汽车转向盘发泡工艺中常见外观不良分析

白雪飞

（锦州锦恒汽车安全系统股份有限公司， 辽宁 锦州 121007）

汽车转向盘是用来操纵汽车行驶方向的装置， 通过控制转向轮实现车辆的转向。 现有的汽车转向盘本体是通过预制铝合金架放到模具中， 用聚氨酯发泡而成。

转向盘本体发泡工艺是普遍应用的一种制程工艺， 它由A/B双组份料经过化学反应形成， A组分为多元醇， B组分为异氰酸酯。 聚醚多元醇与异氰酸酯在催化剂的作用下，以较快的速度反应生产CO气体， 并在几分钟内形成具有一定高分子量和一定交链度的聚氨酯发泡体。 聚氨酯耐腐蚀、耐老化性能良好， 且有舒适的手握感， 但在其运用过程中产品本体外观会出现典型的制程不良。

转向盘发泡工作原理决定了发泡外观控制有一定的工艺难点， 最理想的是发泡时将所有气体都排掉， 但实际操作中不可能完全避免， 究其原因： 发泡设备、 模具设计、工艺参数。

本文将从这3方面对典型外观不良原因进行分析， 并提出解决方法。 在分析之前首先我们要了解发泡工艺工作原理。

1 发泡工艺工作原理[1]（图1）

图1 发泡工艺工作原理

图1所述两个反应式主要形成聚氨酯， 同时形成CO。-NHCO-为基团聚合物，简称聚氨酯， 理论空间结构图如图2所示。

图2 聚氨酯理论空间结构图

转向盘发泡工作原理决定了发泡外观控制有一定的工艺难点， 最理想的是发泡时将所有气体都排掉， 但实际操作中不可能完全避免，导致外观形成典型的不良缺陷。

2 常见外观不良案例及分析

2.1 外观不良案例 （图3）

图3 外观不良

2.2 外观不良分析

2.2.1 设备因素

发泡机工作原理介绍： 从图4中可以清晰了解到料罐中A料（聚醚多醇） 和B料 （异氰酸酯） 分别在气压作用下经过过滤器流入计量泵的低压侧入口， 计量泵运转将低压料转换成高压料， 高压料经高低压切换阀切换至混合头 （俗称枪头）。 启动注射后， 枪头中大活塞提起， 小活塞打开并切断A/B料回流管道， A料及B料以高压和流速注射到混合室， 在混合室高速相互碰撞达到均匀混合， 并迅速流出枪头， 进入模具腔体内发泡。 注射时间结束后， 小活塞关闭，A料、 B料经各自回流管返回料罐， 同时大活塞向下运动，将混合室里的残料推出， 完成一个运动循环。

图4 发泡设备工作原理图

其中A/B料混合不均匀会直接导致外观不良。

1） 如果枪嘴被异物堵塞会出现两种情况： 一种情况是AB枪嘴的流量不均衡导致混合不好； 另外一种情况是会导致从枪嘴中喷出的料变向， 与另一个枪嘴喷出的料没有交叉碰撞到共同点达不到充分混合。

建议： 制造过程中增加枪嘴的清洁清理要求， 防止堵塞。

2） 如果A/B料注射不同步或者出现压力差， 会导致混合不均匀。

建议： 必须同时完成高压注射， 需要管控流量、 压力、注料时间参数。

2.2.2 模具因素

从图5产品发泡模具料流方向分析， 产品在发泡过程中， 发泡料在模具内起发，外观不良位置如果为发泡料流动时的料流末端，在该位置包裹空气后， 不能排出模腔， 从而在产品表面形成气孔或破损导致外观不良。

图5 产品发泡模具料流图

建议： 模具开发设计过程中评估料流方向及设计适当的溢料孔， 起到排气的作用， 减少外观不良。

2.2.3 工艺设计因素工艺流程如图6所示。 对工序2和工序3进行重点阐述。

图6 工艺流程图

1） 工序2-清理排气孔： 排气孔 （也称溢料孔）， 在发泡熟化过程中， 起到排气的效果， 如果排气孔堵塞， 会造成模具排气不良， 使表面产生暗泡， 暗泡破损后盘体外观局部破损造成外观不良。

建议： 每模生产后， 自检确认模具排气孔状态是否通畅， 无堵塞。

2） 工序3-喷涂流程如图7所示。

图7 喷涂流程

分析结论： ①在其他工艺条件不变的前提下， 水性漆和油性漆的实施工艺漆膜厚会影响发泡料与漆的结合效果；②通过增加模具温度， 可以保证发泡料与漆的结合效果，规避漆膜厚引起的产品不良； ③极限喷涂状态， 在提升温度后也可以保证发泡料与模内漆结合效果良好。

建议： 在产品开发验证阶段， 按照模内漆的油漆特性设定模具温度要求， 从而识别出该产品工艺特殊性， 固化工艺参数。

3 结论

方向盘外观不良有很多原因， 本文不再详细列举， 外观不良故障树图如图8所示。 建议在遇到方向盘发泡外观不良问题时， 可参考使用。

图8 外观不良故障树图

1） 开发阶段： 模具设计时， 对模具进行模流分析及模具设计充分评审， 借鉴过往产品开发的经验总结， 避免问题重复发生。

2） 验证阶段： 工艺参数的设计要结合物料自身的实施工艺要求， 对工艺参数进行DOE设计及验证。

3） 设备量产管理： 设备定期维护保养并进行重要性能验证， 如泵的线性验证等， 确保设备功能正常。