襯套壓入力優(yōu)化與驗證

焦熙印

（上海匯眾汽車制造有限公司，上海 200122）

引言

隨著汽車的普及，對整車的操穩(wěn)性、舒適性要求越來越高。懸架襯套在其中扮演著重要角色，不僅對操穩(wěn)和舒適有影響，對整車的NVH性能同樣重要。橡膠與金屬的黏結技術被應用以來，汽車內(nèi)安裝了大量的橡膠元件。由于橡膠襯套的隔振消音特性，在懸架系統(tǒng)中被廣泛應用[1]。目前由于材料的快速發(fā)展，襯套種類也比較豐富，按外殼材料有橡膠襯套、尼龍襯套、鋁合金襯套、鋼套襯套，按外殼形式還有閉合和開口等種類。

控制臂襯套是連接車輪和副車架的彈性元件，主要吸收車輪在路面所受的激勵，并傳遞到副車架上。為保證襯套作用，需要保持控制臂和襯套穩(wěn)定的連接。滿足在任何工況下，都不能出現(xiàn)滑動甚至脫落，否則不能實現(xiàn)載荷傳遞和振動隔離的功效。在很多車企中，將襯套的壓入力和壓出力定義為重要的質(zhì)量屬性。

本文基于某一車型的控制臂的壓入力問題，基于理論基礎，采用8D分析法對失效數(shù)據(jù)進行分析，對產(chǎn)品進行優(yōu)化與驗證，從而確定了失效的永久解決措施。

1 結構設計原理

在解決任何問題的過程中，我們首先要掌握它的理論知識和工藝過程[2]。圖1是襯套和擺臂座配合的示意圖，圖中?d是兩個零件的基本配合尺寸，P是襯套壓裝后，襯套端面受到的壓力。

圖1 襯套裝配示意圖

將襯套壓入到擺臂座孔中的壓入力Fy（N）可用下式表達：

f：襯套壓入壓出時，襯套與擺臂座的摩擦系數(shù)；

d：襯套與擺臂座的配合面直徑，mm；

L：接合長度，mm；

P：襯套與擺臂座配合面間的徑向力（MPa）。

徑向力P可通過已知的最大過盈量δ來計算：

其中：

δ：襯套與擺臂配合面的過盈量，mm；

D：擺臂座孔直徑，mm；

d12：襯套內(nèi)徑，mm；

d22：擺臂座孔外直徑，mm；

μ1：襯套材料的泊松比；

μ2：擺臂材料的泊松比；

E1：襯套材料的彈性模量，MPa；

E2：擺臂座材料的彈性模量，MPa。

通過上式，可以看到，襯套在壓入擺臂座的過程中，其壓入力主要與兩個配合零件的幾何尺寸以外，還與兩個零件的材料，如彈性模量、泊松比及摩擦系數(shù)有關。

2 壓入力不足分析

本文運用了8D（Eight Disciplines ）工具，對擺臂襯套壓入力不足的問題進行分析與解決[3]。

D0階段：準備。某產(chǎn)品的壓入力監(jiān)控值超差頻率越來越高，曾在某個月的班次中達到了100%不合格，壓入力在過程控制中沒有達到設計的值，見圖2，引起了工廠的極大抱怨與投訴。因此，公司成立了小組，對該問題進行攻關。

圖2 現(xiàn)場壓入力監(jiān)控圖

D1階段：成立小組。成立了由質(zhì)量、工藝、產(chǎn)品等成員組成的小組。

D2階段：問題描述。WHO（誰）壓裝工廠；WHAT(什么)襯套壓入力；WHEN(何時)2020年9月；WHERE(何地)壓裝車間；WHY(為什么)壓入力不足；How（怎么樣）壓裝400件，壓入力報警400件；HOW MUCH(程度)不合格占比100%。

D3階段：臨時措施的實施與驗證。①隔離這批次的擺臂和襯套；②要求供應商重新提供一批次零件，并對零件的數(shù)據(jù)監(jiān)控加強，如材料和尺寸的檢測；③提高配合面的摩擦系數(shù)，對零件進行二次噴丸。通過零件的變化，進行現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)壓出力有明顯提供，不合格占比控制在了10%以下。

D4階段：確定并驗證根本原因。該階段是問題解決的核心部分。

通過魚骨圖對事件進行分解，從人、機、料、環(huán)、法和測多方面進行逐步分析，見圖3。

圖3 壓出力分析魚骨圖

通過排查分析，排除了因壓裝工藝的問題，如圖4，包括工裝的定位和精度，并未發(fā)現(xiàn)問題。

圖4 襯套壓裝工裝圖

結合上文的影響壓入力的幾個因素，對影響壓入力的因子進行分解，如圖5。

圖5 因子分解圖

問題發(fā)生在一雙翻邊擺臂和鋁合金閉口襯套的配合結構形式，見下圖，考慮到該零件已經(jīng)生產(chǎn)，因此我們主要監(jiān)控如下幾個主要因子：表面粗糙度、配合直徑、配合長度、配合面圓柱度、過盈量。

對零件的主要因子進行數(shù)據(jù)采集，其結果如表1：

表1 關鍵因子狀態(tài)表

對不合格項進行原因分析，對失效的零件進行拆解，如下圖6，明顯發(fā)現(xiàn)擺臂座孔和襯套在壓裝過程中，沒有充分的接觸，特別是壓裝過程中下片，尤為明顯。對擺臂座進行斷面切割，發(fā)現(xiàn)配合面成“C”，極大地影響了壓入力。

圖6 襯套與擺臂的拆解圖

發(fā)現(xiàn)問題后，對該零件的制造過程排查，發(fā)現(xiàn)翻邊過程中凹模和沖頭在使用一段時間后，由于磨損，造成配合間隙變大，導致孔直徑變大，甚至導致翻邊成現(xiàn)錐度，伴有大小孔，更為嚴重的是翻邊的圓柱度變差，如圖7。

圖7 擺臂座翻邊狀態(tài)

根據(jù)零件的實際情況，跟蹤零件加工工藝，找到造成該情況的根本原因。由于該零件的料厚較小，在沖壓過程中，由于使用時間及凹凸模磨損等原因，造成了凹凸模間隙變大，沖壓后，孔翻邊有所回彈，形成了大小孔，甚至出現(xiàn)翻邊圓柱度不好的現(xiàn)象。

D5階段：選擇并驗證永久糾正措施。

根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題，結合分析結論，對零件采取整改措施，并施加驗證。（1）控制擺臂座翻邊孔直徑；（2）控制擺臂座孔翻邊孔圓柱度；（3）提高襯套外管的粗糙度。采集多個樣品進行壓入力驗證，見圖8，從采集的結果看，整改措施還是非常明顯的，壓入力完全滿足了設計要求，并且離散度也比較好。

圖8 壓入力曲線

D6實施永久糾正措施：按照D5階段的方案，對控制臂的圖紙發(fā)起EWO，對凹凸模進行整改，重新提交PPAP資料。

D7預防再發(fā)生措施：更新DFMEA、產(chǎn)品開發(fā)指導書和培訓計劃等相關資料，從而預防類似的問題再次發(fā)生。

D8總結表彰：此項目得成功，為公司減少了損失，恢復正常生產(chǎn)，并贏得了客戶及公司領導的認可。產(chǎn)品工程師通過該項目也對產(chǎn)品有了深刻的認識和開發(fā)能力的提升，為后續(xù)項目成功開發(fā)奠定了良好的基礎。

通過8D分析，我們可以更加全面、系統(tǒng)、有效的分析驗證，準確的得出了解決問題的方向，提高了工作效率，減少了企業(yè)的損失。

3 結束語

在汽車懸架系統(tǒng)中，襯套與擺臂之間的壓入壓出配合，對于系統(tǒng)的性能是一個保障，起著非常重要的作用。本文借此次發(fā)生的失效問題，利用8D法進行了系統(tǒng)的研究和闡述，對于影響壓入力的主要因素進行了說明。通過研究發(fā)現(xiàn)，在材料確定的情況下，兩個零件配合的過盈量、配合長度以及摩擦系數(shù)起著重要作用，為我們以后發(fā)生類似的問題提供指導。由于篇幅問題，這里僅以雙翻邊薄鋼板和鋁合金外套的襯套為例進行了展開，其實，對于不同的材質(zhì)及結構的壓裝，其影響因素的權數(shù)是不同的，這需要我們未來繼續(xù)研究，以支持產(chǎn)品的多樣化開發(fā)。