燕平

（上汽大眾汽車(chē)有限公司質(zhì)保實(shí)驗(yàn)室，上海 201805）

淺談汽車(chē)電子電器零件的鍍鉻設(shè)計(jì)

燕平

（上汽大眾汽車(chē)有限公司質(zhì)保實(shí)驗(yàn)室，上海 201805）

介紹了目前汽車(chē)上帶有鍍鉻裝飾的電子電器件的種類(lèi)，并結(jié)合整車(chē)廠的鍍鉻件檢測(cè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，探討了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、原材料設(shè)計(jì)等對(duì)汽車(chē)鍍鉻電子電器件質(zhì)量的影響，并提出了相關(guān)建議。

汽車(chē)內(nèi)飾；電子電器；造型設(shè)計(jì)；鍍鉻；注塑；裝掛

在現(xiàn)代汽車(chē)對(duì)“電動(dòng)化、智能化、共享化和網(wǎng)聯(lián)化”要求不斷提高的背景下，汽車(chē)電子化的發(fā)展和革新已成為提升現(xiàn)代汽車(chē)性能的關(guān)鍵[1-3]。汽車(chē)電子電器零件作為整個(gè)汽車(chē)系統(tǒng)的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，不僅具有控制運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)功能性，協(xié)調(diào)各汽車(chē)系統(tǒng)的基本功能，而且可在未來(lái)汽車(chē)中提供舒適性、安全性和環(huán)保性的附加價(jià)值[1-2,4]。目前，作為人車(chē)交互的終端類(lèi)電子電器件(如開(kāi)關(guān)、儀表類(lèi)等)，在汽車(chē)內(nèi)飾設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用[4]。為了追求現(xiàn)代汽車(chē)內(nèi)飾設(shè)計(jì)的舒適性和美觀性，越來(lái)越多的汽車(chē)工程師在電子電器件終端設(shè)計(jì)時(shí)選擇了具有優(yōu)良的表面裝飾性、感官性能和機(jī)械性能的塑料鍍鉻(依次鍍銅、鎳后鍍鉻)裝飾工藝[5]。然而，塑料鍍鉻生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，工序繁多，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、模具、原材料等的設(shè)計(jì)要求敏感度高[6]。產(chǎn)品設(shè)計(jì)若不合理，如R角(又稱(chēng)倒圓角，即兩條相交直線相切的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓角)過(guò)小，不連續(xù)電鍍平面，不均勻壁厚，差異巨大的膨脹系數(shù)，過(guò)小的澆口，掛點(diǎn)不足等，容易導(dǎo)致鍍鉻生產(chǎn)中出現(xiàn)堆鍍、起殼、裂紋、脫落、縮痕、漏鍍等質(zhì)量缺陷和抱怨[7]。本文對(duì)市場(chǎng)上汽車(chē)中帶有鍍鉻裝飾的電子電器件進(jìn)行了梳理和總結(jié)，指出了鍍鉻設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題，旨在為電子電器件的鍍鉻設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

1 鍍鉻電子電器件的分類(lèi)

市場(chǎng)上汽車(chē)用電子電器零件可依據(jù)是否具有控制單元分為電器類(lèi)零件和電子類(lèi)零件。根據(jù)使用功能的不同，帶有鍍鉻裝飾的汽車(chē)電器類(lèi)零件可分為開(kāi)關(guān)類(lèi)、儀表類(lèi)、飾條類(lèi)和電子類(lèi)。開(kāi)關(guān)類(lèi)零件有大燈開(kāi)關(guān)、搖窗機(jī)開(kāi)關(guān)、一鍵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、電子手剎開(kāi)關(guān)、座椅調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)、中央集控開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)模塊、警告燈開(kāi)關(guān)、天窗調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)等。儀表類(lèi)零件主要是組合儀表。飾條類(lèi)零件主要有門(mén)板氛圍燈、儀表板氛圍燈等。電子類(lèi)零件有空調(diào)控制器、收音機(jī)面板等。

2 鍍鉻電子電器件的常見(jiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題

易對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響的常見(jiàn)設(shè)計(jì)有產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、掛具設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)等。不同的設(shè)計(jì)問(wèn)題在不同種類(lèi)的帶有鍍鉻裝飾的電子電器件中會(huì)造成不同的內(nèi)在質(zhì)量問(wèn)題，從而反映在以下質(zhì)量缺陷、抱怨或試驗(yàn)失效案例中。

2.1 開(kāi)關(guān)類(lèi)

如圖1a左黃色區(qū)域所示，一鍵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的R角過(guò)小(小于R0.3，R0.3代表倒圓角半徑為0.3 mm)，邊緣尖銳的過(guò)渡易出現(xiàn)注塑應(yīng)力的集中，在環(huán)境交變?cè)囼?yàn)(PV1200)后會(huì)出現(xiàn)鍍層起泡現(xiàn)象(見(jiàn)圖1a右中的方框區(qū)域)。如圖1b所示，若增大R角至0.3 mm以上，圓滑的過(guò)渡減輕了過(guò)渡圓角處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，相同試驗(yàn)條件下所得鍍層未出現(xiàn)起泡，且后續(xù)鍍層劃格附著力試驗(yàn)合格。

圖1 增大R角前后一鍵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的三維圖和PV1200試驗(yàn)后的照片F(xiàn)igure 1 Three-dimensional schematic diagram and photos after PV1200 test for auto-start button before and after enlarging of R angle

一鍵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的表面字符設(shè)計(jì)“START ENGINE STOP”須滿足透光要求。為了實(shí)現(xiàn)該功能，需對(duì)預(yù)鍍鎳后的素材件進(jìn)行鐳雕處理，以使字符處的化學(xué)鎳層被破壞而露出ABS基材，后續(xù)電鍍無(wú)法在對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行，從而很好地保留了基材的透光性。然而，在整車(chē)大氣曝曬試驗(yàn)(VW50180)中，字母“A”的“△”區(qū)域和字母“N”的“”區(qū)域出現(xiàn)鍍層大面積起殼，附著力完全喪失(如圖2a所示)。這是因?yàn)樽帜浮癆”中的封閉“△”區(qū)域完全破壞和割裂了鍍層的連續(xù)性，那么在開(kāi)關(guān)反復(fù)冷熱干濕循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中，有鍍層產(chǎn)生嚴(yán)重起殼甚至脫落的風(fēng)險(xiǎn)。另外，在實(shí)際使用過(guò)程中，外界施加的機(jī)械壓力以及手汗、化妝品、污漬等在字符凹槽中的堆積易侵蝕基材，也會(huì)對(duì)鍍層的附著力產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重時(shí)起殼脫落，甚至?xí)?dǎo)致其有割手感。若在設(shè)計(jì)字符的造型時(shí)，將字母“A”的“△”區(qū)域和字母“N”的“”區(qū)域的尖角“打斷”(如圖2b所示)，即在鐳雕時(shí)將字符尖角處雕刻成不連續(xù)的，則起殼現(xiàn)象可得到有效抑制。

圖2 更改字符設(shè)計(jì)前、后的一鍵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)示意圖和照片F(xiàn)igure 2 Schematic diagram and photos of auto-start button before and after modification of character design

如圖3所示，某車(chē)型EPB(電子駐車(chē)系統(tǒng))電子手剎開(kāi)關(guān)高溫存放試驗(yàn)(100 °C × 6 h，下同)后鍍鉻層表面出現(xiàn)低于周?chē)砻娴陌枷輩^(qū)域，即縮印。其產(chǎn)生的原因是1射PC模具表面預(yù)留凸起而產(chǎn)生注塑凹陷，致使背面2射ABS膠口位置的注塑壁厚不均，最終導(dǎo)致高溫存放試驗(yàn)后壁厚處的熱膨脹量不同。在將1射模具凸起修平后，素材的澆口位置被填平，2射ABS膠口位置的注塑壁厚均勻，高溫縮印即消失。此外，適當(dāng)增大R角至0.5 mm以上以及電鍍時(shí)增加陰極保護(hù)框來(lái)屏蔽棱邊和端部的部分電場(chǎng)，使電流密度均勻分布于整個(gè)鍍鉻飾條表面，棱邊和端部的堆鍍現(xiàn)象可得到有效改善[8]。

圖3 EPB電子手剎開(kāi)關(guān)模具改善前、后的三維圖Figure 3 Three-dimension schematic diagram of EPB electronic handbrake switch before and after mold modification

2.2 電子類(lèi)

空調(diào)控制器和收音機(jī)面板上的鍍鉻裝飾零件通常有細(xì)長(zhǎng)條類(lèi)和旋鈕類(lèi)兩種。旋鈕上常伴有嵌入式鍍鉻圈設(shè)計(jì)。如圖4中方框區(qū)域所示，某車(chē)型的空調(diào)控制器旋鈕在高溫存放試驗(yàn)后，鍍鉻裝飾圈出現(xiàn)裂紋。對(duì)于造型封閉的鍍鉻環(huán)(框)，當(dāng)其鑲嵌于兩部分散件(嵌入式鍍鉻圈)，如旋鈕外套和旋鈕帽之間時(shí)，材料本身的熱膨脹系數(shù)會(huì)對(duì)其受到的熱應(yīng)力產(chǎn)生重要影響。如外套和旋鈕帽的基材為PC，鍍鉻環(huán)的基材為ABS，其線膨脹系數(shù)分別為6.5 × 10-5K-1和9.0 × 10-5K-1。在高溫試驗(yàn)中，旋鈕帽和外套的膨脹量會(huì)小于鍍鉻環(huán)的膨脹量，鍍鉻環(huán)受到旋鈕帽的徑向壓應(yīng)力，產(chǎn)生開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。若將外套材料改為與ABS線膨脹系數(shù)接近的PA6(線膨脹系數(shù)約為10.0 × 10-5K-1)，則可有效降低因材料熱膨脹導(dǎo)致的開(kāi)裂失效。因此，在原材料設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量保證鍍鉻件、旋鈕外套和旋鈕帽的素材相同或相似，以避免鍍鉻件素材的膨脹系數(shù)與其裝配件的膨脹系數(shù)相差較大。因?yàn)榕蛎浵禂?shù)差異過(guò)大會(huì)使電鍍件在熱存放時(shí)受到裝配件產(chǎn)生的熱應(yīng)力，在裝配間隙不能滿足其熱影響形變的情況下，造型封閉的電鍍件無(wú)法釋放由形變帶來(lái)的熱應(yīng)力，再加上鍍鉻環(huán)(框)的造型在徑向上與裝配件相比，厚度薄且強(qiáng)度低，所以會(huì)產(chǎn)生很高的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。若原材料設(shè)計(jì)因故無(wú)法更改，則可考慮適當(dāng)增大裝配間隙。

圖4 高溫存放試驗(yàn)后的空調(diào)控制器旋鈕Figure 4 Knob of air conditioning controller after high-temperature storage test

2.3 儀表類(lèi)

儀表類(lèi)零件多數(shù)應(yīng)用非嵌入式鍍鉻圈設(shè)計(jì)。如圖5所示，某車(chē)型的組合儀表鍍鉻飾圈在耐高溫存放試驗(yàn)中出現(xiàn)鍍鉻層起殼的現(xiàn)象。進(jìn)一步觀察起殼處，發(fā)現(xiàn)背面有卡角，且該處為澆口位置。由于整個(gè)鍍鉻圈的表面造型設(shè)計(jì)相同，飾圈覆蓋在裝配凹槽之上(非嵌入式鍍鉻圈)，素材對(duì)電鍍件無(wú)熱擠壓力的作用，因此在鍍層厚度符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)是導(dǎo)致失效的主要原因。調(diào)整注塑工藝參數(shù)，如適當(dāng)降低注塑壓力和速率，增加烘烤工序，或適當(dāng)增大澆口，可在一定程度上降低澆口處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免起殼現(xiàn)象的出現(xiàn)。

圖5 高溫存放試驗(yàn)后的組合儀表鍍鉻飾圈Figure 5 Decorative chromium-electroplated ring of combination instrument after high-temperature storage test

2.4 飾條類(lèi)

某車(chē)型的氛圍燈飾條在環(huán)境交變?cè)囼?yàn)后產(chǎn)生端部鍍鉻起殼缺陷(見(jiàn)圖6方框區(qū)域)，失去附著力。對(duì)于此類(lèi)細(xì)長(zhǎng)零件，在設(shè)計(jì)掛具時(shí)，應(yīng)設(shè)置足夠的掛點(diǎn)數(shù)來(lái)保證產(chǎn)品的導(dǎo)電性。如圖6所示，長(zhǎng)度約為1 300 mm的鍍鉻長(zhǎng)條，當(dāng)掛點(diǎn)數(shù)(圖中圓圈處)從4個(gè)增加至6個(gè)時(shí)，可解決因?yàn)閷?dǎo)電不良而引起的鍍層附著力不足的問(wèn)題。此外，適當(dāng)延長(zhǎng)粗化時(shí)間和增加粗化次數(shù)可以在一定程度上改善鍍層的附著力。

圖6 鍍鉻長(zhǎng)飾條示意圖(左)和PV2005試驗(yàn)后的照片(右)Figure 6 Schematic diagram (left) of long chromium-electroplated bar and photo (right) of it after PV2005 test

3 各種帶有鍍鉻裝飾的汽車(chē)電器類(lèi)零件的設(shè)計(jì)建議

(1) 開(kāi)關(guān)類(lèi)零件：為保證良好的外觀，避免縮印產(chǎn)生，應(yīng)保證素材的壁厚均勻；為保證產(chǎn)品觸感，可適當(dāng)增大產(chǎn)品R角或在施鍍過(guò)程中增加保護(hù)框，減輕尖端堆鍍現(xiàn)象；為提高鍍層連續(xù)性和附著力，應(yīng)減少字符連續(xù)性對(duì)鍍鉻面的割裂作用。

(2) 電子類(lèi)零件：造型封閉的嵌入式鍍鉻圈應(yīng)選擇熱膨脹系數(shù)相近的匹配件，并預(yù)留裝配間隙，以減弱高溫膨脹形變產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)鍍鉻件的影響。

(3) 儀表類(lèi)零件：對(duì)于造型封閉的非嵌入式鍍鉻圈，可調(diào)整注塑參數(shù)和澆口大小，減輕澆口處的應(yīng)力集中。

(4) 飾條類(lèi)零件：細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品存在導(dǎo)電不良的可能，需要在掛具設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)增加掛點(diǎn)個(gè)數(shù)和粗化次數(shù)來(lái)保證其導(dǎo)電性和附著力。

4 結(jié)語(yǔ)

在塑料電鍍中，設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有著決定性作用。復(fù)雜的造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然滿足了用戶對(duì)車(chē)內(nèi)飾美觀性的強(qiáng)烈需求，但往往意味著有潛在的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。在原料成本增加和汽車(chē)整車(chē)價(jià)格戰(zhàn)的雙重壓力下，如何在設(shè)計(jì)源頭防范后期生產(chǎn)可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，創(chuàng)造滿足質(zhì)量要求的最優(yōu)設(shè)計(jì)，成為控制質(zhì)量和成本，實(shí)現(xiàn)電鍍廠、整車(chē)廠降本增效的關(guān)鍵。此外，隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)量的增加，帶有鍍鉻裝飾的電子電器件將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。為此，原材料廠、模具廠、電鍍廠和整車(chē)廠的設(shè)計(jì)和質(zhì)量部門(mén)應(yīng)共同參與到提升鍍鉻電子電器件設(shè)計(jì)和質(zhì)量的整個(gè)過(guò)程。作為整車(chē)廠，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，建議提供一個(gè)供應(yīng)商技術(shù)部門(mén)對(duì)零部件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的平臺(tái)。因?yàn)樵诋a(chǎn)品造型設(shè)計(jì)凍結(jié)后，任何設(shè)計(jì)更改(包括模具設(shè)計(jì)和原材料設(shè)計(jì)的更改)都會(huì)增加成本，且無(wú)法從根源上解決設(shè)計(jì)帶來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題。作為電鍍廠，應(yīng)根據(jù)自身專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力，量力而行地承接項(xiàng)目，對(duì)于前期和批量質(zhì)量生產(chǎn)控制有風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)，或?qū)τ谝蛟O(shè)計(jì)而導(dǎo)致的合格率過(guò)低的情況，應(yīng)及時(shí)通知客戶，做到早發(fā)現(xiàn)、早溝通、早整改。

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Discussion on chromium electroplating design of automotive electronic and electrical parts

YAN Ping

The types of present electronic and electrical parts in automobiles decorated by chromium electroplating are summarized.The effect of design of product structure, mold and material on the performance of chromium-electroplated automotive electronic and electrical parts was discussed.Some corresponding suggestions were given.

automotive interior; electronic and electrical appliance; model design; chromium electroplating; injection;racking

TQ153.11

B

1004 - 227X (2017) 20 - 1095 - 04

10.19289/j.1004-227x.2017.20.006

Author’s address: Laboratory of Quality Assurance, SAIC Volkswagen Co., Ltd., Shanghai 201805, China

2017-08-14

2017-09-26

燕平（1989-），男，山東淄博人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)槠?chē)零部件表面處理和汽車(chē)防腐。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) yanping@csvw.com。

[ 編輯：周新莉 ]