張先令

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

0 引言

組成家用空調(diào)內(nèi)機(jī)的零部件繁多，包括底殼、面板體、驅(qū)動(dòng)盒、齒條、齒輪、電機(jī)、面板、內(nèi)外導(dǎo)風(fēng)板等。目前市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品外觀(guān)配合間隙等方面的要求越來(lái)越高，因此對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝制造提出了更高的要求。通常情況下，生產(chǎn)裝配異常問(wèn)題一般基于實(shí)際樣機(jī)狀態(tài)，采用試錯(cuò)的方式進(jìn)行分析驗(yàn)證，難以找到問(wèn)題的根本原因并徹底解決。

當(dāng)前，相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品的公差仿真分析一般采用CETOL軟件進(jìn)行。秦家愛(ài)、張順?lè)ɑ趬号潆娤到y(tǒng)塑殼斷路器產(chǎn)品系統(tǒng)介紹CETOL公差仿真軟件的分析方法理論[1]。包捷、吳延岐等以微波爐間隙段差為研究對(duì)象，通過(guò)在CETOL中建立對(duì)應(yīng)的仿真模型，找出了影響微波爐間隙段差的關(guān)鍵尺寸[2]。張曉飛、馬繼偉等對(duì)空調(diào)蒸發(fā)器進(jìn)行研究，通過(guò)優(yōu)化管板的孔直徑公差，解決了管板與銅板裝配間隙大的問(wèn)題[3]。

在目前的公差仿真研究中，主要集中在產(chǎn)品設(shè)計(jì)端進(jìn)行公差仿真，更側(cè)重產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)合理性的評(píng)估與保障。而對(duì)于實(shí)際產(chǎn)品裝配制造過(guò)程中存在的異常問(wèn)題的原因分析及改善的研究較為少見(jiàn)。本文基于空調(diào)內(nèi)機(jī)導(dǎo)風(fēng)板閉合間隙案例，應(yīng)用公差仿真分析工具，通過(guò)機(jī)理分析科學(xué)識(shí)別關(guān)鍵影響因素，快速準(zhǔn)確鎖定問(wèn)題的根本原因，從而進(jìn)行研究整改。

同時(shí)，針對(duì)粘膠類(lèi)導(dǎo)風(fēng)板組件波浪變形問(wèn)題，一般都是通過(guò)調(diào)節(jié)注塑工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化或挑選使用，部分零件受結(jié)構(gòu)、模具等先天條件限制，單純從注塑工藝方面優(yōu)化空間不足，無(wú)法徹底解決變形導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。為此，本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略及組件預(yù)裝與仿形壓緊矯形等方面開(kāi)展研究，從多角度改善產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)高端復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的外觀(guān)間隙控制具有較強(qiáng)的實(shí)際指導(dǎo)意義。

1 背景介紹

該產(chǎn)品為推出式導(dǎo)風(fēng)板結(jié)構(gòu)，導(dǎo)風(fēng)板組件采用內(nèi)導(dǎo)+外導(dǎo)配合方式，通過(guò)雙面膠及壓合工裝實(shí)現(xiàn)內(nèi)導(dǎo)與外導(dǎo)組合，其中內(nèi)導(dǎo)為剛性材料，通過(guò)內(nèi)導(dǎo)的強(qiáng)度對(duì)外導(dǎo)進(jìn)行定型，內(nèi)導(dǎo)結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)左端圓孔、右端十字孔，最終由整機(jī)左右驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)風(fēng)板的推出及閉合。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖

為了確保導(dǎo)風(fēng)板閉合后與面板配合間隙足夠小，零部件加工制造時(shí)要求導(dǎo)風(fēng)板組件為內(nèi)凹變形，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)板組件在兩端電機(jī)驅(qū)動(dòng)下收回時(shí)，導(dǎo)風(fēng)板中間與整機(jī)先貼合，最后兩端驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)收緊，最終保證整體配合間隙質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品外觀(guān)完美質(zhì)量需求。導(dǎo)風(fēng)板內(nèi)凹結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 導(dǎo)風(fēng)板內(nèi)凹示意圖

然而，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程反饋存在導(dǎo)風(fēng)板與面板配合間隙超出標(biāo)準(zhǔn)要求或間隙不均勻問(wèn)題，生產(chǎn)合格率低，導(dǎo)致下線(xiàn)返修，為此應(yīng)用公差仿真軟件工具對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展分析研究。

2 公差仿真分析

2.1 公差仿真建模

產(chǎn)品三維裝配建模總體遵循產(chǎn)品實(shí)際裝配原則，通過(guò)限制零件的6個(gè)自由度，確定零件的裝配約束關(guān)系，約束特征包括面/線(xiàn)/點(diǎn)、軸/孔等，約束關(guān)系包括面接觸、線(xiàn)接觸、點(diǎn)接觸、同軸、與點(diǎn)同心等。以?xún)?nèi)導(dǎo)風(fēng)板與左右驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配為例，內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板兩端與左右驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別采用與點(diǎn)同心，約束X軸、Y軸平移及旋轉(zhuǎn)；內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板上側(cè)邊與面板體搭接約束Y軸旋轉(zhuǎn)；內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板右端驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的銷(xiāo)孔裝配結(jié)構(gòu)約束Y軸平移。其他相關(guān)零件裝配建模具體根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性及實(shí)際裝配情況而定。

2.2 定義零件公差

新產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)與方案審查階段仿真分析時(shí)，尺寸公差一般基于國(guó)標(biāo)或企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義；產(chǎn)品試產(chǎn)后的公差仿真一般基于受控工程圖紙及實(shí)際零件制造能力水平來(lái)定義尺寸公差。

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 統(tǒng)計(jì)分布合格率

建立裝配約束并定義零件公差后，即可使用CETOL軟件運(yùn)行求解，并生成分析報(bào)告。分析結(jié)果如圖3所示，從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來(lái)看，合格率100.00%，說(shuō)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案理論上是滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求的，需要重點(diǎn)分析識(shí)別影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，進(jìn)而結(jié)合實(shí)際樣機(jī)狀態(tài)鎖定問(wèn)題原因。

圖3 統(tǒng)計(jì)分布公差仿真分析結(jié)果

2.3.2 關(guān)鍵參數(shù)識(shí)別

通過(guò)CETOL公差仿真分析，軟件自動(dòng)對(duì)各項(xiàng)影響因素進(jìn)行敏感度、貢獻(xiàn)度排序；其中影響因素包括零件尺寸公差、裝配浮動(dòng)、偏移、重力、變形等因素（敏感度、貢獻(xiàn)度相關(guān)計(jì)算方法在文獻(xiàn)[1]的“結(jié)果數(shù)據(jù)分析”，以及文獻(xiàn)[2]的“統(tǒng)計(jì)分析法”中均有相關(guān)介紹）。

敏感度是指尺寸變量對(duì)測(cè)量尺寸變化的程度，簡(jiǎn)而言之即尺寸變量變化值為1時(shí)，對(duì)測(cè)量尺寸的影響程度的值。敏感度可用于確定關(guān)鍵變量。對(duì)于給定的測(cè)量尺寸，具有高敏感度值的變量為此測(cè)量尺寸的最關(guān)鍵參數(shù)，高敏感度的尺寸變量會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生直接的影響，通過(guò)控制高敏感度的尺寸盡量減少質(zhì)量產(chǎn)生的波動(dòng)，從而有效地控制整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量。敏感度排序表如表1所示。

表1 敏感度排序表

貢獻(xiàn)度是指每個(gè)變量相對(duì)于測(cè)量尺寸變量的百分比貢獻(xiàn)度。百分比貢獻(xiàn)度綜合了敏感度信息和零件變量信息，以顯示每個(gè)模型變量影響測(cè)量尺寸變量的百分比。貢獻(xiàn)度越大，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制越關(guān)鍵，通常認(rèn)為貢獻(xiàn)度大于1%的變量均可定義為關(guān)鍵參數(shù)；貢獻(xiàn)度排序表如表2所示。

表2 貢獻(xiàn)度排序表

基于以上敏感度、貢獻(xiàn)度排序表，識(shí)別出該產(chǎn)品的關(guān)鍵參數(shù)，摘取部分內(nèi)容如表3所示，基于關(guān)鍵參數(shù)，分析實(shí)際生產(chǎn)中存在異常的原因，可快速找到問(wèn)題癥結(jié)所在。

表3 關(guān)鍵參數(shù)排序表（按貢獻(xiàn)度排序）

3 異常原因排查分析

基于公差仿真敏感度、貢獻(xiàn)度排序表，可以完整、準(zhǔn)確反映影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，并自動(dòng)按重要程度排序呈現(xiàn)。以關(guān)鍵參數(shù)排序表開(kāi)展問(wèn)題排查分析，可以快速鎖定質(zhì)量異常原因，針對(duì)性制定整改措施[4]，如表4所示。

表4 基于關(guān)鍵參數(shù)分析問(wèn)題原因

內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板變形量排查分析具體如下：

（1）內(nèi)導(dǎo)變形量標(biāo)準(zhǔn)要求：如圖4所示，內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板沿箭頭方向翹曲變形量控制在（-4，-1.5）mm內(nèi)，不允許波浪變形。

（2）內(nèi)導(dǎo)實(shí)測(cè)變形量：根據(jù)異常下線(xiàn)機(jī)導(dǎo)風(fēng)板局部?jī)?nèi)拱情況，從生產(chǎn)線(xiàn)上隨機(jī)抽出4件內(nèi)導(dǎo)零件取圖5所示位置左（A點(diǎn)）、中（B點(diǎn)）、右（C點(diǎn)）三個(gè)點(diǎn)的內(nèi)拱變形量。

（3）測(cè)量A/B/C三個(gè)點(diǎn)的內(nèi)拱數(shù)據(jù)如表5所示，綜合數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)導(dǎo)整體為內(nèi)拱，但呈波浪變形狀態(tài)，內(nèi)導(dǎo)C點(diǎn)內(nèi)拱量最大。而按照設(shè)計(jì)圖紙要求應(yīng)該是中間位置內(nèi)拱最大，整體應(yīng)該均勻內(nèi)拱。

表5 內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板零件變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

（4）為進(jìn)一步確認(rèn)內(nèi)拱影響情況，將測(cè)量的四組內(nèi)導(dǎo)通過(guò)壓力工裝完成導(dǎo)風(fēng)板組件預(yù)裝，再次測(cè)量左（A點(diǎn)）、中（B點(diǎn)）、右（C點(diǎn)）的內(nèi)拱變形量，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表6所示。綜合數(shù)據(jù)分析，說(shuō)明導(dǎo)風(fēng)板組件壓合后，整體仍為波浪變形狀態(tài)。

表6 導(dǎo)風(fēng)板組件變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

（5）將四組導(dǎo)風(fēng)板裝配整機(jī)，整機(jī)配合間隙實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表7所示。綜合數(shù)據(jù)分析，存在三組中間閉合間隙為0.6 mm，超出標(biāo)準(zhǔn)要求，內(nèi)導(dǎo)左側(cè)局部?jī)?nèi)拱較大，導(dǎo)致導(dǎo)風(fēng)板閉合時(shí)A/C兩點(diǎn)先與面板頂死，當(dāng)兩端驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)閉合收回后，導(dǎo)風(fēng)板中間B處位置外翹，進(jìn)而造成導(dǎo)風(fēng)板與面板中間間隙超出標(biāo)準(zhǔn)的故障現(xiàn)象。因此確認(rèn)內(nèi)導(dǎo)波浪變形為此次異常的主要影響因素。

表7 整機(jī)配合間隙實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

4 整改驗(yàn)證

根據(jù)以上分析，導(dǎo)風(fēng)板波浪變形為主要原因，因此重點(diǎn)對(duì)導(dǎo)風(fēng)板變形進(jìn)行控制與整改。

4.1 內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板波浪變形控制

組織注塑專(zhuān)家攻關(guān)調(diào)試優(yōu)化模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時(shí)間等注塑工藝參數(shù)[5]，改善內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板波浪變形，特別是有效降低C點(diǎn)凸出變形量，如表8第一、二、四組數(shù)據(jù)所示；但是仍然存在個(gè)別零件C點(diǎn)凸出問(wèn)題，如表8第三組數(shù)據(jù)所示。

表8 內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板零件變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（改善后）

將以上內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板裝配整機(jī)后，測(cè)量整機(jī)配合間隙如表9所示，第一、二、四組內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板波浪變形明顯改善后，整機(jī)配合間隙合格，說(shuō)明降低內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板波浪變形對(duì)降低整機(jī)配合間隙有效。

表9 整機(jī)配合間隙實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（改善后）

4.2 導(dǎo)風(fēng)板組件壓緊方案改進(jìn)

通過(guò)內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板波浪變形整改后，整機(jī)配合間隙已顯著提升，但是仍有部分導(dǎo)風(fēng)板存在輕微波浪變形，導(dǎo)致整機(jī)裝配間隙不合格，為此，筆者進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)導(dǎo)風(fēng)板組件仿形壓緊工藝技術(shù)。導(dǎo)風(fēng)板組件仿形壓緊示意圖如圖6所示。

圖6 導(dǎo)風(fēng)板仿形壓緊示意圖

挑選四組波浪變形的導(dǎo)風(fēng)板組件，通過(guò)仿形壓緊處理，并保壓定型30～60秒，波浪變形得到明顯改善，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表10所示。

表10 導(dǎo)風(fēng)板組件變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（改善后）

將以上內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板裝整機(jī)后，測(cè)量整機(jī)配合間隙，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表11所示，整機(jī)配合間隙全部合格，說(shuō)明導(dǎo)風(fēng)板組件仿形壓緊對(duì)降低整機(jī)配合間隙有效。

表11 整機(jī)配合間隙實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（改善后）

5 結(jié)論

本文通過(guò)應(yīng)用公差仿真進(jìn)行量產(chǎn)異常原因分析，改變現(xiàn)有基于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行樣機(jī)試錯(cuò)驗(yàn)證的落后現(xiàn)狀，為后續(xù)生產(chǎn)中出現(xiàn)異常問(wèn)題的原因機(jī)理分析提供新的方法和思路，具有較強(qiáng)的實(shí)際指導(dǎo)意義。

通過(guò)三維公差仿真分析軟件進(jìn)行尺寸鏈分析，基于敏感度、貢獻(xiàn)度排序表，分析出影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素重點(diǎn)包括：內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板變形、面板鐮刀變形、面板體出風(fēng)口上沿變形等?；陉P(guān)鍵因素的準(zhǔn)確識(shí)別，采用排除法快速鎖定內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板變形為導(dǎo)致產(chǎn)品異常的根本原因。

為此，本文通過(guò)調(diào)整內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板注塑工藝參數(shù)改善其變形，通過(guò)開(kāi)發(fā)導(dǎo)風(fēng)板組件仿形壓緊裝配技術(shù)進(jìn)行矯形，最終將波浪變形導(dǎo)風(fēng)板矯正達(dá)到設(shè)計(jì)需要的規(guī)則拱形變形狀態(tài)，整機(jī)裝配驗(yàn)證間隙合格，滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量需求。