白雪飛

（錦州錦恒汽車安全系統(tǒng)股份有限公司， 遼寧 錦州 121007）

汽車轉(zhuǎn)向盤是用來操縱汽車行駛方向的裝置， 通過控制轉(zhuǎn)向輪實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向。 現(xiàn)有的汽車轉(zhuǎn)向盤本體是通過預制鋁合金架放到模具中， 用聚氨酯發(fā)泡而成。

轉(zhuǎn)向盤本體發(fā)泡工藝是普遍應用的一種制程工藝， 它由A/B雙組份料經(jīng)過化學反應形成， A組分為多元醇， B組分為異氰酸酯。 聚醚多元醇與異氰酸酯在催化劑的作用下，以較快的速度反應生產(chǎn)CO氣體， 并在幾分鐘內(nèi)形成具有一定高分子量和一定交鏈度的聚氨酯發(fā)泡體。 聚氨酯耐腐蝕、耐老化性能良好， 且有舒適的手握感， 但在其運用過程中產(chǎn)品本體外觀會出現(xiàn)典型的制程不良。

轉(zhuǎn)向盤發(fā)泡工作原理決定了發(fā)泡外觀控制有一定的工藝難點， 最理想的是發(fā)泡時將所有氣體都排掉， 但實際操作中不可能完全避免， 究其原因： 發(fā)泡設備、 模具設計、工藝參數(shù)。

本文將從這3方面對典型外觀不良原因進行分析， 并提出解決方法。 在分析之前首先我們要了解發(fā)泡工藝工作原理。

1 發(fā)泡工藝工作原理[1]（圖1）

圖1 發(fā)泡工藝工作原理

圖1所述兩個反應式主要形成聚氨酯， 同時形成CO。-NHCO-為基團聚合物，簡稱聚氨酯， 理論空間結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 聚氨酯理論空間結(jié)構(gòu)圖

轉(zhuǎn)向盤發(fā)泡工作原理決定了發(fā)泡外觀控制有一定的工藝難點， 最理想的是發(fā)泡時將所有氣體都排掉， 但實際操作中不可能完全避免，導致外觀形成典型的不良缺陷。

2 常見外觀不良案例及分析

2.1 外觀不良案例 （圖3）

圖3 外觀不良

2.2 外觀不良分析

2.2.1 設備因素

發(fā)泡機工作原理介紹： 從圖4中可以清晰了解到料罐中A料（聚醚多醇） 和B料 （異氰酸酯） 分別在氣壓作用下經(jīng)過過濾器流入計量泵的低壓側(cè)入口， 計量泵運轉(zhuǎn)將低壓料轉(zhuǎn)換成高壓料， 高壓料經(jīng)高低壓切換閥切換至混合頭 （俗稱槍頭）。 啟動注射后， 槍頭中大活塞提起， 小活塞打開并切斷A/B料回流管道， A料及B料以高壓和流速注射到混合室， 在混合室高速相互碰撞達到均勻混合， 并迅速流出槍頭， 進入模具腔體內(nèi)發(fā)泡。 注射時間結(jié)束后， 小活塞關(guān)閉，A料、 B料經(jīng)各自回流管返回料罐， 同時大活塞向下運動，將混合室里的殘料推出， 完成一個運動循環(huán)。

圖4 發(fā)泡設備工作原理圖

其中A/B料混合不均勻會直接導致外觀不良。

1） 如果槍嘴被異物堵塞會出現(xiàn)兩種情況： 一種情況是AB槍嘴的流量不均衡導致混合不好； 另外一種情況是會導致從槍嘴中噴出的料變向， 與另一個槍嘴噴出的料沒有交叉碰撞到共同點達不到充分混合。

建議： 制造過程中增加槍嘴的清潔清理要求， 防止堵塞。

2） 如果A/B料注射不同步或者出現(xiàn)壓力差， 會導致混合不均勻。

建議： 必須同時完成高壓注射， 需要管控流量、 壓力、注料時間參數(shù)。

2.2.2 模具因素

從圖5產(chǎn)品發(fā)泡模具料流方向分析， 產(chǎn)品在發(fā)泡過程中， 發(fā)泡料在模具內(nèi)起發(fā)，外觀不良位置如果為發(fā)泡料流動時的料流末端，在該位置包裹空氣后， 不能排出模腔， 從而在產(chǎn)品表面形成氣孔或破損導致外觀不良。

圖5 產(chǎn)品發(fā)泡模具料流圖

建議： 模具開發(fā)設計過程中評估料流方向及設計適當?shù)囊缌峡祝?起到排氣的作用， 減少外觀不良。

2.2.3 工藝設計因素工藝流程如圖6所示。 對工序2和工序3進行重點闡述。

圖6 工藝流程圖

1） 工序2-清理排氣孔： 排氣孔 （也稱溢料孔）， 在發(fā)泡熟化過程中， 起到排氣的效果， 如果排氣孔堵塞， 會造成模具排氣不良， 使表面產(chǎn)生暗泡， 暗泡破損后盤體外觀局部破損造成外觀不良。

建議： 每模生產(chǎn)后， 自檢確認模具排氣孔狀態(tài)是否通暢， 無堵塞。

2） 工序3-噴涂流程如圖7所示。

圖7 噴涂流程

分析結(jié)論： ①在其他工藝條件不變的前提下， 水性漆和油性漆的實施工藝漆膜厚會影響發(fā)泡料與漆的結(jié)合效果；②通過增加模具溫度， 可以保證發(fā)泡料與漆的結(jié)合效果，規(guī)避漆膜厚引起的產(chǎn)品不良； ③極限噴涂狀態(tài)， 在提升溫度后也可以保證發(fā)泡料與模內(nèi)漆結(jié)合效果良好。

建議： 在產(chǎn)品開發(fā)驗證階段， 按照模內(nèi)漆的油漆特性設定模具溫度要求， 從而識別出該產(chǎn)品工藝特殊性， 固化工藝參數(shù)。

3 結(jié)論

方向盤外觀不良有很多原因， 本文不再詳細列舉， 外觀不良故障樹圖如圖8所示。 建議在遇到方向盤發(fā)泡外觀不良問題時， 可參考使用。

圖8 外觀不良故障樹圖

1） 開發(fā)階段： 模具設計時， 對模具進行模流分析及模具設計充分評審， 借鑒過往產(chǎn)品開發(fā)的經(jīng)驗總結(jié)， 避免問題重復發(fā)生。

2） 驗證階段： 工藝參數(shù)的設計要結(jié)合物料自身的實施工藝要求， 對工藝參數(shù)進行DOE設計及驗證。

3） 設備量產(chǎn)管理： 設備定期維護保養(yǎng)并進行重要性能驗證， 如泵的線性驗證等， 確保設備功能正常。