某電動汽車前控制臂后襯套脫膠問題分析及改進

摘要：針對某電動汽車的前控制臂后襯套脫膠問題進行了分析討論，首先在整車上確認了故障狀態(tài)，然后檢測了故障件的外觀、尺寸、材料和性能，發(fā)現(xiàn)是由于外套管清潔度差導致的金屬外套管與硫化橡膠粘接不良，接著進行了生產(chǎn)工藝對標分析，最后根據(jù)故障原因確認了改進措施并做了充分的驗證，最終徹底解決了該問題。

關鍵詞：襯套；脫膠；清潔度；硫化

故障描述

某車型（下文簡稱C40DB）售后市場反饋出現(xiàn)前控制臂后襯套脫膠導致行駛過程中底盤異響，故障率約3%，故障車輛主要主要行駛在云南、湖南和福建等路況較惡劣的地區(qū)，故障里程集中在2萬～5萬km，運行時間為6～15月。產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)及故障照片如圖1所示。

原因分析

故障件返回供應商后，進行了外觀、尺寸、材料和性能的檢測，發(fā)現(xiàn)金屬外套管與硫化橡膠黏接不良，接著應用魚骨圖[1]分析影響橡膠黏結(jié)力的關鍵要素，逐項排查找出異常點。

1.故障件分析

故障件返回供應商后進行了外觀、尺寸、材料和性能的檢測，尺寸及材料無異常，剖切故障件發(fā)現(xiàn)橡膠本體與外套管脫膠，橡膠黏結(jié)面積＜60%。前控制臂后襯套的設計要求為：橡膠黏結(jié)強度大于橡膠本體撕裂強度，進行襯套破壞性試驗，橡膠與內(nèi)外套管黏結(jié)面積大于90%，表現(xiàn)形式是硫化橡膠本體撕裂，故障件狀態(tài)不符合設計要求。初步分析是由于金屬外套管與硫化橡膠黏結(jié)不良，襯套粘接力不能抵抗車輛的實際受力，在力的持續(xù)作用下，襯套外套管與橡膠發(fā)生脫離。

2.魚骨圖分析

根據(jù)前控制臂后襯套脫膠現(xiàn)象，識別影響橡膠粘接的關鍵要素，梳理出可能導致襯套出現(xiàn)脫膠的魚骨圖如圖2所示。

排查影響因素及確認根因

對可能導致襯套脫膠的產(chǎn)品設計、工藝及制造的關鍵影響要素進行逐項排查，找出異常的因素，并確認問題根因。

1.設計因素排查

（1）確認襯套尺寸大小設計得是否合理 襯套的直徑和高度尺寸越大，則橡膠黏結(jié)面積越大，橡膠厚度也越厚，利于可靠耐久性。根據(jù)C40DB懸架結(jié)構(gòu)型式及整車總質(zhì)量，與其他車型的襯套大小進行對標。經(jīng)過對比確認，C40DB襯套直徑70.2mm，高度36mm，尺寸設計合理（見表1）。

（2）確認襯套整車下的受力輸入是否符合設計要求 根據(jù)C40DB整車的最大總質(zhì)量，用Adams仿真軟件進行襯套受力的提取并作為襯套結(jié)構(gòu)耐久CAE分析的輸入，在工況17（制動0.8g）下Y向，襯套受力最大，為9112N，與整車輸入數(shù)據(jù)吻合。襯套做CAE分析，疲勞損傷系數(shù)為0.181（規(guī)定≤0.85），滿足設計要求。

（3）襯套結(jié)構(gòu)參數(shù)定義是否合理 供應商根據(jù)襯套的尺寸大小和整車受力輸入，對襯套進行結(jié)構(gòu)參數(shù)定義和設計。核查襯套外徑、外套管高度、內(nèi)套管外徑/內(nèi)徑/高度、橡膠軸向/徑向厚度、阻尼孔間隙及橡膠壓縮率等參數(shù)，都為常規(guī)設計值，無異常。

（4）縮頸量的定義是否合理 根據(jù)襯套尺寸大小，供應商對縮徑量進行定義和取值。經(jīng)對比分析，縮徑量為3mm，縮徑率為4.1%，符合設計規(guī)范（≤5%）。

2.工藝及制造因素排查

1）確認外套管拋丸前狀態(tài)，檢測外套管表面清潔度。經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)來料外套管表面有油污和生銹（見圖3），油污來源為鋼材廠拉伸時的油污，生銹為流轉(zhuǎn)過程中防護不當，潮濕環(huán)境導致。

將有油污和生銹的外套管進行拋丸后，銹跡已被去除，粗糙度符合檢驗要求。接著做磷化及硫化后，做推力測試有明顯脫膠，如圖4所示。

通過故障復現(xiàn)試驗，有油污的外套管正常拋丸和磷化后產(chǎn)生脫膠，與市場件故障模式一致。由此確認外套管油污為關鍵影響因素。

2）拋丸工序后，檢查外套管的粗糙度。實測在

5～6μm之間，設計要求為3～9μm，在合格范圍內(nèi)。非真因。

3）磷化清洗工序，檢測磷化膜重。磷化膜密度實測為1.6～2.8g/m2，符合工藝要求。非真因。

4）確認噴膠工序的底膠厚度、面膠厚度和烘干參數(shù)無異常。底膠膜厚實測6～10μm，面膠膜厚實測16～20μm，烘干溫度（80～100℃）和烘干時間（2～3min）也無異常。非真因。

5）確認硫化工序工藝參數(shù)合格，硫化溫度170℃±5℃、加硫時間560s，鎖模壓力24±1MPa，都在正常范圍。非真因。

6）縮徑工序，確認縮徑設備正常，縮頸后襯套無損傷、尺寸符合要求。非真因。

結(jié)論：通過對設計過程及工藝制造過程排查，確認外套管油污是導致脫膠的關鍵因素，導致外套管與橡膠的黏結(jié)強度降低，。

3.生產(chǎn)工藝對標分析

與其他主流襯套廠家進行生產(chǎn)工藝對標分析，總體對比情況見表2。

對標結(jié)果如下：供應商與其他四個廠家的拋丸、磷化、噴膠、硫化、縮徑及推力檢測工藝基本一致，但是缺少預脫脂工序和清潔度檢查工序。

拋丸前的預脫脂工藝的主要作用：可去除油污、銹跡，防止拋丸過程中，油污及銹跡與零件機體分子形成交互和滲透，從而將污物留存在了機體表層。同時，拋丸過程中形成的凸凹粗糙度表面，增加了在磷化過程中對異物清洗清潔的風險。

結(jié)論：供應商的缺少預脫脂工序和清潔度檢查工序，導致外套管拋丸和磷化后，表面油污未去干凈，硫化后出現(xiàn)黏結(jié)力不足現(xiàn)象。

4.確認問題根因

用5Why法分析問題產(chǎn)生的根因：

（1）Why1 車輛行駛過程中有異響。

（2）Why2 前控制臂后襯套脫膠。

（3）Why3 外套管與橡膠的黏結(jié)力不足。

（4）Why4 襯套外套管表面有油污。

（5）Why5 外套管油污未去除干凈。

改進措施和效果驗證

1.制定改善措施

通過以上的綜合分析，確認的改善對策如下：

1）增加預脫脂工序和清潔度檢查工序，包括預脫脂、脫脂、水洗1、水洗2、熱水洗、烘干以及清潔度檢查共七道工序。

2）預脫脂和磷化后用答因筆檢測法確認表面油脂是否去干凈，檢測標準如圖5所示。

3）要求外套管供應商出廠前進行初步的油脂清洗，運轉(zhuǎn)的物流器具上增加蓋章，起到防塵以及防潮的作用。

2.驗證改善效果

改善措施實施后，對生產(chǎn)出來的襯套，隨機抽取5個批次，每批次20件，經(jīng)驗證拉脫面積均在90%以上，拉脫力符合設計要求。抽取3個襯套搭載整車耐久（帕斯卡1壞路+帕斯卡2高速試驗）共計3.6萬km，襯套無開裂、脫膠等問題，改進措施驗證通過。

結(jié)語

通過對前控制臂后襯套脫膠問題的分析，發(fā)現(xiàn)清潔度對橡膠黏結(jié)力影響較大，尤其是內(nèi)外套管上的油污，如果沒有進行有效的脫脂和清潔度檢驗，硫化后很容易出現(xiàn)拉脫力不足的缺陷。因此在生產(chǎn)工藝控制過程中要嚴格控制內(nèi)外套管的清潔度，做好表面油脂的處理及檢驗。

參考文獻：

[1] 內(nèi)田治，吉富公彥編.圖表解質(zhì)量管理QC改善活動與QC七大工具應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2024.