吳文倩，孟召輝

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汽車注塑類材料力學(xué)性能取樣技術(shù)研究

吳文倩1，孟召輝2

（1.北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300；2.北京新能源汽車股份有限公司工程研究院，北京 101300）

力學(xué)性能作為塑料重要的性能之一，其測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性主要受外界因素（制樣方式、拉伸速度等）影響較大。文章主要研究了零件取樣樣條與標(biāo)準(zhǔn)樣條的力學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)性以及制樣方法對(duì)零件力學(xué)性能的影響。從門護(hù)板、儀表板上進(jìn)行零件取樣與材料標(biāo)準(zhǔn)樣條的拉伸性能、彎曲性能及沖擊性能數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。對(duì)兩者之間的關(guān)聯(lián)性以及機(jī)械制樣與手工制樣對(duì)零件力學(xué)性能的影響進(jìn)行了分析，為建立產(chǎn)品檢測(cè)規(guī)范奠定基礎(chǔ)。

零件取樣；力學(xué)性能；門護(hù)板；儀表板

前言

力學(xué)性能作為塑料重要的性能之一，其測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性主要受兩類因素的影響[1]，一是內(nèi)在因素，指塑料本身的分子量大小及分布、結(jié)晶度及內(nèi)部缺陷的多少等；二是外在因素，如制樣方式及方法等[2]。在確定了一種材料后，影響其測(cè)試數(shù)據(jù)的主要是外在因素[3]。為全面分析影響零件取樣試驗(yàn)結(jié)果的因素并建立零件取樣與材料試驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性，本文主要開展了五種零件取樣測(cè)試的拉伸、彎曲及沖擊性能與標(biāo)準(zhǔn)樣條的各項(xiàng)力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)性研究。即在五種零件的不同位置上，分別制取拉伸性能、彎曲性能及沖擊性能的試驗(yàn)樣條，與對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)樣條的拉伸、彎曲、沖擊性能進(jìn)行比對(duì)。同時(shí)也研究了五種零件的機(jī)械制樣與手工制樣方式對(duì)各項(xiàng)力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣件選擇

選取五種零件的標(biāo)準(zhǔn)樣條及樣件，分別為門護(hù)板本體（兩種顏色）、儀表板上本體及下本體以及后背門護(hù)板的標(biāo)準(zhǔn)樣條及樣件。此五種零件的樣件及材料見表1，依次表示為1#樣件、2#樣件、3#樣件、4#樣件和5#樣件。

表1 五種樣件及相應(yīng)材料信息

1.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及主要設(shè)備

1.2.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

拉伸強(qiáng)度、屈服伸長(zhǎng)率：DIN EN ISO 527-2：1996，試驗(yàn)速度：50mm/min，5A型樣條，標(biāo)距20mm；

彎曲強(qiáng)度、彎曲模量：DIN EN ISO 178：2006，試驗(yàn)速度：2mm/min，跨度：40mm，樣條尺寸為80 mm×10 mm×d（樣件厚度）；

沖擊強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度：DIN EN ISO179-1：2006，擺錘4J，跨度：40mm，沖擊速度：2.9m/s，樣條尺寸為50 mm×6 mm×d（樣件厚度）。

1.2.2 主要設(shè)備

高溫靜態(tài)剪切試驗(yàn)機(jī)：CMT4204，美特斯中國(guó)有限公司生產(chǎn)；

高低溫組合式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)：HIT 25P，Zwick。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣條與零件取樣力學(xué)性能關(guān)聯(lián)性分析

為研究注塑標(biāo)準(zhǔn)樣條與對(duì)應(yīng)零件取樣樣條各項(xiàng)力學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)性，建立零件取樣檢測(cè)規(guī)范，本文開展了標(biāo)準(zhǔn)樣條與零件取樣樣條的拉伸性能、彎曲性能、沖擊性能試驗(yàn)研究。

2.1.1 拉伸性能關(guān)聯(lián)性分析

拉伸性能測(cè)試了拉伸強(qiáng)度和屈服伸長(zhǎng)率兩項(xiàng)。表1為拉伸性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖1、圖2分別為各零件標(biāo)準(zhǔn)樣條與不同位置取樣樣條的拉伸強(qiáng)度和屈服伸長(zhǎng)率的對(duì)比曲線，其中橫坐標(biāo)前五個(gè)點(diǎn)為每根樣條的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，第六個(gè)點(diǎn)是前五個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。表中的“不同位置”表示在零件不同位置取樣時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)。

從圖1可以看出，1#、2#、3#、4#標(biāo)準(zhǔn)樣條每根測(cè)試的拉伸強(qiáng)度均稍高于零件取樣測(cè)試出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最大偏差為5MPa，5#試樣測(cè)試的拉伸強(qiáng)度與零件取樣的試驗(yàn)結(jié)果相互交叉，最大偏差為3MPa，但最后平均值基本相同。這可能是由于拉伸標(biāo)準(zhǔn)樣條注塑過程中是一個(gè)澆口，取向一致，即料流方向與拉伸方一致，因此樣條在取向方向上的強(qiáng)度較高。而內(nèi)飾件，如門護(hù)板、儀表板等由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般至少有三個(gè)澆口，所制取的樣條取向不一致，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度稍偏低。

從上圖還可看出，1#、2#、3#、4#、5#零件的三個(gè)位置取樣測(cè)試的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致，偏差很小，說明門護(hù)板同一零件不同位置取樣力學(xué)性能是基本一致的。由于3#、4#分別為儀表板的上本體和下本體，這也說明對(duì)于儀表板總成，同一零件任一位置材料的力學(xué)性能是基本相同，均能代表儀表板使用狀態(tài)下所用材料性能。

表2 拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果

表3 彎曲性能試驗(yàn)結(jié)果

圖2 為五個(gè)零件標(biāo)準(zhǔn)樣條與零件取樣不同位置屈服伸長(zhǎng)率試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比曲線。從曲線可知，標(biāo)準(zhǔn)樣條的屈服伸長(zhǎng)率總體高于零件取樣，數(shù)據(jù)波動(dòng)性和離散性較大，偏差范圍在（0～4）%，與拉伸強(qiáng)度的趨勢(shì)基本一致，這是由于標(biāo)準(zhǔn)樣條與零件取樣成型過程中材料的取向不一樣導(dǎo)致的。

綜上，標(biāo)準(zhǔn)樣條的拉伸強(qiáng)度、屈服伸長(zhǎng)率優(yōu)于零件取樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)。同一零件上不同位置的拉伸性能接近，都可以體現(xiàn)零件的使用性能。

2.1.2 彎曲性能關(guān)聯(lián)性分析

為全面研究標(biāo)準(zhǔn)樣條與零件取樣彎曲性能的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)行了彎曲強(qiáng)度和彎曲模量的測(cè)試。表2為彎曲性能測(cè)試數(shù)據(jù)。圖3、圖4分別為各零件標(biāo)準(zhǔn)樣條與零件不同位置取樣樣條的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量的對(duì)比曲線，其中橫坐標(biāo)前五個(gè)點(diǎn)為每根樣條的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，第六個(gè)點(diǎn)是前五個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。

圖3 五種零件標(biāo)準(zhǔn)樣條及不同位置取樣的彎曲強(qiáng)度

圖4 五種零件標(biāo)準(zhǔn)樣條及不同位置取樣的彎曲模量

從圖3、圖4可以看出，1#、2#、3#、4#、5#標(biāo)準(zhǔn)樣條的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量各數(shù)據(jù)與零件取樣的相互交叉，有的高、有的低，還有的重合。這就說明標(biāo)準(zhǔn)樣條彎曲性能與零件取樣的數(shù)據(jù)一致性較好。彎曲強(qiáng)度每根數(shù)據(jù)偏差范圍在（0～5）MPa，彎曲模量每根數(shù)據(jù)偏差范圍在（0～1100）MPa，由于彎曲模量是材料應(yīng)變?cè)冢?.0005～0.0025）之間，應(yīng)力與應(yīng)變的比值，這微小的應(yīng)變受樣條的狀態(tài)、設(shè)備精度等因素影響很大，所以可能會(huì)出現(xiàn)個(gè)別數(shù)值異常，出現(xiàn)較大偏差，在實(shí)際操作過程中可以通過取舍進(jìn)行控制。

觀察標(biāo)準(zhǔn)樣條彎曲強(qiáng)度平均值與零件取樣平均值偏差（2～5）MPa，標(biāo)準(zhǔn)樣條彎曲模量平均值與零件取樣平均值偏差（30～454）MPa，說明標(biāo)準(zhǔn)樣條與零件取樣數(shù)據(jù)差別相對(duì)較小。不同位置取樣對(duì)彎曲強(qiáng)度和彎曲模量影響均較大，且數(shù)據(jù)沒有規(guī)律性。

2.1.3 沖擊性能關(guān)聯(lián)性分析

表4 沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

為全面研究標(biāo)準(zhǔn)樣條沖擊性能與零件取樣沖擊性能的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)進(jìn)行了缺口沖擊強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)試。

表3為缺口沖擊強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖5、圖6分別為各零件標(biāo)準(zhǔn)樣條與不同位置取樣樣條的缺口沖擊強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的對(duì)比曲線，其中橫坐標(biāo)前五個(gè)點(diǎn)為每根樣條的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，第六個(gè)點(diǎn)是前五個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。

圖5 五種零件標(biāo)準(zhǔn)樣條及不同位置取樣的缺口沖擊強(qiáng)度

圖6 五種零件標(biāo)準(zhǔn)樣條及不同位置取樣的沖擊強(qiáng)度

從圖5可以看出，標(biāo)準(zhǔn)樣條的缺口沖擊強(qiáng)度明顯低于零件取樣測(cè)試的數(shù)據(jù)，且波動(dòng)較大，平均值偏差在（5～15）kJ/m2。這可能是由于標(biāo)準(zhǔn)樣條的尺寸、澆口規(guī)格較零件取樣的更符合標(biāo)準(zhǔn)要求導(dǎo)致。如標(biāo)準(zhǔn)樣條的厚度一般為4mm左右，缺口是注塑成型，而零件取樣的厚度一般在2.5mm左右，缺口是機(jī)加工的，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果有一定的偏差。不同位置的缺口沖擊強(qiáng)度差別不大。

從圖6中可以看出，沖擊強(qiáng)度數(shù)據(jù)顯示，標(biāo)準(zhǔn)樣條的沖擊強(qiáng)度明顯高于零件取樣樣條的沖擊強(qiáng)度，且兩組數(shù)據(jù)分散性小，數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。綜上所述，零件取樣缺口沖擊強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)樣條，沖擊強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)樣條。不同位置取樣的沖擊性能差別不大。

2.2 制樣方法對(duì)零件材料性能的影響

為研究制樣方法對(duì)零件性能的影響，開展了機(jī)械制樣與手工制樣比對(duì)試驗(yàn)。表4為采用兩種不同制樣方法得到的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，圖7為手工制樣機(jī)及機(jī)械制樣機(jī)圖片。圖8為五種零件取樣不同制樣方式測(cè)試的各項(xiàng)力學(xué)性能數(shù)據(jù)對(duì)比。

表5 不同制樣方法試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖8 五種零件取樣不同制樣方式的各項(xiàng)力學(xué)性能

觀察圖8中各零件不同取樣方法測(cè)試的拉伸強(qiáng)度可以看出，除5#零件偏差超過5MPa外，其余零件的偏差均在5MPa內(nèi)，屈服伸長(zhǎng)率偏差都在1%之內(nèi)，這說明兩種制樣方法對(duì)材料拉伸性能影響不大。

同時(shí)，觀察圖8中的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、缺口沖擊強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不同制樣方法測(cè)試出的彎曲強(qiáng)度的偏差在（0～1）MPa之內(nèi)，彎曲模量的偏差在（0～161）MPa之內(nèi)，缺口沖擊強(qiáng)度的偏差在（0～7）kJ/m2，沖擊強(qiáng)度的偏差在（0～4）kJ/m2。缺口沖擊強(qiáng)度的偏差比較大，主要是由于2#試樣的偏差較大導(dǎo)致，但總體缺口沖擊強(qiáng)度偏差較小。將這幾個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)試結(jié)果與現(xiàn)有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求值進(jìn)行比較，其均滿足現(xiàn)有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求值，且與要求值偏差不大。由此可知，兩種制樣方法對(duì)材料的彎曲性能及沖擊性能影響很小。

3 結(jié)論

（1）標(biāo)準(zhǔn)樣條拉伸性能（拉伸強(qiáng)度、屈服伸長(zhǎng)率）稍優(yōu)于零件取樣，不同位置拉伸性能數(shù)據(jù)偏差不大；標(biāo)準(zhǔn)樣條彎曲性能（彎曲強(qiáng)度、彎曲模量）接近于零件取樣，同一零件不同位置彎曲性能差別較大；標(biāo)準(zhǔn)樣條的缺口沖擊強(qiáng)度明顯低于零件取樣測(cè)試值，而沖擊強(qiáng)度卻明顯高于零件取樣測(cè)試的數(shù)據(jù)，不同位置取樣對(duì)沖擊性能影響不大。

（2）制樣方法對(duì)零件取樣材料的拉伸性能（拉伸強(qiáng)度、屈服伸長(zhǎng)率）、彎曲性能（彎曲強(qiáng)度、彎曲模量）及沖擊性能（缺口沖擊強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度）影響較小。在取樣過程中，采用手工制樣和機(jī)械制樣均可。

[1] 曾力.拉伸試驗(yàn)速率對(duì)低碳鋼力學(xué)性能的影響[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè), 2007, 43(1): 6-8.

[2] 葉秀嬌.影響聚苯乙烯制品力學(xué)性能測(cè)試因素的探討[J].工程塑料應(yīng)用, 2002, 30(6): 33-36.

[3] 孫斌.拉伸速度和制樣方式對(duì)聚苯乙烯和聚丙烯拉伸性能的影響[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2010,46(5): 282-283, 331.

Effect of samples preparation methods on the mechanical properties of plasticmaterials in automobile

Wu Wenqian1, Meng Zhaohui2

( 1.Beijing Automotive Technology Center, BAIC MOTOR Co., Ltd, Beijing 101300;2.Beijing New Energy Automobile Co., Ltd. Engineering Research Institute, Beijing 101300 )

As one of the most important properties of plastics, the authenticity and accuracy of the test results of are mainly affected by external factors (preparation of test specimens, tensile rates, etc.) In this work, we’ve studied the correlation of mechanical properties between the standard samples and samples from the automobile parts, such as door panels and instrument panels. The tensile, bending, and impact strength of samples prepared from different ways are compared.

Part sampling; Mechanical properties; Door guard; The dashboard

U465

A

1671-7988(2018)21-254-05

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吳文倩，女，碩士，現(xiàn)就職于北京汽車股份有限公司汽車研究院，任職非金屬材料工程師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.087