座椅發泡產品舒適性質量控制研究

黃瑋

(上汽大眾汽車有限公司,上海 201805)

0 引 言

隨著市場客戶需求和內部評價對座椅的要求逐漸提高,上汽大眾對座椅產品的要求也不再局限于功能和外觀質量,對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和動態兩類。其中靜態舒適性一般是指在沒有振動的情況下,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;動態舒適性是指在振動的情況下,座椅給人的舒適感,和經由座椅傳遞給駕駛員的振動有關。在外觀造型設計狀態一定的情況下,座椅的泡沫材料特性成為影響舒適性能的最大因素。經過大眾集團的研究,發現座椅發泡產品的滯后損失,阻尼特性值(DKW),彈性變形(FW)等特性對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,對這些特性的影響因素進行了研究,并在批量控制發泡產品時加以應用。

1 滯后損失的影響因素研究

滯后損失項目是目前VW針對座椅發泡的新要求,該要求一般認為與座椅的舒適性相關。

該指標可以這樣進行理解:泡沫在壓縮過程中,產生變形,壓力消除后,由于其彈性,泡沫恢復原狀,在此過程中克服泡沫內部摩擦力而產生能量損失,這種損失稱為滯后損失。

相關實驗表明,滯后損失越高,發泡的壓縮變形和動態疲勞后的硬度損失越大,發泡的耐疲勞性能越差。但是如果滯后損失過低,發泡的吸能效果相對較差,無法緩沖汽車行駛中的震動,從而產生不舒適的乘用體驗。

測試時,采用泡沫的加載和卸載變形曲線來進行測量,如圖1所示,其中加載曲線下的面積即加載時的功W1,卸載曲線下的面積即卸載時的功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方法進行測試時,壓陷變形量為60%。即壓到發泡變形量為60%時,停止加載。

圖1 測試加載和卸載變形曲線

針對發泡滯后損失的影響因素,分別從測試方法、樣塊尺寸、壓陷變形量、壓頭尺寸、泡沫密度、泡沫硬度、工藝參數和發泡體系等方面進行了分析。

1.1 樣塊尺寸對滯后損失測試數據的影響

根據PV3427要求,發泡產品測試滯后損失項目時需要將發泡切割成一定尺寸的樣塊,然后安排標準程序進行測試。由于發泡產品的造型厚度會不一致,取樣時可能會出現樣塊的尺寸不標準。該實驗主要用于驗證樣塊的尺寸大小等因素是否會對滯后損失的測試結果產生影響,以用于分析最終的數據。

采用標準樣塊,按照尺寸、發泡上升、是否帶表皮,這幾個因素進行泡沫樣塊的切割,然后按照統一的程序進行測試,從測試數據看,樣塊切割的大小、方向、是否帶有表皮對最終數據結果沒有影響。

1.2 測試壓頭對滯后損失測試數據的影響

分別采用100 mm,、200 mm以及假臀壓頭進行測量滯后損失,對該數據收集分析,可以發現,不同壓頭對測試數據沒有影響,也可以說明滯后損失項目是泡沫的一種特性,與具體的測試壓頭大小無關。

1.3 壓陷變形量對滯后損失測試數據的影響

根據PV3427,其壓陷變形為60%,而美國ASTM D 3574方法壓陷變形量為75%。根據采集的數據,滯后損失測試結果與壓陷變形量有相關性,壓陷量越大,滯后損失測試數據越大。該結果也可以從其定義上進行解釋,即壓陷量越大,其能量損失也就越大。

表3 壓陷量對滯后損失的影響

1.4 發泡密度對滯后損失結果的影響

作為發泡特性的一個重要參數,發泡密度是否會對發泡的滯后損失產生影響,以及如何影響滯后損失數據,顯得比較重要。針對不同發泡體系,經過試驗設計,采集不同密度樣品,進行測試滯后損失測試,基本可以得出如下的關系:在一定區間內,隨著發泡密度的增加,發泡的滯后損失數值越來越小。圖2列舉了其中一種發泡體系的測試數據,從圖中可以看出發泡密度與滯后損失之間的相關性。

圖2 發泡密度與滯后損失相關性

1.5 發泡硬度對滯后損失結果的影響

在發泡設計開發中,發泡硬度作為關鍵特性,其取值高低對滯后損失是否有影響,以及如何影響,對滯后數據的分析具有較重要的指導意義。固定產品,在保持密度的情況下,試制不同密度梯度的產品,然后按照同樣方法測試滯后損失,從圖3可以看出,在密度不變的情況下,隨著發泡硬度增加,發泡的滯后損失數據隨之變大。

2 DKW/FW影響因素分析

VW發泡產品在開發時,其舒適性評估的一個重要指標是評估發泡產品的阻尼特性值DKW,彈性變形值FW數據,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時的路程差, 阻尼特性值(DKW)是壓入行程320 N與回程320 N時的路程差,如圖4所示。

圖4 發泡測量曲線圖

圖5 舒適特性值DKW+FW與發泡硬度關系

針對DKW/FW的影響因素,主要從2個方面進行研究分析,其中一個方面為發泡硬度,一個為發泡厚度。

2.1 發泡硬度影響

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

2.2 發泡厚度影響

由于不同發泡其發泡厚度可能會有差異,不同的發泡厚度可能會導致發泡的DKW/FW數值不同。為了了解發泡厚度的影響,采用了標準的樣塊模具,試制不同發泡硬度的樣塊,樣塊尺寸為380 m×380 mm×100 mm;對于同一硬度的樣塊,進行切割,得到厚度分別為60 mm、70 mm、80 mm、90 mm和100 mm的樣塊,然后測試DKW、FW數據,得到如圖6。從圖7中可以看出,對于同一硬度的樣塊,隨著發泡厚度的增加,發泡的DKW、FW數值隨之增加。

圖6 發泡厚度與DKW關系

圖7 發泡厚度與FW關系

從上述結果可以得出如下的結論:阻尼特性和彈性變形DKW/FW作為產品的特性,其數值的大小與發泡產品的硬度,發泡產品的厚度有關系,并有很強的正相關性。在前期設計定義該數據時就可以同設計部門共同參考發泡的硬度以及產品厚度,為批量控制發泡阻尼特性以及彈性變形奠定好基礎。

3 總 結

為了研究和改善座椅發泡的舒適性,經過試驗設計,收集大量的數據進行分析,有針對性地分析了發泡舒適性相關特性的影響因素,得到了如下結論:

(1)樣塊尺寸和壓頭尺寸對滯后損失無影響;

(2)測試時的壓陷變形量對滯后損失有影響;

(3)發泡密度和發泡滯后損失呈現負相關,隨著發泡密度的增加,發泡滯后損失會減少;

(4)發泡硬度與發泡滯后損失呈現正相關,隨著發泡硬度的增加,發泡滯后損失也會增加;

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

(6)對于同一硬度的樣塊,隨著發泡厚度的增加,發泡的DKW、FW數值隨之增加。

經過對一系列參數的研究,得出了一些結論。這些結論為批量生產中可能遇到的發泡滯后損失、DKW/FW等相關問題提供了解決方向。同時,這些結論也為生產質量控制提供了指導。此外,這些研究還為座椅舒適性評估和設計提供了數據支持。