座椅發(fā)泡產(chǎn)品舒適性質(zhì)量控制研究

黃瑋

(上汽大眾汽車有限公司,上海 201805)

0 引 言

隨著市場(chǎng)客戶需求和內(nèi)部評(píng)價(jià)對(duì)座椅的要求逐漸提高,上汽大眾對(duì)座椅產(chǎn)品的要求也不再局限于功能和外觀質(zhì)量,對(duì)座椅的舒適性能提出了更高層次的要求。

座椅舒適性可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類。其中靜態(tài)舒適性一般是指在沒(méi)有振動(dòng)的情況下,座椅給人的舒適感,考慮的影響因素主要是座椅的外形、幾何尺寸和泡沫材料等屬性;動(dòng)態(tài)舒適性是指在振動(dòng)的情況下,座椅給人的舒適感,和經(jīng)由座椅傳遞給駕駛員的振動(dòng)有關(guān)。在外觀造型設(shè)計(jì)狀態(tài)一定的情況下,座椅的泡沫材料特性成為影響舒適性能的最大因素。經(jīng)過(guò)大眾集團(tuán)的研究,發(fā)現(xiàn)座椅發(fā)泡產(chǎn)品的滯后損失,阻尼特性值(DKW),彈性變形(FW)等特性對(duì)于整椅的舒適性起到了很重要的作用。為了提高座椅的舒適性和最終用戶的客戶滿意度,對(duì)這些特性的影響因素進(jìn)行了研究,并在批量控制發(fā)泡產(chǎn)品時(shí)加以應(yīng)用。

1 滯后損失的影響因素研究

滯后損失項(xiàng)目是目前VW針對(duì)座椅發(fā)泡的新要求,該要求一般認(rèn)為與座椅的舒適性相關(guān)。

該指標(biāo)可以這樣進(jìn)行理解:泡沫在壓縮過(guò)程中,產(chǎn)生變形,壓力消除后,由于其彈性,泡沫恢復(fù)原狀,在此過(guò)程中克服泡沫內(nèi)部摩擦力而產(chǎn)生能量損失,這種損失稱為滯后損失。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,滯后損失越高,發(fā)泡的壓縮變形和動(dòng)態(tài)疲勞后的硬度損失越大,發(fā)泡的耐疲勞性能越差。但是如果滯后損失過(guò)低,發(fā)泡的吸能效果相對(duì)較差,無(wú)法緩沖汽車行駛中的震動(dòng),從而產(chǎn)生不舒適的乘用體驗(yàn)。

測(cè)試時(shí),采用泡沫的加載和卸載變形曲線來(lái)進(jìn)行測(cè)量,如圖1所示,其中加載曲線下的面積即加載時(shí)的功W1,卸載曲線下的面積即卸載時(shí)的功W2,兩者的差值即泡沫的能量損失的功W,其中W/W1×100%,定義為滯后損失,以百分比表示。目前VW按照PV3427方法進(jìn)行測(cè)試時(shí),壓陷變形量為60%。即壓到發(fā)泡變形量為60%時(shí),停止加載。

圖1 測(cè)試加載和卸載變形曲線

針對(duì)發(fā)泡滯后損失的影響因素,分別從測(cè)試方法、樣塊尺寸、壓陷變形量、壓頭尺寸、泡沫密度、泡沫硬度、工藝參數(shù)和發(fā)泡體系等方面進(jìn)行了分析。

1.1 樣塊尺寸對(duì)滯后損失測(cè)試數(shù)據(jù)的影響

根據(jù)PV3427要求,發(fā)泡產(chǎn)品測(cè)試滯后損失項(xiàng)目時(shí)需要將發(fā)泡切割成一定尺寸的樣塊,然后安排標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行測(cè)試。由于發(fā)泡產(chǎn)品的造型厚度會(huì)不一致,取樣時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)樣塊的尺寸不標(biāo)準(zhǔn)。該實(shí)驗(yàn)主要用于驗(yàn)證樣塊的尺寸大小等因素是否會(huì)對(duì)滯后損失的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響,以用于分析最終的數(shù)據(jù)。

采用標(biāo)準(zhǔn)樣塊,按照尺寸、發(fā)泡上升、是否帶表皮,這幾個(gè)因素進(jìn)行泡沫樣塊的切割,然后按照統(tǒng)一的程序進(jìn)行測(cè)試,從測(cè)試數(shù)據(jù)看,樣塊切割的大小、方向、是否帶有表皮對(duì)最終數(shù)據(jù)結(jié)果沒(méi)有影響。

1.2 測(cè)試壓頭對(duì)滯后損失測(cè)試數(shù)據(jù)的影響

分別采用100 mm,、200 mm以及假臀壓頭進(jìn)行測(cè)量滯后損失,對(duì)該數(shù)據(jù)收集分析,可以發(fā)現(xiàn),不同壓頭對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)沒(méi)有影響,也可以說(shuō)明滯后損失項(xiàng)目是泡沫的一種特性,與具體的測(cè)試壓頭大小無(wú)關(guān)。

1.3 壓陷變形量對(duì)滯后損失測(cè)試數(shù)據(jù)的影響

根據(jù)PV3427,其壓陷變形為60%,而美國(guó)ASTM D 3574方法壓陷變形量為75%。根據(jù)采集的數(shù)據(jù),滯后損失測(cè)試結(jié)果與壓陷變形量有相關(guān)性,壓陷量越大,滯后損失測(cè)試數(shù)據(jù)越大。該結(jié)果也可以從其定義上進(jìn)行解釋,即壓陷量越大,其能量損失也就越大。

表3 壓陷量對(duì)滯后損失的影響

1.4 發(fā)泡密度對(duì)滯后損失結(jié)果的影響

作為發(fā)泡特性的一個(gè)重要參數(shù),發(fā)泡密度是否會(huì)對(duì)發(fā)泡的滯后損失產(chǎn)生影響,以及如何影響滯后損失數(shù)據(jù),顯得比較重要。針對(duì)不同發(fā)泡體系,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì),采集不同密度樣品,進(jìn)行測(cè)試滯后損失測(cè)試,基本可以得出如下的關(guān)系:在一定區(qū)間內(nèi),隨著發(fā)泡密度的增加,發(fā)泡的滯后損失數(shù)值越來(lái)越小。圖2列舉了其中一種發(fā)泡體系的測(cè)試數(shù)據(jù),從圖中可以看出發(fā)泡密度與滯后損失之間的相關(guān)性。

圖2 發(fā)泡密度與滯后損失相關(guān)性

1.5 發(fā)泡硬度對(duì)滯后損失結(jié)果的影響

在發(fā)泡設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中,發(fā)泡硬度作為關(guān)鍵特性,其取值高低對(duì)滯后損失是否有影響,以及如何影響,對(duì)滯后數(shù)據(jù)的分析具有較重要的指導(dǎo)意義。固定產(chǎn)品,在保持密度的情況下,試制不同密度梯度的產(chǎn)品,然后按照同樣方法測(cè)試滯后損失,從圖3可以看出,在密度不變的情況下,隨著發(fā)泡硬度增加,發(fā)泡的滯后損失數(shù)據(jù)隨之變大。

2 DKW/FW影響因素分析

VW發(fā)泡產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)時(shí),其舒適性評(píng)估的一個(gè)重要指標(biāo)是評(píng)估發(fā)泡產(chǎn)品的阻尼特性值DKW,彈性變形值FW數(shù)據(jù),要求兩者相加大于10 mm,且要求FW大于DKW。彈性變形(FW)是回程480 N與回程320 N時(shí)的路程差, 阻尼特性值(DKW)是壓入行程320 N與回程320 N時(shí)的路程差,如圖4所示。

圖4 發(fā)泡測(cè)量曲線圖

圖5 舒適特性值DKW+FW與發(fā)泡硬度關(guān)系

針對(duì)DKW/FW的影響因素,主要從2個(gè)方面進(jìn)行研究分析,其中一個(gè)方面為發(fā)泡硬度,一個(gè)為發(fā)泡厚度。

2.1 發(fā)泡硬度影響

發(fā)泡硬度與DKW/FW一樣,為產(chǎn)品特性,由于不同產(chǎn)品在定義發(fā)泡硬度時(shí)可能會(huì)有變化,該變化可能會(huì)導(dǎo)致DKW/FW的變化。為了了解發(fā)泡硬度如何影響DKW/FW,采用相同的模具,保持發(fā)泡密度不變,改變發(fā)泡硬度,測(cè)試發(fā)泡的DKW/FW數(shù)值,從以下圖表可以看出,隨著發(fā)泡頂端硬度(CFD)的增加,發(fā)泡的阻尼特性值DKW、彈性變形FW、以及舒適特性值DKW+FW隨之增加。

2.2 發(fā)泡厚度影響

由于不同發(fā)泡其發(fā)泡厚度可能會(huì)有差異,不同的發(fā)泡厚度可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)泡的DKW/FW數(shù)值不同。為了了解發(fā)泡厚度的影響,采用了標(biāo)準(zhǔn)的樣塊模具,試制不同發(fā)泡硬度的樣塊,樣塊尺寸為380 m×380 mm×100 mm;對(duì)于同一硬度的樣塊,進(jìn)行切割,得到厚度分別為60 mm、70 mm、80 mm、90 mm和100 mm的樣塊,然后測(cè)試DKW、FW數(shù)據(jù),得到如圖6。從圖7中可以看出,對(duì)于同一硬度的樣塊,隨著發(fā)泡厚度的增加,發(fā)泡的DKW、FW數(shù)值隨之增加。

圖6 發(fā)泡厚度與DKW關(guān)系

圖7 發(fā)泡厚度與FW關(guān)系

從上述結(jié)果可以得出如下的結(jié)論:阻尼特性和彈性變形DKW/FW作為產(chǎn)品的特性,其數(shù)值的大小與發(fā)泡產(chǎn)品的硬度,發(fā)泡產(chǎn)品的厚度有關(guān)系,并有很強(qiáng)的正相關(guān)性。在前期設(shè)計(jì)定義該數(shù)據(jù)時(shí)就可以同設(shè)計(jì)部門(mén)共同參考發(fā)泡的硬度以及產(chǎn)品厚度,為批量控制發(fā)泡阻尼特性以及彈性變形奠定好基礎(chǔ)。

3 總 結(jié)

為了研究和改善座椅發(fā)泡的舒適性,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì),收集大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,有針對(duì)性地分析了發(fā)泡舒適性相關(guān)特性的影響因素,得到了如下結(jié)論:

(1)樣塊尺寸和壓頭尺寸對(duì)滯后損失無(wú)影響;

(2)測(cè)試時(shí)的壓陷變形量對(duì)滯后損失有影響;

(3)發(fā)泡密度和發(fā)泡滯后損失呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),隨著發(fā)泡密度的增加,發(fā)泡滯后損失會(huì)減少;

(4)發(fā)泡硬度與發(fā)泡滯后損失呈現(xiàn)正相關(guān),隨著發(fā)泡硬度的增加,發(fā)泡滯后損失也會(huì)增加;

(5)隨著發(fā)泡硬度的增加,發(fā)泡的阻尼特性值DKW、彈性性變形FW、以及舒適特性值DKW+FW隨之增加;

(6)對(duì)于同一硬度的樣塊,隨著發(fā)泡厚度的增加,發(fā)泡的DKW、FW數(shù)值隨之增加。

經(jīng)過(guò)對(duì)一系列參數(shù)的研究,得出了一些結(jié)論。這些結(jié)論為批量生產(chǎn)中可能遇到的發(fā)泡滯后損失、DKW/FW等相關(guān)問(wèn)題提供了解決方向。同時(shí),這些結(jié)論也為生產(chǎn)質(zhì)量控制提供了指導(dǎo)。此外,這些研究還為座椅舒適性評(píng)估和設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支持。