某汽车发动机橡胶悬置的工艺可靠性研究

王朝建，万大千，赵春生

(1.安徽中鼎减震橡胶技术有限公司可靠性和NVH科，安徽宁国 242300；2.辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州 121001)

某汽车发动机橡胶悬置的工艺可靠性研究

王朝建1，万大千2，赵春生2

(1.安徽中鼎减震橡胶技术有限公司可靠性和NVH科，安徽宁国 242300；2.辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州 121001)

汽车在行驶过程中，会受到路面的振动与冲击，如果悬置工作异常，动力总成和车身地板的振动幅值会很大，严重影响到整车的NVH性能。对某汽车发动机橡胶悬置潜在的失效模式及机制进行研究，基于此，针对设计与工艺过程中影响产品可靠性的因素提出改善措施，对提高动力总成悬置系统的NVH特性具有非常重要的意义。

汽车发动机；橡胶悬置；工艺可靠性；改善措施

0 引言

产品的可靠性体现在设计阶段、制造阶段和管理阶段。在产品制造过程中，必需实现和保障产品在设计阶段确定的可靠性要求。如果在制造过程中影响产品可靠性的各种因素未能完全考虑并加以控制，那么，制造出来的产品的可靠性指标很难达到设计上的要求。因此，在制造过程中必须保障产品的可靠性[1]。

悬置对汽车动力总成起到支承、限位及隔振作用[2]，满足这3方面设计要求的同时还要满足可靠性。作为汽车动力总成悬置系统中的隔振元件之一的橡胶悬置曾经在整车的减振降噪方面发挥了相当重要的作用，目前在平衡较好的发动机中，仍然采用它作为隔振元件。所以，必须在设计和制造的过程中尽量满足橡胶悬置的可靠性要求，进而提高整车的NVH性能。文中结合国内某知名企业的设计及制造工艺流程经验，对影响该产品可靠性的潜在的失效机制及改善措施进行研究。

1 工艺流程及潜在失效模式及后果研究

图1为某汽车发动机橡胶悬置总成实物图。下面对该产品的主要制造工艺流程及每个过程中潜在的失效模式、失效后果进行分析。

(1)预成型。①产品焦烧，导致产品动、静刚度不合格引起发动机异常抖动并辐射明显的噪声，影响驾乘舒适性，导致客户退货；②单耗小，导致产品因缺料而报废。

(2)脱脂。①骨架表面发黄，导致骨架抛丸时间长，影响生产计划，影响黏合剂粘接效果，造成产品脱胶；②油污(洁净度不够)，导致脱胶、抛丸砂粒污染以及后面生产的骨架表面污染。

(3)抛丸。①骨架表面氧化皮未去除干净，导致骨架磷化后表面发黑，影响粘接效果，可能造成产品脱胶；②生锈，影响产品粘接，导致产品脱胶；③粗糙度不合格，影响产品粘接及压出力。

(4)磷化。①挂灰，影响骨架和橡胶之间的粘接，严重时导致产品脱胶；②生锈，骨架外观严重不合格时导致产品脱胶；③挂彩，骨架外观严重不合格时导致产品脱胶。

(5)涂黏合剂。①漏涂底胶或面胶，导致产品报废；②花斑，影响骨架和橡胶之间的粘接，严重时造成产品脱胶；③黏合剂干燥不彻底，会造成黏合剂冲刷、产品脱胶；④黏合剂多涂，导致产品废边清理困难或无法电泳；⑤黏合剂少涂，导致产品脱胶；⑥黏合剂喷错，影响粘结效果；⑦骨架混装，造成模具损坏、产品报废。

(6)硫化。①烂泡，影响产品外观、严重时产品报废；②气泡，影响产品外观、严重时导致产品报废；③脱胶，主体上骨架橡胶剥离，悬置工作过程中会造成发动机抖动异响；④扒胶，拉缺、外观不良、密封不良导致漏液，造成客户退货、要求三包索赔；⑤流痕，造成漏液、异响及客户要求三包索赔；⑥缺料，漏液造成退货、三包索赔；⑦裂口，严重导致半成品报废，影响产品寿命；⑧老化胶，影响产品外观及耐久性能，严重时产品报废。

(7)装配主体。①压坏，造成产品报废，客户无法安装；②软垫压出力不合格，软垫脱出，失去对动力总成的限位作用、造成发动机抖动异响；③位置度不合格，客户无法安装，导致停线。

2 潜在失效机制研究

为防止产品发生失效或降低失效的概率，需要应用工程知识和专业技术，确认并纠正出现失效的原因。失效机制分析就是用于解决这些问题的关键环节[3]。

(1)预成型。①产品焦烧，循环水未开造成胶料翻炼温度过高、翻炼次数过多或失效胶料(含胶头)混入正常胶料造成；②单耗小，成型机柱塞压力不稳导致进料速度低造成。

(2)脱脂。①骨架表面发黄，热水洗温度低、干燥温度低及中和槽PH值达不到工艺参数造成；②油污(洁净度不够)，脱脂槽液浓度偏低、脱脂槽温度低、时间短(脱脂、中和、热水洗、烘干时间短)及酸洗浓度不够造成。

(3)抛丸。①骨架表面氧化皮未去除干净、生锈均是由于抛丸砂量不足及抛丸时间过短造成;②粗糙度不合格，砂粒不符合工艺要求造成。

(4)磷化。①挂灰，水洗污染度超标、水洗时间短及磷化液浓度偏低造成；②生锈，烘干温度不够及磷化膜质量不够造成；③挂彩，热水洗酸度过高及未及时检测、添加导致游离酸度过低造成。

(5)涂黏合剂。①漏涂底胶或面胶，喷枪行程短、喷嘴堵塞、喷嘴方向设置错误及喷枪气压不足等情况造成；②花斑，喷枪移动速度和距离与工件旋转不匹配及骨架污染造成；③黏合剂干燥不彻底，烘箱温度低、烘干时间不足、产品比热容过大，工艺未考虑延长时间及黏合剂膜过厚等情况造成。

(6)硫化。①烂泡与气泡均是由于产品排气不充分、产品模具温度过低及不符合工艺要求造成；②脱胶，骨架表面污染，面胶不粘、骨架在型腔内烫坏、骨架未及时隔离做标识再次混入及窝气造成；③扒胶，脱模剂喷洒太少、未喷或所喷脱模剂不符合要求、模腔未及时清洗、产品模具温度过低，不符合工艺要求及胶料易粘附模具造成；④流痕，模具排气不良、脱模剂使用过量及硫化压力不足等情况造成；⑤缺料，实际注射量比设定注射量小、产品注射压力小、注射速度快、流道板不平、流道设计不合理、材料流动性差及注料点堵塞等情况造成；⑥裂口，脱模器与产品接触位置不当，与产品接触面积小，使产品局部受力、胶料撕裂性差、脱模剂喷撒次数过少，脱模困难、脱模速度快及脱模器损坏，定位不准造成；⑦老化胶，合模前，注射嘴前端部分已硫化的料头未挤，合模后，再次硫化及模具型腔和哈呋内的废边未清除干净，从而产生老化胶。

(7)装配主体。①压坏，受力变形、设备精度不高或流转碰撞变形造成；②软垫压出力不合格，焊接套管内径尺寸不合格或椭圆过大及软垫压装不到位造成；③位置度不合格，原因同①。

3 改善措施

在掌握该橡胶悬置潜在失效模式及机制的基础上，需要在设计及制造过程中对这些因素进行逐一控制。

3.1 设计过程中的改善措施

(1)在产品开发初期时，应避免因设计不合理带来的橡胶悬置的应力集中现象，而且橡胶部分不应有过渡的应力和变形，这一环节通过有限元分析，可大大缩短产品设计周期。

(2)工装设计时，开设胶料模压注孔位置时应尽量减少型腔内胶料流经关键部位处的流动量，即尽量减少关键部位的黏合剂流失，避免不必要的损失，并尽可能使各型腔同时充满胶料[4]。

3.2 制造过程中的改善措施

(1)预成型。水阀开关状态与设备启动联动；完善操作规程。

(2)脱脂。增加加热管功率，增加温度报警停止，增加质量报警停止功能，细化工艺要求；细化更换频率；改造设备控制系统，建立工艺库。

(3)抛丸。设备增加使用砂粒粒径标识；增加粗糙度标准样板。

(4)磷化。设备点检，增加阀门开关标识及流量计；增加纯水过滤装置；增加设备点检项目；增加磷化膜质量规定检测项目；增加备用热水洗槽。

(5)涂黏合剂。按照滚涂线的原理增加红外线检测；搅拌工序增加时间继电器并上锁，设备与时间继电器联动；增加质量报警装置；安装皮带张紧轮；增加增压器、压力报警停止装置，增加空压机功率；温度上下限控制采用报警停止装置；转速表锁定；对喷枪做标识、制作黏合剂颜色标识卡、配备专用喷枪清洗桶；配备有效的测量器具，制定测量方法等。

(6)硫化。改造热板加热控制，增加热板温度检测点；调整胶料配方；适时调整硫化注射量，并记录偏差，对硫化机注射量进行校准；定期对模板平面度进行检测；统计使用寿命，制定更换频次并执行；对注料孔结构进行改进；纯胶接触处使用尼龙棒；设计加工脱模剂的半自动喷涂工装；改进脱模器定位材料等。

(7)装配主体。更换力位移压力机；夹具增加高度限位；装配压入力报警；更换力位移压力机等。

4 结论

汽车动力总成悬置设计是减小动力总成振动与噪声的一项关键技术。文中对某汽车发动机橡胶悬置制造工艺过程中的可靠性问题进行研究。通过研究橡胶悬置的制造工艺流程及潜在的失效机制，亦可看出工装和产品设计上的不足之处，为进一步提高产品的可靠性及改善整车的舒适性提供理论依据。

【1】蒋平.机械制造的工艺可靠性研究[D].长沙:国防科学技术大学,2010.

【2】郭荣,章桐.汽车动力总成悬置系统[M].上海:同济大学出版社,2013.

【3】胡林忠.失效机理在可靠性工程中的应用[J].环境技术,2008(2):14-15.

【4】王朝建,韩兆东,蔡晓宇.某副车架橡胶衬套潜在的失效特性及改进方案[J].汽车实用技术,2014(2):89-91.

StudyonProcessReliabilityofRubberMountingofanAutomotiveEngine

WANG Chaojian1, WAN Daqian2, ZHAO Chunsheng2

(1.Reliability & NVH Department, Anhui Zhongding NVH Co., Ltd., Ningguo Anhui 242300, China;2.Automobile & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Jinzhou Liaoning 121001, China)

Vehicle will be subject to vibration and shock from road during using process, and the vibration amplitudes of powertrain and vehicle floor will be great if the mounting is in abnormal condition. Its influence on the vehicle NVH performance becomes more and more important. The potential failure modes and mechanisms of the rubber mounting were analyzed, then some measures were proposed on the control and prevention for the design and process factors that affected product reliability. These measures are very important in improving the NVH performance of vehicle powertrain mounting system.

Automotive engine; Rubber mounting; Process reliability; Improving measures

2014-10-23

王朝建(1985—)，男，硕士，目前从事汽车动力总成悬置系统的NVH特性研究。E-mail:476239026@qq.com。