某电动汽车前控制臂后衬套脱胶问题分析及改进

摘要：针对某电动汽车的前控制臂后衬套脱胶问题进行了分析讨论，首先在整车上确认了故障状态，然后检测了故障件的外观、尺寸、材料和性能，发现是由于外套管清洁度差导致的金属外套管与硫化橡胶粘接不良，接着进行了生产工艺对标分析，最后根据故障原因确认了改进措施并做了充分的验证，最终彻底解决了该问题。

关键词：衬套；脱胶；清洁度；硫化

故障描述

某车型（下文简称C40DB）售后市场反馈出现前控制臂后衬套脱胶导致行驶过程中底盘异响，故障率约3%，故障车辆主要主要行驶在云南、湖南和福建等路况较恶劣的地区，故障里程集中在2万～5万km，运行时间为6～15月。产品基本结构及故障照片如图1所示。

原因分析

故障件返回供应商后，进行了外观、尺寸、材料和性能的检测，发现金属外套管与硫化橡胶黏接不良，接着应用鱼骨图[1]分析影响橡胶黏结力的关键要素，逐项排查找出异常点。

1.故障件分析

故障件返回供应商后进行了外观、尺寸、材料和性能的检测，尺寸及材料无异常，剖切故障件发现橡胶本体与外套管脱胶，橡胶黏结面积＜60%。前控制臂后衬套的设计要求为：橡胶黏结强度大于橡胶本体撕裂强度，进行衬套破坏性试验，橡胶与内外套管黏结面积大于90%，表现形式是硫化橡胶本体撕裂，故障件状态不符合设计要求。初步分析是由于金属外套管与硫化橡胶黏结不良，衬套粘接力不能抵抗车辆的实际受力，在力的持续作用下，衬套外套管与橡胶发生脱离。

2.鱼骨图分析

根据前控制臂后衬套脱胶现象，识别影响橡胶粘接的关键要素，梳理出可能导致衬套出现脱胶的鱼骨图如图2所示。

排查影响因素及确认根因

对可能导致衬套脱胶的产品设计、工艺及制造的关键影响要素进行逐项排查，找出异常的因素，并确认问题根因。

1.设计因素排查

（1）确认衬套尺寸大小设计得是否合理 衬套的直径和高度尺寸越大，则橡胶黏结面积越大，橡胶厚度也越厚，利于可靠耐久性。根据C40DB悬架结构型式及整车总质量，与其他车型的衬套大小进行对标。经过对比确认，C40DB衬套直径70.2mm，高度36mm，尺寸设计合理（见表1）。

（2）确认衬套整车下的受力输入是否符合设计要求 根据C40DB整车的最大总质量，用Adams仿真软件进行衬套受力的提取并作为衬套结构耐久CAE分析的输入，在工况17（制动0.8g）下Y向，衬套受力最大，为9112N，与整车输入数据吻合。衬套做CAE分析，疲劳损伤系数为0.181（规定≤0.85），满足设计要求。

（3）衬套结构参数定义是否合理 供应商根据衬套的尺寸大小和整车受力输入，对衬套进行结构参数定义和设计。核查衬套外径、外套管高度、内套管外径/内径/高度、橡胶轴向/径向厚度、阻尼孔间隙及橡胶压缩率等参数，都为常规设计值，无异常。

（4）缩颈量的定义是否合理 根据衬套尺寸大小，供应商对缩径量进行定义和取值。经对比分析，缩径量为3mm，缩径率为4.1%，符合设计规范（≤5%）。

2.工艺及制造因素排查

1）确认外套管抛丸前状态，检测外套管表面清洁度。经过排查，发现来料外套管表面有油污和生锈（见图3），油污来源为钢材厂拉伸时的油污，生锈为流转过程中防护不当，潮湿环境导致。

将有油污和生锈的外套管进行抛丸后，锈迹已被去除，粗糙度符合检验要求。接着做磷化及硫化后，做推力测试有明显脱胶，如图4所示。

通过故障复现试验，有油污的外套管正常抛丸和磷化后产生脱胶，与市场件故障模式一致。由此确认外套管油污为关键影响因素。

2）抛丸工序后，检查外套管的粗糙度。实测在

5～6μm之间，设计要求为3～9μm，在合格范围内。非真因。

3）磷化清洗工序，检测磷化膜重。磷化膜密度实测为1.6～2.8g/m²，符合工艺要求。非真因。

4）确认喷胶工序的底胶厚度、面胶厚度和烘干参数无异常。底胶膜厚实测6～10μm，面胶膜厚实测16～20μm，烘干温度（80～100℃）和烘干时间（2～3min）也无异常。非真因。

5）确认硫化工序工艺参数合格，硫化温度170℃±5℃、加硫时间560s，锁模压力24±1MPa，都在正常范围。非真因。

6）缩径工序，确认缩径设备正常，缩颈后衬套无损伤、尺寸符合要求。非真因。

结论：通过对设计过程及工艺制造过程排查，确认外套管油污是导致脱胶的关键因素，导致外套管与橡胶的黏结强度降低，。

3.生产工艺对标分析

与其他主流衬套厂家进行生产工艺对标分析，总体对比情况见表2。

对标结果如下：供应商与其他四个厂家的抛丸、磷化、喷胶、硫化、缩径及推力检测工艺基本一致，但是缺少预脱脂工序和清洁度检查工序。

抛丸前的预脱脂工艺的主要作用：可去除油污、锈迹，防止抛丸过程中，油污及锈迹与零件机体分子形成交互和渗透，从而将污物留存在了机体表层。同时，抛丸过程中形成的凸凹粗糙度表面，增加了在磷化过程中对异物清洗清洁的风险。

结论：供应商的缺少预脱脂工序和清洁度检查工序，导致外套管抛丸和磷化后，表面油污未去干净，硫化后出现黏结力不足现象。

4.确认问题根因

用5Why法分析问题产生的根因：

（1）Why1 车辆行驶过程中有异响。

（2）Why2 前控制臂后衬套脱胶。

（3）Why3 外套管与橡胶的黏结力不足。

（4）Why4 衬套外套管表面有油污。

（5）Why5 外套管油污未去除干净。

改进措施和效果验证

1.制定改善措施

通过以上的综合分析，确认的改善对策如下：

1）增加预脱脂工序和清洁度检查工序，包括预脱脂、脱脂、水洗1、水洗2、热水洗、烘干以及清洁度检查共七道工序。

2）预脱脂和磷化后用答因笔检测法确认表面油脂是否去干净，检测标准如图5所示。

3）要求外套管供应商出厂前进行初步的油脂清洗，运转的物流器具上增加盖章，起到防尘以及防潮的作用。

2.验证改善效果

改善措施实施后，对生产出来的衬套，随机抽取5个批次，每批次20件，经验证拉脱面积均在90%以上，拉脱力符合设计要求。抽取3个衬套搭载整车耐久（帕斯卡1坏路+帕斯卡2高速试验）共计3.6万km，衬套无开裂、脱胶等问题，改进措施验证通过。

结语

通过对前控制臂后衬套脱胶问题的分析，发现清洁度对橡胶黏结力影响较大，尤其是内外套管上的油污，如果没有进行有效的脱脂和清洁度检验，硫化后很容易出现拉脱力不足的缺陷。因此在生产工艺控制过程中要严格控制内外套管的清洁度，做好表面油脂的处理及检验。

参考文献：

[1] 内田治，吉富公彦编.图表解质量管理QC改善活动与QC七大工具应用[M].北京：机械工业出版社，2024.