‌智能电动牙刷手柄装配开裂质量改善探讨

摘 要：随着“口腔健康”理念在全球被广泛关注及重视，电动牙刷作为高效、便捷的口腔清洁工具，备受消费者青睐；同时伴随着国民收入的增加和生活水平的提高，国内电动牙刷市场呈现出强劲的增长势头。为提高手柄外观质感，手柄注塑成型后，对喷涂表面处理提出了更多复杂工艺处理的要求；手柄易受注塑及喷涂工艺的影响，在机芯装入手柄的装配过程及市场消费者使用时，均出现了手柄轻微开裂的情况，手柄开裂问题不仅导致厂内装配不良率上升，还造成市场端客户投诉与退换货，直接影响品牌口碑与市场份额。基于此，本文首先浅述电动牙刷手柄开裂相关因素及类型，其次针对手柄制造工艺中存在的风险展开分析，最后制定出手柄开裂的改进措施，旨在为相关人员提供参考帮助。

关键词：电动牙刷手柄工艺；开裂因素；改进策略

电动牙刷手柄作为外观件，存在多种工艺制程，其中注塑件+喷涂为最常见的一种工艺方法，不仅可实现外观多样性，而且综合成本相对较低。当前厂内主流还是采用食品级ABS作为电动牙刷手柄主体材料（中高端机型、外观多涂）‌，手柄经过注塑机注塑成型后，外发至喷涂厂进行喷涂作业，喷涂后的手柄最终至流水线上进行装配。装配过程中当机芯压入手柄后，存在部分产品出现手柄开裂现象，导致产品气密不良，或出现进水后无法使用的情况，故改善手柄开裂是制造过程中亟待解决的问题。

1．电动牙刷手柄工艺（Y系列）概述

1.1手柄注塑成型

将材料置于80-85℃烘箱中干燥2-4小时，或80℃干燥料斗中处理1-2小时，含水率需≤0.1%‌，注塑机选用长径比20:1、压缩比＞2的螺杆，注射压力≥1500bar，锁模力4700-6200t/m²‌，热流道直径6~8mm范围；通过双色模具在一次成型中结合两种材料（主体 ABS + 按键 TPE 软胶），提升外观层次感与握持舒适度，但需严格控制两种材料的收缩率差值（≤0.5%），避免因收缩不均产生内应力；材料干燥需采用热风循环烘箱，风量设置为 30m³/h，或干燥料斗气流速度 1.2m/s，确保含水率稳定≤0.1%‌。
1.2手柄外观喷涂

成型的手柄，首先经过表面清洁活化后，再经过多道喷涂、分段烘烤、UV处理固化等工艺，实现手柄外观多样性、差异化等，如颜色多样绚丽、温感变色、防指纹等特性。

1.3手柄机芯压入装配

将电动牙刷机芯，通过治具压入喷涂后的手柄中，利用机芯上弹性卡扣与手柄内壁卡槽配合实现卡合，卡合后需手动轻拉机芯，确认无松动（拉力≥30N），再进入气密测试环节。机芯装入手柄后，产品经过气密测试及外观检查，当存在手柄开裂，气密设备会显示报警，判定产品气密不良。

2.造成手柄开裂的因素分析：

ABS材料在喷涂后容易出现开裂的现象，这通常与材料内部应力、温度变化、外部冲击等因素有关。当材料受到外力作用时，这些内应力可能会引发裂纹扩展，从而导致开裂；同时ABS在高温环境下容易发生热膨胀，而在低温环境下容易发生收缩。这种温度变化会导致材料的形变不均匀，从而引发内部应力集中，导致开裂现象。ABS喷涂后容易裂的原因是多方面的，需要综合考虑材料特性、加工工艺、环境条件等因素进行分析和解决。以下针对现有制程进行数据收集、分析及DOE验证，查找手柄开裂的主要影响因素。

2.1注塑影响

在无再生料添加、机台及模具等因素均未发生变化的情况下，通过注塑主要参数DOE验证（其他参数未变），对手柄应力波动变化产生的影响进行排查分析，通过六西格玛——3因子2水平2仿行实验，X1=模具温度50~80℃‌、X2=芯子温度60~70℃、X3=料温200~240℃，Y=拉拔力≥50N，对主效应图、交互作用，均值残差分析，得出料温P=0.02＜0.05，此因子对Y存在显著影响（见图 1：均值主效应图，料温对拉拔力的影响斜率最大；见图 2：标准化效应的 Pareto 图，料温标准化效应值超过临界线，为显著影响因子）。同时使用均值立方图，对数据进行分析，发现拉力值最大60.13N时，模温=80℃‌、芯子温度=60℃‌、料温=240℃‌。对注塑生产过程进行统计分析，实际机台料温设置220℃‌，测量实际值波动在200~220℃‌之间，当温度处于下限时，手柄拉拔力值相对应处于下限。当料温在200℃时，手柄装配后易出现开裂现象，当料温高于210℃以上时，未出现手柄装配开裂问题，注塑料温是造成手柄开裂主要原因[1]。

2.2喷涂后手柄应力下降

注塑后手柄塑材，通过表面清洁活化后；采用静电喷涂，使粉末涂料均匀吸附至手柄表面；先喷底漆，再经烘箱烘烤固化，形成致密涂层；然后喷面漆，再经烘箱固化，部分SKU根据工序需求，要求UV固化，替代烤箱烘烤。

经过分段性能DOE验证，所使用喷涂材料及相关工艺，对手柄应力/拉拔力影响较小；手柄清洁活化使用食品级丙酮，虽符合安全标准，但其溶解力较强，浸泡可能导致ABS表层塑化溶胀，破坏分子链结构，诱发微裂纹。虽浸泡时间要求控制在10秒内（浓度≤20%），但员工执行过程中，易出现执行偏差情况。若浸泡时间超过30秒或浓度＞30%，ABS的弯曲模量会下降15-20%，导致手柄抗开裂能力显著降低。故本系列产品在喷涂表面清洁活化环节，对手柄开裂存在潜在风险[2]。

2.3装配应力影响

机芯装入手柄工艺，采用气缸推入式压合治具作业。通过固定模拟机芯，验证手柄在不同气压和速度下推入手柄，除手柄卡扣端存在局部较小受力变化外（手柄1cm处，左右两侧），手柄开裂端（底部0~5mm，正面），未受卡扣装配作业影响，经多次DOE及交叉验证，当手柄来料满足0.45应力验证要求时，产品满足跌落测试，满足消费者使用及出厂质量要求，故手柄开裂问题主要集中在手柄材料本身。当前在组装装配作业环节，现有来料检测仅覆盖外观、百格、气密项目，未将应力检测纳入必检项，导致应力不达标的手柄（应力值＜0.45）无法被有效拦截，流入装配环节，造成不良物料上线组装，造成手柄开裂不良，此问题同步需制定措施进行改善。

3手柄开裂的改进措施：

3.1调整料温

食品级ABS塑料注塑料筒温度分三段式控制，‌第一段（进料段）：建议200-220℃，用于初步熔化ABS颗粒，避免高温导致材料分解；第二段（压缩段）：建议220-240℃，确保熔体流动性充足，适应复杂结构填充需求；第三段（计量段）‌：建议230-250℃，优化熔体均匀性，减少气泡和银纹风险。温度低于200℃时，ABS熔体流动性显著下降，易导致充填不足或结合线明显。温度高于260℃可能引发材料热分解，释放苯乙烯等有害气体，影响食品级安全性[3]。

优化参数，将压缩计量段温度由原220°提高到230°，点检确认4H/次，若点检发现温度偏离设定值 ±5℃，需立即停机调整，重新测试 3 件样品的拉拔力，均≥50N 后方可恢复生产。模具温度50~80℃，芯子温度60~70℃不变。

在线检测，使用0.65金属机芯应力验证治具，要求首末件及每4H，需通过治具确认产品应力，确保注塑手柄质量，避免生产批量不良，并将不良转递至下工序。

3.2喷涂清洁溶剂优化

将原喷涂清洁溶剂食品级丙酮更换为乙醇-丙二醇混合溶剂（比例3:1），其本身属于中性溶剂，根据食品接触材料标准，乙醇-丙二醇溶剂体系符合FDA要求，ABS材料使用该清洁剂的耐受性较强，乙醇（浓度70-75%）可有效去除水溶性污渍，丙二醇可增强对油性残留物的溶解力，混合后对ABS基材无溶胀或开裂风险。ABS长时间接触丙酮溶剂可能导致ABS表面发白或微裂纹，通过更换溶剂，减少过程中风险，提升手柄喷涂制程的稳定性[4]。

在线检测，使用0.45金属机芯应力验证治具，要求喷涂产品首末件及每4H，需通过治具确认产品应力。确保手柄质量，避免生产批量不良，并将不良转递至下工序。

3.3装配来料检测拦截优化

针对手柄来料原检测外观、百格、气密等，对手柄应力检测存在疏忽，出现手柄装配后产品存在开裂现象，造成不良退货、返工等损失。增加 0.45 金属机芯应力检测治具，检测频率为每批次来料抽检 20 件（不足 20 件全检），判定标准为治具压合后手柄无裂纹、变形，拉拔力≥50N；若检出不良，立即扩大抽检比例至 50%，仍有不良则整批退货，并记录供应商不良信息，纳入季度供应商考核。

结束语

手柄开裂问题涉及注塑工艺稳定性、喷涂工艺管控及装配制程拦截，可以从人机、材料、工艺、环境等方面综合考虑。注塑成型是整个产品工艺链的关键工序。随着AI等智能技术的运用，后期工艺可以结合数字化、智能化等手段协助监控过程异常波动管理。未来可引入AI视觉检测系统，在注塑后、喷涂后、装配前分别对於手柄表面微裂纹、应力分布进行实时监测，结合MES系统记录工艺参数与检测数据。

参考文献

[1] 王强. 六西格玛在注塑缺陷改善中的应用[J]. 中国质量, 2018, 36(4): 78-83.

[2] GB 4806.1-2016. 食品安全国家标准 食品接触材料及制品通用安全要求[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.

[3] 张伟. ABS塑料注塑成型工艺优化研究[J]. 工程塑料应用, 2019, 47(5): 45-50.

[4] 刘芳. 丙酮与乙醇-丙二醇混合溶剂对ABS材料的溶胀性对比[J]. 高分子材料科学与工程, 2021, 37(2): 120-125.

作者简介：杨娟娟 19820823 女 甘肃天水 汉族 本科 质管部长 厦门市创智健康用品有限公司 研究方向：品质管理，质量工程