车辆扶手箱总成失效溯源解析

付祥武 秦慧琳 潘群 姚佳人

摘要：市场反馈副仪表板扶手箱总成（以下简称扶手箱）失效，通过开展材料性能检测、操作耐久性试验、断口宏观和微观等系统性分析，并对不同供应商生产的扶手箱开展对比验证和分析。结果表明，供应商更换的原材料力学性能不满足标准要求，导致扶手箱本体转轴断裂；铰链弹簧定位孔壁厚设计偏下限，结构强度不足导致铰链弹簧孔损坏。介绍了调查分析思路和相关故障解析方法，通过对该问题改善和验证，以提高产品质量。

关键词：扶手箱总成；产品质量；失效分析

副仪表板扶手箱总成包含的部件有本体、盖板、按钮、旋转轴、阻尼器和铰链弹簧，如图1所示。扶手箱开启时要求左右两侧盖板同步，开启时间为（1±0.2）s。市场反馈扶手箱问题类型主要如下：开启时左右侧盖板不同步（回弹过快无缓冲导致开启不同步）；阻尼失效（打开时没有阻力，开启速度快）；盖板无法开启。

调查MIS数据发现，截至2022年6月，市场累积索赔113例。经查询MISMOP，故障发生区间在售后至13个月内，属于低里程失效。扶手箱失效从2020年5月开始，主要集中在2021年8月—2022年4月。通过对市场返回的故障件进行解析，失效部位为铰链弹簧定位孔损坏，扶手箱本体转轴断裂，阻尼器卡接点断裂。

使用Minitab完成扶手箱寿命数据分析，通过对数据进行威布尔拟合分析，b=1.64。理论计算，当用车里程达1万km时，故障率为5%；当用车里程达2万km时，故障率为14.9%；当用车里程达到4万km，故障率为39.7%，如图2所示。

针对该扶手箱失效问题，对故障件进行了统计分析、故障解析及整改验证，改善了扶手箱失效问题。

故障件统计分析

2020年5月扶手箱一轨供应商切换原材料供应商及模具重开，原材料牌号由PC+ABS HAC8250切换为PC+ABS CA36TQ-BK，市场发生第一例索赔件。截至2021年8月，市场累计索赔28例。自2021年8月一轨供应商断供，二轨供应商切换原材料供应商，市场累计索赔113例，见表1。

故障解析

1.铰链弹簧及底座硬度解析

对一轨和二轨的铰链弹簧及底座开展硬度测试。二軌铰链弹簧及底座硬度较一轨低，见表2。

2.弹簧孔壁破坏强度解析

选取与故障件同批次扶手箱开展铰链弹簧孔壁破坏强度试验。扶手箱关闭状态，弹簧弹力18N，弹簧孔壁破坏强度47N。弹簧孔壁厚设计（1±0.2）mm，实际壁厚0.8mm，弹簧孔壁厚工艺控制偏下限，在长期开启、关闭工作模式下，弹簧定位孔损坏，导致弹簧弹出定位孔后下塌，在后期使用中持续对轴壁产生作用力使其断裂。

3.弹簧孔结构对比分析

经对比发现，一轨弹簧孔结构与二轨有差异。一轨弹簧孔受力方向两端各有一个孔位支撑孔，二轨弹簧孔受力方向为十字筋，无孔位支撑孔。且一轨壁厚1.0mm，二轨壁厚0.8mm，二轨壁厚较一轨小0.2mm，见表3。

4.原材料性能分析

对两种原材料PC+ABS HAC8250和PC+ABS CA36TQ-BK进行塑料密度、拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击（23℃）及低温缺口冲击（-40℃）性能检测。PC+ABS HAC8250均符合要求，而 PC+ABS CA36TQ-BK悬臂梁缺口冲击（23℃）及低温缺口冲击（-40℃）不满足要求，见表4。

5.故障件断口分析

对故障件开展断口分析，断裂受力方向由内向外，是受到从样件内侧作用力断裂。断裂源起源处未见异物夹杂等缺陷，有挤压痕，且断口呈明显韧性特征，导致样件断裂的载荷的速率相对不高，是冲击载荷所致，如图3所示。

6.故障件红外分析

对不同时期一、二轨故障件（一轨2020年12月批次、二轨2021年12月批次）进行红外光谱重叠分析，不同时期的PC+ABS材料光谱不一致（蓝色曲线代表一轨，红色曲线代表二轨），两者材料成分有差异，如图4所示。

整改验证

抽取与故障同批次扶手箱3件开展操作耐久试验。分别在常温阶段耐久3053次、2770次、3302次后扶手箱盖板阻尼失效。结合用户使用习惯（每天操作5次），故障再现结果显示，耐久寿命平均在1.6年。扶手箱失效现象为弹簧定位孔损坏，阻尼失效，与市场失效寿命基本吻合。

弹簧定位孔图样未标注尺寸公差，依据国标GB/T 14486—2008《塑料模塑件尺寸公差》执行。产品原材料为PC+ABS，收缩特性值为0.5%±0.1%。根据模塑材料收缩特性值选用公差等级MT3（标注公差尺寸为一般精度）。GB/T 14486—2008要求，基本尺寸的上、下偏差可根据工程的实际需要分配。

针对该故障问题的改善方案为：

1）将弹簧孔壁厚尺寸公差由（1±0.2）mm调整为（1+0.4 +0）mm，弹簧孔壁厚由0.8mm调整到设计上限1.4mm。

2）原材料由PC+ABS CA36TQ-BK切换为PC+ABS HAC8250。

抽取改善后的扶手箱进行弹簧弹力和弹簧孔壁破坏强度测试，弹簧弹力为18N，弹簧孔壁破坏强度为113N，弹簧孔的强度显著提升。

抽取3件改善后扶手箱开展操作耐久试验19 000次（结合用户使用习惯，每天操作5次，耐久寿命10年共计19 000次）。试验时，将扶手箱完全打开，停止0.5s，每分钟进行5～10次循环，以此作为一个循环，共进行19 000次循环：14000次循环（23±5）℃； 500次循环（85±5）℃；500次循环（-30±5）℃；4000次循环（40±5）℃，相对湿度95%。

试验后样品无明显变形，无功能失效，操作时无异响，无零部件脱落，打开操作力平均衰减17.9%，关闭操作力平均衰减15%，操作力的衰减均控制在20%以内，满足要求。同时，监控断点后6个月市场上无故障发生。

结语

故障件材料为PC+ABS，转轴的挤压痕为受冲击载荷所致。光谱分析不同生产日期的材料，显示光谱不一致，材料成分不一样。供应商2020年5月变更的原材料力学性能不足，导致扶手箱弹簧孔和轴壁断裂。铰链弹簧孔壁厚0.8mm，设计尺寸偏下限（1±0.2）mm，对比一轨结构设计上无孔位支撑孔。产品结构强度不足导致弹簧孔损坏，在后期使用中持续对轴壁产生作用力使轴壁断裂。

原材料切换为PC+ABS HAC8250，弹簧孔壁厚由0.8mm调整到1.4mm，弹簧孔破坏强度显著提升，通过操作耐久性验证可靠性满足标准要求。

在产品设计阶段试验评审中，应组织多方评估耐久试验的充分性，确保耐久试验覆盖整车工况。产品变化点管理中，根据一轨、二轨设计及原材料性能差异分析，通过研究、验证、广泛对标等方法，系统性总结产品技术条件并开展可靠性耐久试验。