車載儀表材料異物控制研究

譚宇

（延鋒偉世通汽車電子有限公司，上海 201600）

1 概述

隨著汽車電子的不斷發(fā)展，車載儀表作為最重要的人機交互界面已變得越來越重要，而傳統(tǒng)的儀表在材料選擇時因出于對成本的考慮，采用了一些高灰份或抗劃傷能力較低的材料，這是導致行業(yè)內儀表外觀不良的重要因素，如何通過對裝配設計的優(yōu)化、低成本材料的改性及工藝過程的控制，達到減少或避免儀表在組裝過程中產(chǎn)生的材料異物碎屑，是各大汽車配套廠商想要解決的問題。

1.1 車載儀表介紹

汽車儀表由各種儀表、指示器，特別是駕駛員用警示燈報警器等組成，為駕駛員提供所需的汽車運行參數(shù)信息。不同汽車儀表板的儀表不盡相同，但一般汽車的常規(guī)儀表有車速里程表、轉速表、機油壓力表、水溫表、燃油表、充電表等?，F(xiàn)代汽車上，大部分儀表顯示的依據(jù)來自傳感器，通過傳感裝置采集車輛行駛信息由車身CAN網(wǎng)絡傳送到儀表端，通過儀表界面顯示表述出來。儀表中最顯眼的是車速里程表和轉速表，它表示汽車的時速和發(fā)動機轉速，單位是km/h和KRPM（千轉每分鐘）。所以，車載儀表是行駛過程中最常關注的部件，外觀的表現(xiàn)決定客戶滿意度。

1.2 課題研究背景

近年來，車載電子行業(yè)集成化和大屏化是趨勢，新能源汽車在崛起。大部分車載電子一級配套商中的增長點以儀表和顯示類產(chǎn)品為主（研究數(shù)據(jù)來源于延鋒偉世通，以下類同）。量產(chǎn)儀表項目中，通常有6個標準化平臺設計。其中，傳統(tǒng)牛頓平臺設計的產(chǎn)品最多，占69%.所有儀表的質量問題中，異物現(xiàn)象最多，占51%，如圖1所示。

圖1 2017-01—2017-03儀表質量不良的pareto圖

異物問題已經(jīng)成為困擾儀表類產(chǎn)品質量的頑疾，異物外觀不良僅2016年儀表PDI（產(chǎn)品出廠檢驗，下同）檢測費+額外運費+返工費就造成122萬元的損失，而年度總耗時人頭費也給公司帶來17.66萬元/年的支出。

在2016年客戶因異物問題退貨16起，公司儀表異物不良率，PDI（出貨前終檢）為4.46%，內部拒出占10.96%.而公司的平均碎屑異物問題僅為0.21%，儀表異物問題表現(xiàn)突出，如圖2所示。

圖2 不良品柱圖

2 異物問題分析

對于當前異物產(chǎn)生的現(xiàn)像，通過對異物的成分進行分析找出異物來源，并對異物產(chǎn)生的過程進行詳細的機理分析，最后找出了根本原因。

2.1 異物成分構成分析

在發(fā)生外觀異物不良的產(chǎn)品統(tǒng)計分析中發(fā)現(xiàn)，白色碎屑、透明細點、細長纖維及可見灰塵是構成異物的重要因素，而這些異物構成中，白色碎屑占了70%，透明纖維占了15%，細長纖維為8%，可見灰塵為7%.成分分析發(fā)現(xiàn)，白色碎屑和透明細點均來自于儀表本身的產(chǎn)品的組成部件，因此，解決材料本身產(chǎn)生的異物問題是本課題研究的重點，如圖3和圖4所示。

圖4 異物現(xiàn)象柏拉圖

2.2 產(chǎn)生異物的原理分析

通過對儀表構成、生產(chǎn)及物流IPO-過程流程圖全過程組裝進行分析，共找到35個潛在影響因素，再通過FMEA工具對其進行分析發(fā)現(xiàn)，裝配設計、材料選型和工藝設定方面的因素是產(chǎn)生異物最主要的原因，具體如圖5和圖6所示。

圖5 IPO過程流程圖

圖6 FMEA分析

2.2.1 產(chǎn)品裝配設計對產(chǎn)品異物的影響

經(jīng)過試驗驗證，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設計存在3方面的缺陷，即導光支架卡扣和PCB（印刷電路板）裝配時，PCB下壓過程會將導光支架的卡扣刮傷，把本體材料刮下來，形成碎屑，如圖7所示；導光支架和導光片裝配處存在4 mm以上間隙，導致本體材料碎屑及外界粉塵進入時直接通過該通道進入儀表A面（外觀面），造成外觀不良；該設計因光學的要求，設計的結構存在迷宮式布局，這樣易造成掉入的異物不容易吹出來，在組裝成成品后，因運輸?shù)恼駝?，又會出現(xiàn)在A（外觀面）面上，造成質量不良，如圖8所示。

圖7 異物主要來源

圖8 異物路徑

圖9 PP系材質成分分析

2.2.2 材料選型對產(chǎn)品異物的影響

常用儀表的材質為ABS、PPT40、PPT30等塑膠材料，ABS系列材料在易加工性、尺寸穩(wěn)定、以及機械強度、抗劃傷能力方面均優(yōu)于PP-TΧ（聚丙烯改性料）系列材質，但ABS的價格要高出PP-TΧ很多，目前市面采購價方面，ABS要高出PP-TΧ每千克10元，因此，一般中低端車型大多選用PP-TΧ系列作為導光支架材料。而PP-TΧ系列材料，因表面抗劃傷能力和彈性模量的不足，在遇到卡扣裝配或者一些過盈裝的情況就會出現(xiàn)材料碎屑的產(chǎn)生。所以，對PP材料改性是重點研究方向，如圖9所示。

為了確定PPΧ的配方對碎屑的影響程度，我們進行了DOE（實驗設計）分析，發(fā)現(xiàn)滑石粉和潤滑劑含量是影響材料碎屑的主要原因，而耦聯(lián)劑和增韌劑對異物的貢獻不明顯。通過曲面DOE的分析，如圖10所示，找到了配方優(yōu)化方案。

2.2.3 生產(chǎn)過程對產(chǎn)品異物的影響

通過對生產(chǎn)工藝全過程的排查發(fā)現(xiàn)，成品導光支架與PCB（電路板）組裝工位以及前框玻璃與主體支架裝配是引起材料異物的最直接因素，而這些因素又與注塑參數(shù)、裝配工藝有較大關聯(lián)，因此，優(yōu)化管控生產(chǎn)過程也有利于材料異物的控制。經(jīng)過對產(chǎn)生異物工位的PFMEA分析，找到了風險影響點，如圖11所示。

3 解決方案

根據(jù)以上分析結果產(chǎn)生異物問題，制訂了3個解決方案：①對主要的裝配結構進行優(yōu)化設計；②對產(chǎn)生異物的材料進行改性改良；③對產(chǎn)生異物的工位進行控制。

3.1 對裝配結構進行優(yōu)化設計

對引起裝配碎屑的裝配卡扣和PCB裝配尺寸進行分析，通過對卡扣與PCB的接觸長度以及卡扣本身的回彈變形度進行分析，對卡扣局部尺寸進行優(yōu)化。另外，對密閉性較差的結構間隙進行了調整或密封，避免異物進入A面，如圖12所示。

圖13 配方響應曲面分析

3.2 對PP-TX材料進行改性配方優(yōu)化處理

根據(jù)主機廠客戶對塑膠材料的物性要求，結合前面DOE（試驗設計）分析結果，通過潤滑劑、滑石粉、PP含量的調整，并對光學、尺寸收縮進行分析，最后輸出最佳改性PP配方材料，如圖13所示。

3.3 對生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化/控制

根據(jù)IPO生產(chǎn)流程圖的分析發(fā)現(xiàn)，注塑工藝和成品組裝工藝是產(chǎn)生材料異物的原因，因此，在更改模具的情況下，又對產(chǎn)品進行了進一步模流分析，找到了最佳注塑工藝參數(shù)，如圖14所示。同時，針對裝配過程，對重點產(chǎn)生異物的工位進行清潔，對迷宮結構吸附的異物采用靜電離子潔凈的手段進行了控制，見圖15.

圖14 模流分析優(yōu)化

圖15 靜電離子出塵

4.1 設計改善效果確認

改善前裝配卡扣與PCB的刮擦掉屑率為88%，設計更改過后，裝配刮擦掉屑下降至51%，見表1.

表1 位置不良率前后對比

4.2 材料改善效果確認

改善前裝配卡扣與PCB（印刷電路板）的刮擦掉屑率為88%，材料更改過后，裝配裝配刮擦掉屑率為31%.

4.3 過程工藝控制效果確認

通過對注塑工藝調整，靜電吸附工藝的加入和制程SOP（作業(yè)指導書）的重新調整，成品外觀異物IQC（質檢）不良率由1.95%下降至1.19%，提升0.76%，具體如表2所示。

表2 靜電吸附不良對比

4 改善過后的總體效果確認

經(jīng)過設計更改、材料配方改性以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程調整，最后的異物成品不良率PDI（出貨終檢）由4.46%（2016）下降至0.32%，改善效果有了大幅度提升，達到行業(yè)最好水平，如圖16所示。

圖16 效果改善圖

5 結束語

以上是對延鋒偉世通儀表材料異物的研究改善情況研究，儀表異物問題是由多方面的原因引起的，經(jīng)驗總結如下：

設計時，如果在不影響功能的情況下，裝配設計盡量避免過盈裝配設計，比如彈性卡扣、精準定位柱/塊等，這樣會對塑膠材料造成刮傷，產(chǎn)生碎屑。

如果在成本因素影響不大的情況下，建議采用一些表面抗劃傷的材料或采用螺絲裝配設計。設計時，避免異物通道間隙過大，一般裝配間隙控制在0.2 mm之內，異物問題會有較大改善，結構設計時需要重點注意；如果不是功能需求，盡量避免出現(xiàn)迷宮式結構設計，異物一旦進入，生產(chǎn)工位無法有效進行清潔，在后面的運輸過程中，異物又會進入A面；工藝參數(shù)的調整也能對廢邊產(chǎn)生抑制，注塑參數(shù)、離子風機吸附等措施也會對異物問題得到有效管控。

參考文獻：

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