吳文倩，孟召輝

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汽車注塑類材料力學性能取樣技術研究

吳文倩1，孟召輝2

（1.北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300；2.北京新能源汽車股份有限公司工程研究院，北京 101300）

力學性能作為塑料重要的性能之一，其測試結果的真實性和準確性主要受外界因素（制樣方式、拉伸速度等）影響較大。文章主要研究了零件取樣樣條與標準樣條的力學性能之間的關聯(lián)性以及制樣方法對零件力學性能的影響。從門護板、儀表板上進行零件取樣與材料標準樣條的拉伸性能、彎曲性能及沖擊性能數(shù)據(jù)進行比較。對兩者之間的關聯(lián)性以及機械制樣與手工制樣對零件力學性能的影響進行了分析，為建立產(chǎn)品檢測規(guī)范奠定基礎。

零件取樣；力學性能；門護板；儀表板

前言

力學性能作為塑料重要的性能之一，其測試結果的真實性和準確性主要受兩類因素的影響[1]，一是內在因素，指塑料本身的分子量大小及分布、結晶度及內部缺陷的多少等；二是外在因素，如制樣方式及方法等[2]。在確定了一種材料后，影響其測試數(shù)據(jù)的主要是外在因素[3]。為全面分析影響零件取樣試驗結果的因素并建立零件取樣與材料試驗的關聯(lián)性，本文主要開展了五種零件取樣測試的拉伸、彎曲及沖擊性能與標準樣條的各項力學性能的關聯(lián)性研究。即在五種零件的不同位置上，分別制取拉伸性能、彎曲性能及沖擊性能的試驗樣條，與對應標準樣條的拉伸、彎曲、沖擊性能進行比對。同時也研究了五種零件的機械制樣與手工制樣方式對各項力學性能的影響。

1 試驗部分

1.1 樣件選擇

選取五種零件的標準樣條及樣件，分別為門護板本體（兩種顏色）、儀表板上本體及下本體以及后背門護板的標準樣條及樣件。此五種零件的樣件及材料見表1，依次表示為1#樣件、2#樣件、3#樣件、4#樣件和5#樣件。

表1 五種樣件及相應材料信息

1.2 試驗標準及主要設備

1.2.1 試驗標準

拉伸強度、屈服伸長率：DIN EN ISO 527-2：1996，試驗速度：50mm/min，5A型樣條，標距20mm；

彎曲強度、彎曲模量：DIN EN ISO 178：2006，試驗速度：2mm/min，跨度：40mm，樣條尺寸為80 mm×10 mm×d（樣件厚度）；

沖擊強度、缺口沖擊強度：DIN EN ISO179-1：2006，擺錘4J，跨度：40mm，沖擊速度：2.9m/s，樣條尺寸為50 mm×6 mm×d（樣件厚度）。

1.2.2 主要設備

高溫靜態(tài)剪切試驗機：CMT4204，美特斯中國有限公司生產(chǎn)；

高低溫組合式?jīng)_擊試驗機：HIT 25P，Zwick。

2 試驗結果及分析

2.1 標準樣條與零件取樣力學性能關聯(lián)性分析

為研究注塑標準樣條與對應零件取樣樣條各項力學性能之間的關聯(lián)性，建立零件取樣檢測規(guī)范，本文開展了標準樣條與零件取樣樣條的拉伸性能、彎曲性能、沖擊性能試驗研究。

2.1.1 拉伸性能關聯(lián)性分析

拉伸性能測試了拉伸強度和屈服伸長率兩項。表1為拉伸性能試驗數(shù)據(jù)。圖1、圖2分別為各零件標準樣條與不同位置取樣樣條的拉伸強度和屈服伸長率的對比曲線，其中橫坐標前五個點為每根樣條的試驗數(shù)據(jù)，第六個點是前五個數(shù)據(jù)的平均值。表中的“不同位置”表示在零件不同位置取樣時的測試數(shù)據(jù)。

從圖1可以看出，1#、2#、3#、4#標準樣條每根測試的拉伸強度均稍高于零件取樣測試出的試驗數(shù)據(jù)，最大偏差為5MPa，5#試樣測試的拉伸強度與零件取樣的試驗結果相互交叉，最大偏差為3MPa，但最后平均值基本相同。這可能是由于拉伸標準樣條注塑過程中是一個澆口，取向一致，即料流方向與拉伸方一致，因此樣條在取向方向上的強度較高。而內飾件，如門護板、儀表板等由于結構復雜，一般至少有三個澆口，所制取的樣條取向不一致，導致拉伸強度稍偏低。

從上圖還可看出，1#、2#、3#、4#、5#零件的三個位置取樣測試的拉伸強度試驗數(shù)據(jù)基本一致，偏差很小，說明門護板同一零件不同位置取樣力學性能是基本一致的。由于3#、4#分別為儀表板的上本體和下本體，這也說明對于儀表板總成，同一零件任一位置材料的力學性能是基本相同，均能代表儀表板使用狀態(tài)下所用材料性能。

表2 拉伸性能試驗結果

表3 彎曲性能試驗結果

圖2 為五個零件標準樣條與零件取樣不同位置屈服伸長率試驗數(shù)據(jù)對比曲線。從曲線可知，標準樣條的屈服伸長率總體高于零件取樣，數(shù)據(jù)波動性和離散性較大，偏差范圍在（0～4）%，與拉伸強度的趨勢基本一致，這是由于標準樣條與零件取樣成型過程中材料的取向不一樣導致的。

綜上，標準樣條的拉伸強度、屈服伸長率優(yōu)于零件取樣試驗數(shù)據(jù)。同一零件上不同位置的拉伸性能接近，都可以體現(xiàn)零件的使用性能。

2.1.2 彎曲性能關聯(lián)性分析

為全面研究標準樣條與零件取樣彎曲性能的關聯(lián)性，進行了彎曲強度和彎曲模量的測試。表2為彎曲性能測試數(shù)據(jù)。圖3、圖4分別為各零件標準樣條與零件不同位置取樣樣條的彎曲強度和彎曲模量的對比曲線，其中橫坐標前五個點為每根樣條的試驗數(shù)據(jù)，第六個點是前五個數(shù)據(jù)的平均值。

圖3 五種零件標準樣條及不同位置取樣的彎曲強度

圖4 五種零件標準樣條及不同位置取樣的彎曲模量

從圖3、圖4可以看出，1#、2#、3#、4#、5#標準樣條的彎曲強度、彎曲模量各數(shù)據(jù)與零件取樣的相互交叉，有的高、有的低，還有的重合。這就說明標準樣條彎曲性能與零件取樣的數(shù)據(jù)一致性較好。彎曲強度每根數(shù)據(jù)偏差范圍在（0～5）MPa，彎曲模量每根數(shù)據(jù)偏差范圍在（0～1100）MPa，由于彎曲模量是材料應變在（0.0005～0.0025）之間，應力與應變的比值，這微小的應變受樣條的狀態(tài)、設備精度等因素影響很大，所以可能會出現(xiàn)個別數(shù)值異常，出現(xiàn)較大偏差，在實際操作過程中可以通過取舍進行控制。

觀察標準樣條彎曲強度平均值與零件取樣平均值偏差（2～5）MPa，標準樣條彎曲模量平均值與零件取樣平均值偏差（30～454）MPa，說明標準樣條與零件取樣數(shù)據(jù)差別相對較小。不同位置取樣對彎曲強度和彎曲模量影響均較大，且數(shù)據(jù)沒有規(guī)律性。

2.1.3 沖擊性能關聯(lián)性分析

表4 沖擊強度試驗結果

為全面研究標準樣條沖擊性能與零件取樣沖擊性能的關聯(lián)性，同時進行了缺口沖擊強度和沖擊強度試驗項目的測試。

表3為缺口沖擊強度和沖擊強度試驗數(shù)據(jù)。圖5、圖6分別為各零件標準樣條與不同位置取樣樣條的缺口沖擊強度和沖擊強度的對比曲線，其中橫坐標前五個點為每根樣條的試驗數(shù)據(jù)，第六個點是前五個數(shù)據(jù)的平均值。

圖5 五種零件標準樣條及不同位置取樣的缺口沖擊強度

圖6 五種零件標準樣條及不同位置取樣的沖擊強度

從圖5可以看出，標準樣條的缺口沖擊強度明顯低于零件取樣測試的數(shù)據(jù)，且波動較大，平均值偏差在（5～15）kJ/m2。這可能是由于標準樣條的尺寸、澆口規(guī)格較零件取樣的更符合標準要求導致。如標準樣條的厚度一般為4mm左右，缺口是注塑成型，而零件取樣的厚度一般在2.5mm左右，缺口是機加工的，可能會導致結果有一定的偏差。不同位置的缺口沖擊強度差別不大。

從圖6中可以看出，沖擊強度數(shù)據(jù)顯示，標準樣條的沖擊強度明顯高于零件取樣樣條的沖擊強度，且兩組數(shù)據(jù)分散性小，數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。綜上所述，零件取樣缺口沖擊強度高于標準樣條，沖擊強度低于標準樣條。不同位置取樣的沖擊性能差別不大。

2.2 制樣方法對零件材料性能的影響

為研究制樣方法對零件性能的影響，開展了機械制樣與手工制樣比對試驗。表4為采用兩種不同制樣方法得到的力學性能數(shù)據(jù)，圖7為手工制樣機及機械制樣機圖片。圖8為五種零件取樣不同制樣方式測試的各項力學性能數(shù)據(jù)對比。

表5 不同制樣方法試驗結果對比

圖8 五種零件取樣不同制樣方式的各項力學性能

觀察圖8中各零件不同取樣方法測試的拉伸強度可以看出，除5#零件偏差超過5MPa外，其余零件的偏差均在5MPa內，屈服伸長率偏差都在1%之內，這說明兩種制樣方法對材料拉伸性能影響不大。

同時，觀察圖8中的彎曲強度、彎曲模量、缺口沖擊強度及沖擊強度試驗結果可以發(fā)現(xiàn)，不同制樣方法測試出的彎曲強度的偏差在（0～1）MPa之內，彎曲模量的偏差在（0～161）MPa之內，缺口沖擊強度的偏差在（0～7）kJ/m2，沖擊強度的偏差在（0～4）kJ/m2。缺口沖擊強度的偏差比較大，主要是由于2#試樣的偏差較大導致，但總體缺口沖擊強度偏差較小。將這幾個試驗項目的測試結果與現(xiàn)有企業(yè)標準的要求值進行比較，其均滿足現(xiàn)有企業(yè)標準的要求值，且與要求值偏差不大。由此可知，兩種制樣方法對材料的彎曲性能及沖擊性能影響很小。

3 結論

（1）標準樣條拉伸性能（拉伸強度、屈服伸長率）稍優(yōu)于零件取樣，不同位置拉伸性能數(shù)據(jù)偏差不大；標準樣條彎曲性能（彎曲強度、彎曲模量）接近于零件取樣，同一零件不同位置彎曲性能差別較大；標準樣條的缺口沖擊強度明顯低于零件取樣測試值，而沖擊強度卻明顯高于零件取樣測試的數(shù)據(jù)，不同位置取樣對沖擊性能影響不大。

（2）制樣方法對零件取樣材料的拉伸性能（拉伸強度、屈服伸長率）、彎曲性能（彎曲強度、彎曲模量）及沖擊性能（缺口沖擊強度、沖擊強度）影響較小。在取樣過程中，采用手工制樣和機械制樣均可。

[1] 曾力.拉伸試驗速率對低碳鋼力學性能的影響[J].理化檢驗-物理分冊, 2007, 43(1): 6-8.

[2] 葉秀嬌.影響聚苯乙烯制品力學性能測試因素的探討[J].工程塑料應用, 2002, 30(6): 33-36.

[3] 孫斌.拉伸速度和制樣方式對聚苯乙烯和聚丙烯拉伸性能的影響[J].理化檢驗-物理分冊,2010,46(5): 282-283, 331.

Effect of samples preparation methods on the mechanical properties of plasticmaterials in automobile

Wu Wenqian1, Meng Zhaohui2

( 1.Beijing Automotive Technology Center, BAIC MOTOR Co., Ltd, Beijing 101300;2.Beijing New Energy Automobile Co., Ltd. Engineering Research Institute, Beijing 101300 )

As one of the most important properties of plastics, the authenticity and accuracy of the test results of are mainly affected by external factors (preparation of test specimens, tensile rates, etc.) In this work, we’ve studied the correlation of mechanical properties between the standard samples and samples from the automobile parts, such as door panels and instrument panels. The tensile, bending, and impact strength of samples prepared from different ways are compared.

Part sampling; Mechanical properties; Door guard; The dashboard

U465

A

1671-7988(2018)21-254-05

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吳文倩，女，碩士，現(xiàn)就職于北京汽車股份有限公司汽車研究院，任職非金屬材料工程師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.087