張德付，吳晗，梁子文，李永民

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070）

空調換熱器是空調器的核心部件，換熱器的密封性直接影響空調換熱器的換熱效率，是決定空調器能效、能力及使用壽命的關鍵因素。

目前，公司及行業(yè)普遍采用傳統(tǒng)丁基橡膠（俗稱密封膠泥）+卡勾固定密封，員工手工裝配，工藝方法落后，受材料特性、生產過程一致性、包裝運輸影響，密封膠泥脫落故障率≥300PPM，隨產能增加，故障率程逐年增長趨勢，密封膠泥脫落直接影響空調換熱器的能效、能力、凝露、噪音等關鍵性能，產品可靠性難以滿足產品質量及客戶品質要求。

在密封材料方面，研究開發(fā)聚烯烴密封膠新材料，分別從材料可靠性、材料兼容性、高低溫可靠性及空調產品性能可靠性、電器安全性能、運用DSC法對產品壽命進行研究、論證，行業(yè)首次成功應用。新材料的應用，粘接強度達到25N，與傳統(tǒng)丁基橡膠提高700%以上，打破傳統(tǒng)工藝材料的局限，徹底解決了傳統(tǒng)膠泥脫落問題，故障率由整改前≥300PPM降低到了0PPM，實現零脫落、零故障的突破，提高產品質量可靠性及客戶滿意度。同時建立密封材料可靠性實驗方法及公司級的企業(yè)標準，為公司產品可靠性、工藝技術變革奠定基礎［1］。

1 密封材料選型開發(fā)

根據空調換熱器密封性、可靠性、舒適性、性能要求及公司產品質量要求，確定密封膠選型技術條件。根據選型技術條件，結合生產工藝要求，從各類材料表干時間、固化時間、低溫性能、高溫性能四大維度進行分析選型［2］。研究組經過各種材料特性研究、分析對比，確立聚烯烴類密封膠作為研究開發(fā)對象，并進行可靠性研究。如圖1為材料性能對比圖。

圖1 材料性能對比圖

聚烯烴類密封膠是一種高分子熱塑性密封膠，主要性能指標粘度、軟化點、開放時間、固化時間、拉伸強度、斷裂伸長率等。根據高分子材料老化原理，主要分為光老化、熱老化，結合空調器產品使用工況、環(huán)境，分別展開驗證研究。取樣件分別對不同溫度狀態(tài)下進行測試，分別 持 續(xù)240H、480H、720H、960H、1200H、1440H后，驗證樣品是否存在老化、裂變等現象及性能變化。

經過長時間的高溫持續(xù)性測試，膠品的外觀色澤有輕微變黃、加深，沒有出現老化、裂變等現象，物性指標之軟化點、稀稠度、拉伸強度無明顯變化，伸長率有一定的波動，但基本在300%以上。高溫性能指標圖如表1所示。

表1 高溫性能指標圖

經過長時間的低溫持續(xù)性測試，膠品的外觀色澤基本無明顯變化，沒有出現老化、裂變等現象。物性指標之軟化點、稀稠度、拉伸強度無明顯變化，伸長率會有一定的波動，但基本在300%以上。低溫性能指標圖如表2所示。

表2 低溫性能指標圖

根據DSC法工作原理，在化學反應動力學中，由反應速率方程及Amhenius方程，高分子材料老化方程為：

式中：τ，T分別表示材料的壽命(h)和老化溫度(K)；a是與規(guī)定失效性能相關的常數；b(0.401E/R)是與活化能E有關的常數，R是氣體常數(8.314J/(mol·K))。

根據DSC分析及相關研究表明：當溫度≤80℃時，由式（1）可得：

根據研究表明，聚烯烴類材料熱老化壽命常數a：

表3 聚烯烴類材料熱老化壽命常數a

空調器制熱工作極限溫度約80℃，熱老化壽命常數a=2.93 ，則材料有效壽命為有效壽命：

綜上，根據高分子材料熱老化、光老化可靠性試驗驗證及高分子材料有效壽命DSC法工作原理，聚烯烴材料有效壽命可達24年，遠遠大于空調器10年壽命，聚烯烴材料滿足空調器的使用壽命十年品質可靠性要求。

2 密封膠可靠性研究

為確保密封膠的可靠性、密封膠與換熱器翅片、銅管兼容性、密封膠與換熱器粘接可靠性，研究組結合空調器產品使用工況、環(huán)境、空調器產品可靠性要求，分別展開驗證研究。將密封膠在120℃恒溫箱中，持續(xù)48H，膠不熔化，滿足安全使用及質量要求［3］。將密封膠分別在-20℃、-30℃恒溫試驗箱內進行測試，持續(xù)48H，反復折彎多次，密封膠未出現硬脆、斷裂，滿足低溫性能要求。將密封膠涂至蒸發(fā)器上，進行低溫-30℃；高溫：+85℃（濕度95%）工況中進行測試。循環(huán)周期：4H/次，實驗周期：336H，密封膠未出現脫落、起翹、斷裂、裂變等異?，F象，滿足要求。高低溫可靠性實驗如圖4所示。

圖4 高低溫可靠性實驗圖

針對密封膠與鋁箔、銅管兼容性進行研究，將密封膠分別涂在銅管、翅片鋁箔上，置于高溫100℃工況，周期720H，經金相分析銅管、鋁箔無腐蝕，滿足要求。將密封膠分別涂在銅管、翅片鋁箔上置于60℃，濕度95%的工況，周期720H，金相分析銅管、鋁箔無腐蝕，滿足要求。將密封膠、銅管、鋁箔進行環(huán)流水解（高溫100℃加熱240H，蟻巢）驗證，無酸根離子產生，銅管、鋁箔無腐蝕，滿足要求。耐油實驗如圖5所示。

圖5 耐油實驗圖

密封膠與換熱器鋁箔粘接強度直接影響粘接可靠性。研究組通過將密封膠涂敷至換熱器上，密封膠滲入翅片1-2mm，密封膠固化后，采用拉力計進行測量，密封膠與換熱器翅片的粘接強度≥25N，是傳統(tǒng)密封膠泥（3N）的8倍。同時經高低溫、跌落、隨機振動可靠性驗證，密封膠無脫落，粘接性能可靠。

3 密封技術方案設計

聚烯烴密封膠為熱熔型固態(tài)密封膠，需采用設備熔膠，為解決涂膠一致性、穩(wěn)定性，杜絕傳統(tǒng)人工操作影響涂膠的一致性、可靠性。運用工藝創(chuàng)新理論，研究并開發(fā)了機器人自動涂膠密封技術、防倒片技術、信息化管理及設備防錯技術，行業(yè)首次實現換熱器自動送料、定位、檢測、機器人自動取料、自動涂膠密封、自動下料、過程信息化管理的全流程自動化、信息化生產[4]。工藝技術變革，打破傳統(tǒng)工藝局限，徹底消除傳統(tǒng)工藝依靠人工手工裝配，裝配質量一致性受人為因素的影響，提高工藝方法穩(wěn)定性、產品生產過程的可靠性。機器人自動密封仿真模型如圖6所示。

圖6 機器人自動密封仿真模型

自主開發(fā)機器人全自動密封技術，設備主要包括自動涂膠機器人、熔膠設備、自動送料機構、六軸機器人、下料機構、密封膠冷卻機構等，實現蒸發(fā)器自動送料、檢測、機器人自動取料、自動涂膠、自動下料全流程自動化生產。自主開發(fā)雙手指蒸發(fā)器專用防倒片夾具和六軸機器人相結合技術，實現10大系列、不同角度蒸發(fā)器通用及自動抓取、自動涂膠、自動下料，全流程自動化生產，解決傳統(tǒng)工藝生產勞動強度大、效率低問題。同時夾具夾持部分采用軟體材料，有效解決了蒸發(fā)器倒片問題，實現零倒片，確保換熱器質量一致性、換熱可靠性［5］。機器人自動密封圖如圖7所示。

圖7 機器人自動密封圖

當膠機或機器人出現故障，通過聲光報警器報警，機器人、線體同時停止工作，建立設備防火墻，有效避免因膠機故障導致涂膠異常及不良品流出。開發(fā)膠機工藝參數及設備故障顯示、存儲功能，設備異常報警后，故障信息直接顯示顯示屏，同時對故障代碼、故障信息存儲，實現信息化管理、追溯［6］。自主開發(fā)軟件系統(tǒng)，實現膠量控制及加膠預警功能。當膠量低于膠桶容量1/2時提醒員工加膠，有效避免員工加膠不及時，影響熔膠、出膠、涂膠一致性及產品質量。

為有效對生產過程工藝、設備穩(wěn)定性、一致性進行管理，確保涂膠的穩(wěn)定性、可靠性。研究組自主研發(fā)信息化及防錯技術，建立設備防火墻，有效杜絕設備異常導致的不良品流出，公司首次實現設備工藝參數自動監(jiān)控、信息化、可視化管理，填補公司空白。應用信息化技術實現膠機變頻器故障、高溫保護、溫控參數（膠桶、膠管、膠槍）自動檢測、自動監(jiān)控，設備或者涂膠工藝參數出現異常，觸發(fā)報警系統(tǒng)，通過聲光報警器報警，實現設備工藝參數自動監(jiān)控、信息化、可視化管理。應用信息化技術，實現膠機、機器人、下料機構及線體之間聯動，互鎖。

4 結論

研究并開發(fā)了機器人自動涂膠密封技術、防倒片技術、信息化管理及設備防錯技術，行業(yè)首次實現換熱器自動送料、定位、檢測、機器人自動取料、自動涂膠密封、自動下料、過程信息化管理的全流程自動化、信息化生產。機器人自動化技術應用，生產效率提高60%，全面應用格力集團直接減員100人。項目研究機器人自動化技術，發(fā)明專利行業(yè)可借鑒，促進產業(yè)自動化技術升級，行業(yè)具有很強的借鑒意義。

項目實施，新材料應用徹底解決了傳統(tǒng)工藝膠泥脫落問題，故障率由整改前300PPM降低到了0PPM，實現零脫落、零故障的突破，提高產品的可靠性。同時新材料的應用，成本降低20%，直接經濟效益750萬元/年，總體經濟效益約1000萬元/年。產品質量、工藝技術實現質的飛躍，為公司產品開發(fā)、質量控制、工藝技術產業(yè)升級奠定基礎，樹立品牌形象、行業(yè)示范，公司及行業(yè)具有很強的借鑒、推廣價值。