某汽車發(fā)動機橡膠懸置的工藝可靠性研究

王朝建，萬大千，趙春生

(1.安徽中鼎減震橡膠技術(shù)有限公司可靠性和NVH科，安徽寧國 242300；2.遼寧工業(yè)大學汽車與交通工程學院，遼寧錦州 121001)

某汽車發(fā)動機橡膠懸置的工藝可靠性研究

王朝建1，萬大千2，趙春生2

(1.安徽中鼎減震橡膠技術(shù)有限公司可靠性和NVH科，安徽寧國 242300；2.遼寧工業(yè)大學汽車與交通工程學院，遼寧錦州 121001)

汽車在行駛過程中，會受到路面的振動與沖擊，如果懸置工作異常，動力總成和車身地板的振動幅值會很大，嚴重影響到整車的NVH性能。對某汽車發(fā)動機橡膠懸置潛在的失效模式及機制進行研究，基于此，針對設(shè)計與工藝過程中影響產(chǎn)品可靠性的因素提出改善措施，對提高動力總成懸置系統(tǒng)的NVH特性具有非常重要的意義。

汽車發(fā)動機；橡膠懸置；工藝可靠性；改善措施

0 引言

產(chǎn)品的可靠性體現(xiàn)在設(shè)計階段、制造階段和管理階段。在產(chǎn)品制造過程中，必需實現(xiàn)和保障產(chǎn)品在設(shè)計階段確定的可靠性要求。如果在制造過程中影響產(chǎn)品可靠性的各種因素未能完全考慮并加以控制，那么，制造出來的產(chǎn)品的可靠性指標很難達到設(shè)計上的要求。因此，在制造過程中必須保障產(chǎn)品的可靠性[1]。

懸置對汽車動力總成起到支承、限位及隔振作用[2]，滿足這3方面設(shè)計要求的同時還要滿足可靠性。作為汽車動力總成懸置系統(tǒng)中的隔振元件之一的橡膠懸置曾經(jīng)在整車的減振降噪方面發(fā)揮了相當重要的作用，目前在平衡較好的發(fā)動機中，仍然采用它作為隔振元件。所以，必須在設(shè)計和制造的過程中盡量滿足橡膠懸置的可靠性要求，進而提高整車的NVH性能。文中結(jié)合國內(nèi)某知名企業(yè)的設(shè)計及制造工藝流程經(jīng)驗，對影響該產(chǎn)品可靠性的潛在的失效機制及改善措施進行研究。

1 工藝流程及潛在失效模式及后果研究

圖1為某汽車發(fā)動機橡膠懸置總成實物圖。下面對該產(chǎn)品的主要制造工藝流程及每個過程中潛在的失效模式、失效后果進行分析。

(1)預成型。①產(chǎn)品焦燒，導致產(chǎn)品動、靜剛度不合格引起發(fā)動機異常抖動并輻射明顯的噪聲，影響駕乘舒適性，導致客戶退貨；②單耗小，導致產(chǎn)品因缺料而報廢。

(2)脫脂。①骨架表面發(fā)黃，導致骨架拋丸時間長，影響生產(chǎn)計劃，影響?zhàn)ず蟿┱辰有Ч?，造成產(chǎn)品脫膠；②油污(潔凈度不夠)，導致脫膠、拋丸砂粒污染以及后面生產(chǎn)的骨架表面污染。

(3)拋丸。①骨架表面氧化皮未去除干凈，導致骨架磷化后表面發(fā)黑，影響粘接效果，可能造成產(chǎn)品脫膠；②生銹，影響產(chǎn)品粘接，導致產(chǎn)品脫膠；③粗糙度不合格，影響產(chǎn)品粘接及壓出力。

(4)磷化。①掛灰，影響骨架和橡膠之間的粘接，嚴重時導致產(chǎn)品脫膠；②生銹，骨架外觀嚴重不合格時導致產(chǎn)品脫膠；③掛彩，骨架外觀嚴重不合格時導致產(chǎn)品脫膠。

(5)涂黏合劑。①漏涂底膠或面膠，導致產(chǎn)品報廢；②花斑，影響骨架和橡膠之間的粘接，嚴重時造成產(chǎn)品脫膠；③黏合劑干燥不徹底，會造成黏合劑沖刷、產(chǎn)品脫膠；④黏合劑多涂，導致產(chǎn)品廢邊清理困難或無法電泳；⑤黏合劑少涂，導致產(chǎn)品脫膠；⑥黏合劑噴錯，影響粘結(jié)效果；⑦骨架混裝，造成模具損壞、產(chǎn)品報廢。

(6)硫化。①爛泡，影響產(chǎn)品外觀、嚴重時產(chǎn)品報廢；②氣泡，影響產(chǎn)品外觀、嚴重時導致產(chǎn)品報廢；③脫膠，主體上骨架橡膠剝離，懸置工作過程中會造成發(fā)動機抖動異響；④扒膠，拉缺、外觀不良、密封不良導致漏液，造成客戶退貨、要求三包索賠；⑤流痕，造成漏液、異響及客戶要求三包索賠；⑥缺料，漏液造成退貨、三包索賠；⑦裂口，嚴重導致半成品報廢，影響產(chǎn)品壽命；⑧老化膠，影響產(chǎn)品外觀及耐久性能，嚴重時產(chǎn)品報廢。

(7)裝配主體。①壓壞，造成產(chǎn)品報廢，客戶無法安裝；②軟墊壓出力不合格，軟墊脫出，失去對動力總成的限位作用、造成發(fā)動機抖動異響；③位置度不合格，客戶無法安裝，導致停線。

2 潛在失效機制研究

為防止產(chǎn)品發(fā)生失效或降低失效的概率，需要應用工程知識和專業(yè)技術(shù)，確認并糾正出現(xiàn)失效的原因。失效機制分析就是用于解決這些問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]。

(1)預成型。①產(chǎn)品焦燒，循環(huán)水未開造成膠料翻煉溫度過高、翻煉次數(shù)過多或失效膠料(含膠頭)混入正常膠料造成；②單耗小，成型機柱塞壓力不穩(wěn)導致進料速度低造成。

(2)脫脂。①骨架表面發(fā)黃，熱水洗溫度低、干燥溫度低及中和槽PH值達不到工藝參數(shù)造成；②油污(潔凈度不夠)，脫脂槽液濃度偏低、脫脂槽溫度低、時間短(脫脂、中和、熱水洗、烘干時間短)及酸洗濃度不夠造成。

(3)拋丸。①骨架表面氧化皮未去除干凈、生銹均是由于拋丸砂量不足及拋丸時間過短造成;②粗糙度不合格，砂粒不符合工藝要求造成。

(4)磷化。①掛灰，水洗污染度超標、水洗時間短及磷化液濃度偏低造成；②生銹，烘干溫度不夠及磷化膜質(zhì)量不夠造成；③掛彩，熱水洗酸度過高及未及時檢測、添加導致游離酸度過低造成。

(5)涂黏合劑。①漏涂底膠或面膠，噴槍行程短、噴嘴堵塞、噴嘴方向設(shè)置錯誤及噴槍氣壓不足等情況造成；②花斑，噴槍移動速度和距離與工件旋轉(zhuǎn)不匹配及骨架污染造成；③黏合劑干燥不徹底，烘箱溫度低、烘干時間不足、產(chǎn)品比熱容過大，工藝未考慮延長時間及黏合劑膜過厚等情況造成。

(6)硫化。①爛泡與氣泡均是由于產(chǎn)品排氣不充分、產(chǎn)品模具溫度過低及不符合工藝要求造成；②脫膠，骨架表面污染，面膠不粘、骨架在型腔內(nèi)燙壞、骨架未及時隔離做標識再次混入及窩氣造成；③扒膠，脫模劑噴灑太少、未噴或所噴脫模劑不符合要求、模腔未及時清洗、產(chǎn)品模具溫度過低，不符合工藝要求及膠料易粘附模具造成；④流痕，模具排氣不良、脫模劑使用過量及硫化壓力不足等情況造成；⑤缺料，實際注射量比設(shè)定注射量小、產(chǎn)品注射壓力小、注射速度快、流道板不平、流道設(shè)計不合理、材料流動性差及注料點堵塞等情況造成；⑥裂口，脫模器與產(chǎn)品接觸位置不當，與產(chǎn)品接觸面積小，使產(chǎn)品局部受力、膠料撕裂性差、脫模劑噴撒次數(shù)過少，脫模困難、脫模速度快及脫模器損壞，定位不準造成；⑦老化膠，合模前，注射嘴前端部分已硫化的料頭未擠，合模后，再次硫化及模具型腔和哈呋內(nèi)的廢邊未清除干凈，從而產(chǎn)生老化膠。

(7)裝配主體。①壓壞，受力變形、設(shè)備精度不高或流轉(zhuǎn)碰撞變形造成；②軟墊壓出力不合格，焊接套管內(nèi)徑尺寸不合格或橢圓過大及軟墊壓裝不到位造成；③位置度不合格，原因同①。

3 改善措施

在掌握該橡膠懸置潛在失效模式及機制的基礎(chǔ)上，需要在設(shè)計及制造過程中對這些因素進行逐一控制。

3.1 設(shè)計過程中的改善措施

(1)在產(chǎn)品開發(fā)初期時，應避免因設(shè)計不合理帶來的橡膠懸置的應力集中現(xiàn)象，而且橡膠部分不應有過渡的應力和變形，這一環(huán)節(jié)通過有限元分析，可大大縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。

(2)工裝設(shè)計時，開設(shè)膠料模壓注孔位置時應盡量減少型腔內(nèi)膠料流經(jīng)關(guān)鍵部位處的流動量，即盡量減少關(guān)鍵部位的黏合劑流失，避免不必要的損失，并盡可能使各型腔同時充滿膠料[4]。

3.2 制造過程中的改善措施

(1)預成型。水閥開關(guān)狀態(tài)與設(shè)備啟動聯(lián)動；完善操作規(guī)程。

(2)脫脂。增加加熱管功率，增加溫度報警停止，增加質(zhì)量報警停止功能，細化工藝要求；細化更換頻率；改造設(shè)備控制系統(tǒng)，建立工藝庫。

(3)拋丸。設(shè)備增加使用砂粒粒徑標識；增加粗糙度標準樣板。

(4)磷化。設(shè)備點檢，增加閥門開關(guān)標識及流量計；增加純水過濾裝置；增加設(shè)備點檢項目；增加磷化膜質(zhì)量規(guī)定檢測項目；增加備用熱水洗槽。

(5)涂黏合劑。按照滾涂線的原理增加紅外線檢測；攪拌工序增加時間繼電器并上鎖，設(shè)備與時間繼電器聯(lián)動；增加質(zhì)量報警裝置；安裝皮帶張緊輪；增加增壓器、壓力報警停止裝置，增加空壓機功率；溫度上下限控制采用報警停止裝置；轉(zhuǎn)速表鎖定；對噴槍做標識、制作黏合劑顏色標識卡、配備專用噴槍清洗桶；配備有效的測量器具，制定測量方法等。

(6)硫化。改造熱板加熱控制，增加熱板溫度檢測點；調(diào)整膠料配方；適時調(diào)整硫化注射量，并記錄偏差，對硫化機注射量進行校準；定期對模板平面度進行檢測；統(tǒng)計使用壽命，制定更換頻次并執(zhí)行；對注料孔結(jié)構(gòu)進行改進；純膠接觸處使用尼龍棒；設(shè)計加工脫模劑的半自動噴涂工裝；改進脫模器定位材料等。

(7)裝配主體。更換力位移壓力機；夾具增加高度限位；裝配壓入力報警；更換力位移壓力機等。

4 結(jié)論

汽車動力總成懸置設(shè)計是減小動力總成振動與噪聲的一項關(guān)鍵技術(shù)。文中對某汽車發(fā)動機橡膠懸置制造工藝過程中的可靠性問題進行研究。通過研究橡膠懸置的制造工藝流程及潛在的失效機制，亦可看出工裝和產(chǎn)品設(shè)計上的不足之處，為進一步提高產(chǎn)品的可靠性及改善整車的舒適性提供理論依據(jù)。

【1】蔣平.機械制造的工藝可靠性研究[D].長沙:國防科學技術(shù)大學,2010.

【2】郭榮,章桐.汽車動力總成懸置系統(tǒng)[M].上海:同濟大學出版社,2013.

【3】胡林忠.失效機理在可靠性工程中的應用[J].環(huán)境技術(shù),2008(2):14-15.

【4】王朝建,韓兆東,蔡曉宇.某副車架橡膠襯套潛在的失效特性及改進方案[J].汽車實用技術(shù),2014(2):89-91.

StudyonProcessReliabilityofRubberMountingofanAutomotiveEngine

WANG Chaojian1, WAN Daqian2, ZHAO Chunsheng2

(1.Reliability & NVH Department, Anhui Zhongding NVH Co., Ltd., Ningguo Anhui 242300, China;2.Automobile & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Jinzhou Liaoning 121001, China)

Vehicle will be subject to vibration and shock from road during using process, and the vibration amplitudes of powertrain and vehicle floor will be great if the mounting is in abnormal condition. Its influence on the vehicle NVH performance becomes more and more important. The potential failure modes and mechanisms of the rubber mounting were analyzed, then some measures were proposed on the control and prevention for the design and process factors that affected product reliability. These measures are very important in improving the NVH performance of vehicle powertrain mounting system.

Automotive engine; Rubber mounting; Process reliability; Improving measures

2014-10-23

王朝建(1985—)，男，碩士，目前從事汽車動力總成懸置系統(tǒng)的NVH特性研究。E-mail:476239026@qq.com。