氧、化學(xué)作用、較寬的使用溫度范圍(-40~120℃)的三元乙丙橡膠(EPDM)橡膠發(fā)泡與密實復(fù)合而成。主要工藝有擠出、PE 接角。文章提到的頭道密封條,是將截斷的擠出條兩端通過 PE 膜高溫加熱后完成對接,形成一個封閉的環(huán)形密封條。若頭道密封條對接的結(jié)合力強度不足,消費者在長期開關(guān)門使用過程中,接角容易產(chǎn)生開裂甚至斷裂,將影響密封條的防水、防風(fēng)等密封性能。在項目前期開關(guān)門循環(huán)耐久測試中,接角發(fā)生開裂,存在較大風(fēng)險。因此,為保證產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性,亟需尋找優(yōu)化接角強度的方案。


1  頭道密封條與車門工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)分析


車門頭道密封條為一個密閉環(huán)形結(jié)構(gòu),如圖 1 所示。


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  頭道擠出條材料有發(fā)泡膠和密實膠組成,發(fā)泡膠牌號為AES2060B,密實膠牌號為 AES155A,接角 PE 膜牌號為PEM1803,頭道條生產(chǎn)工藝基本過程為 EPDM 原材料-擠出條-泡釘機定長-打孔-安裝泡釘-接角-檢查,使用全自動泡釘機,可實現(xiàn)連續(xù)自動沖切、打孔、安裝泡釘全過程,自動沖切機將擠出條沖切成標(biāo)準(zhǔn)長度后,再將擠出條兩端插入模具型腔內(nèi)進行 PE 對接接角。


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在整車開關(guān)門循環(huán)耐久實驗中,四門頭道接角處均有發(fā)生開裂,從開裂圖片(圖 2)分析來看,開裂部位均是從小唇邊開始,產(chǎn)生撕裂缺口,進而引發(fā)整個接角斷裂。結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點,潛在的原因有兩方面:一是頭道條接角兩端的定位泡釘間距偏下差,泡釘裝入車身鈑金孔之后,接角處于緊繃狀態(tài),會對接角產(chǎn)生分裂的拉力,從而引發(fā)開裂問題;二是頭道條接角強度不足。針對以上兩方面原因,我們設(shè)置了實驗進行研究。關(guān)于長度問題,制作尺寸偏上公差的四門頭道條,再次進行開關(guān)門循環(huán)耐久實驗驗證;針對接角強度不足的問題,通過實驗室接角強度拉力實驗分析。


2  實驗構(gòu)建


2.1 泡釘間距長度驗證實驗


   實驗原理,取間距長度靠近上公差的頭道條,并安裝到車門,此時接角處于自然狀態(tài),接角不受拉伸力作用。再次進行開關(guān)門實驗,如果接角不開裂,說明泡釘間距長短對開裂有直接影響;若仍有開裂現(xiàn)象,說明間距長度非根本原因。


2.1.1 實驗設(shè)備


氣缸、車門、拉力試驗機設(shè)備型號為 YH-9000。


2.1.2 實驗內(nèi)容


  取四門頭道條各 1 件,接角無開裂;另取同批次接角段 3 件,且測試接角強度合格(標(biāo)準(zhǔn)≥100N),如表 1;泡釘間距長度尺寸靠近上公差,如表 2。將所取零件裝車門進行開關(guān)門試驗,結(jié)束后再查看開裂情況。


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2.1.3 實驗方法


  將頭道條裝上車門后,機械手臂自動進行開關(guān)門實驗,按照開關(guān)門實驗要求,依次按四個不同條件實驗:①常溫 25°C,總計 26539 次;②高溫 80°C,總計 4827 次;③溫度 38°C,濕度 95%,總計 12066 次;④低溫-30°C,總計4827 次;每個條件結(jié)束后檢查角是否有開裂情況。①組實驗完成后檢查,發(fā)現(xiàn) 4 門接角小唇邊位置均有開裂。


泡釘間距長度實驗結(jié)論:開裂與泡釘間距長度不相關(guān)。


2.2 唇邊強度拉力實驗


2.2.1 實驗設(shè)備


拉力試驗機,設(shè)備型號為 YH-9000。


2.2.2 實驗內(nèi)容


  取與問題件相同生產(chǎn)批次的頭道條 30 件,截取接角部位長度約 150~200mm,并編好序號 1-30,觀察接角拉裂過程,以及拉力過程能力穩(wěn)定性分析。經(jīng)觀察,接角先從小唇邊處發(fā)生撕裂,繼而整段拉斷裂,與開關(guān)門實驗不良現(xiàn)象一致。說明小唇邊部位結(jié)合力較薄弱,是引發(fā)開裂的缺口。拉力數(shù)據(jù)如表 3,從數(shù)據(jù)分析看,均值 116.97N,2 件低于 100N,整體接角強度過程能力也不穩(wěn)定,過程能力穩(wěn)定指數(shù)要求 cpk≥1.33,實際 cpk=0.48,因此提升接角整體拉力強度及穩(wěn)定性是主要研究的目標(biāo)。


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   接角強度實驗結(jié)論:最開始從小唇邊處撕裂(圖 3),小唇邊處膠料截面太小,結(jié)合力薄弱,容易撕裂;拉斷的兩截面的膠料表面整齊,幾乎無撕裂痕跡。(圖 4)


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因此,從增大小唇邊厚度入手,在設(shè)計范圍內(nèi)增加小唇邊厚度 0.5mm,優(yōu)化前后對比如圖 5。


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 為防止因壓緊過緊引起接角后唇邊變形,導(dǎo)致接角開裂,同步優(yōu)化接角壓緊工裝,使壓緊工裝與唇邊完美契合。優(yōu)化完成后,取 30件零件評估接交角拉力強度,優(yōu)化后均值由 117N 提升為126N,整體提升約 9N,過程能力 cpk=0.94,未達(dá)到 1.33 穩(wěn)定水平,仍會有部分零件不滿足要求的風(fēng)險,須進一步優(yōu)化。


2.3 注塑工藝參數(shù)實驗


2.3.1 實驗設(shè)備


接角設(shè)備 JV-PE200、拉力試驗機 YH-9000、頭道條。


2.3.2 實驗內(nèi)容


   結(jié)合強度受加熱時間、PE 膜加熱功率%、膠條功率%、加熱燈光功率等綜合影響,為找到最優(yōu)的參數(shù)方案,列取了 22 組實驗參數(shù)如表 4,每組試驗取 5 件,接角完成后靜置 2 小時后做拉力測試,并記錄拉力測試數(shù)據(jù),選取最優(yōu)參數(shù)組合,再批量生產(chǎn)取 30 件評估過程能力指數(shù) cpk 水平。


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  從表 4 中可以獲知第 19 組方案為最優(yōu)參數(shù)組合,接角強度均值 256N,遠(yuǎn)大于規(guī)格要求的 100N。

 

  撕裂斷面改善前及改善后狀態(tài)對比,改善前兩截面斷開處齊整,結(jié)合面膠料無相互撕裂痕跡,結(jié)合不夠牢固;改善后,兩截面斷開處膠料撕裂明顯,結(jié)合牢固。(圖 6)


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   第二步,為了驗證在該參數(shù)下過程能力的穩(wěn)定性,每2 小時取 5 件產(chǎn)品,靜止 2 小時后,測試?yán)?,收集時間從2022 年 12 月 12 日-2023 年 12 月 17 日,經(jīng)計算 cpk=3.9,cpk≥1.33(圖 7),過程能力穩(wěn)定。


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 參數(shù)實驗數(shù)據(jù)解讀分析:


①小唇邊厚度對提升結(jié)合力的貢獻(xiàn)度<10%,非主要關(guān)鍵點;


②加熱燈管功率起到?jīng)Q定性影響,500W 的燈管功率相對較低,只能通過其他 3 個參數(shù)優(yōu)化,為了使得 PE 膜熔化效果更好,通過加大 PE 膜加熱功率、膠條功率以及加熱時間來實現(xiàn),但 PE 膜會因加熱時間過長,會引起 PE 膜邊緣率先冷卻,導(dǎo)致加熱不均勻,熔合狀態(tài)差結(jié)合力差;縮短加熱時間,PE 膜有熔融不充分風(fēng)險,結(jié)合力差。使用 500W 加熱燈管最優(yōu)參數(shù)組合是第 6 組,均值 135.47N,但 cpk=0.96,不夠理想;


③800W 燈管功率足夠,加熱快均勻,同時降低了冷卻不均的風(fēng)險。為復(fù)核改善效果,于 2023 年 3 月重新進行了開關(guān)門循環(huán)耐久試驗,最終通過完整耐久試驗,無任何開裂。


3  結(jié)論


通過泡釘長度實驗、唇邊強度拉力實驗、參數(shù)實驗分析,得出以下結(jié)論:①符合設(shè)計公差的泡釘間距與開裂問題不相關(guān);


②接角強度是影響開裂問題的關(guān)鍵因素;


③小唇邊厚度對接角結(jié)合力影響較小,非關(guān)鍵因素;


④加熱燈管功率對 PE 接角強度起到關(guān)鍵性影響,加熱燈管型號由500W 功率改為 800W 后,改善效果顯著,由改善前的均值117N 水平提升至 250N,提升顯著。


此次優(yōu)化影響深遠(yuǎn),大幅提升了 PE 接角工藝能力水平,為后續(xù)項目提供了有效的解決方案和重要參考價值。