某型射頻開關質量問題分析及其啟示

王 燕

(中國電子科技集團公司第四十研究所，安徽蚌埠233010)

1 引言

目前，軍工承研承制單位科研、生產任務繁重，在軍、民品高度并行的情況下，面臨如何加強質量體系運行有效性監督，配合整機單位落實對產品研制、生產的各項質量與可靠性要求，確保供貨產品滿足客戶要求的壓力和挑戰是巨大的。本文以某射頻開關在系統調試失效為例，闡述設計在產品制造過程中的重要性。射頻開關具有體積小，控制靈敏、低駐波、低插損、隔離度高、開關速度快等特點。產品安裝在系統中進行信號控制和轉換，保證系統正常工作，如果一旦發生故障，系統將完全失去作用，所以是系統中較為重要的元器件。因此對產品設計提出了高可靠的要求，只有產品質量穩定、可靠，才能滿足重點型號配套和國產化產品的需求。

2 失效現象描述

我單位研制生產的某射頻開關產品，在用戶的整機系統調試時出現了異常，具體現象為:產品在系統中加電(常開端XS1－XS3閉合)數小時后，斷電返回時，常開端已動作，但常閉端(XS1－XS2)無法閉合，處于兩路都不導通的狀態(中間狀態)。接到用戶通知后，單位立即派設計人員趕往現場和用戶一起對產品的異常進行了初步分析。

3 原因分析

設計人員在現場打開產品外罩后，可直觀發現產品鐵芯組件的機械結構動作不靈活，有卡死現象。現場初始判斷認為是調節簧片疲勞造成的，但通過調試檢測分析，發現調節簧片疲勞推斷不成立，由于現場的試驗條件限制只好將該失效產品帶回單位進一步分析。

通過對產品的結構、工作原理進行研究，尤其針對動作機構進行仔細分析，最終確定原因是該產品常開、常閉切換過程中因動作不平穩引起摩擦力增大，最終導致產品失效。

該產品的結構設計自下而上，由高頻接口、腔體組件、調節簧片組件、鐵芯組件、彈簧及最上端的連接器等部分組成，如圖1所示。其工作原理是當高頻接口有信號輸入時，通過腔體組件使電信號轉換為動作力，簧片和鐵芯組件進行相應動作，同時通過鐵芯組件的動作控制電連接信號通斷。

失效現象顯示，當系統加電動作時即常開端閉合，斷電返回時常開端已動作，常閉端無響應，可推知，加電時該產品的一切功能正常，而斷電時常閉端不返回。鐵芯組件的工作原理為:當產品由常開狀態(XS1－XS3)切換至常閉狀態(XS1－XS2)時，機構整體受力有F1(腔體組件對鐵芯組件的力)、F2(磁鋼對鐵芯組件的力，表現為上端蓋對鐵芯向上的力ft，下端蓋對鐵芯向下的力fb)和F3(彈簧對鐵芯組件的力)，當系統摩擦力較小可以忽略不計時:F1+ft+F3＞fb，斷電后，整個機構可以輕松回復到常閉狀態。但是，當機構摩擦力f較大時，要回復到常閉狀態就需要滿足條件:F1+ft+F3＞fb+f，該只產品出現卡死狀態就是由于系統摩擦力f過大所致。

圖1 某型射頻開關產品內部結構圖

將該產品進行拆卸，并對零件進行測量和仔細分析，發現該只產品的鐵芯零件尺寸超差，內孔兩端不同心，裝配到產品中出現傾斜使系統摩擦力過大。

圖2中鐵芯與線圈推桿為過盈配合，鐵芯長度為10．5mm，孔徑 Φ1，從一端加工不容易實現，因而加工時采用了兩端鉆孔工藝。由于兩端孔的中心不同軸，從而導致鐵芯孔內出現一臺階，在過盈壓鉚過程中，使線圈推桿產生了一定的彎曲。

圖2 鐵芯組件

鐵芯組件再裝入其它組件時，彎曲的線圈推桿軸線與上端蓋、下端蓋的孔中心不在同一軸線上，如圖3所示。因此，將上、下端蓋和線圈推桿裝在一起時，彎曲的線圈推桿和上、下端蓋間產生了摩擦(摩擦1、摩擦2)，最終影響整個機構的靈活性。

圖3 鐵芯組件裝入機構圖

4 調查結論與措施落實

針對該產品出現的失效現象，單位及時召開了質量分析會，會上就產品出現的失效現象進行剖析，按照本單位歸零管理辦法成立了歸零小組，明確了技術歸零和管理歸零的負責人，制訂了詳細的計劃，確保歸零工作順利開展。

4．1 技術措施

通過失效原因分析確認及定位后，對出現的失效現象進行問題復現，通過解剖等手段準確判定產品失效部位及失效模式后，采取的糾正措施具體如下。

1、更改鐵芯和線圈推桿零件的結構設計，改善加工工藝性。

針對產品的結構設計和工作原理，在滿足產品設計思路的同時，結合我單位現有的加工工藝手段，將鐵芯內孔 Φ1更改為 Φ1和 Φ1兩段組成，具體尺寸見下圖。在保證Φ1．4內孔同軸的前提下，保證裝配段的Φ1的加工公差，同時相應更改了線圈推桿的相應尺寸和公差，更改后的零件加工公差相對于之前的更易于保證。

原線圈推桿結構如下圖:

改進后線圈推桿結構如下圖:免類似質量問題的重復發生。

4．2 管理措施

該產品由于個別零件尺寸超差，未能及時發現最終造成產品失效，暴露出我們在過程質量控制方面還存在漏洞。管理歸零小組對該問題進行了認真的分析，認為該零件尺寸在加工過程中進行抽檢控制，無法滿足產品使用要求。最后一致認為把該產品的鐵芯、線圈推桿定為重要件，由產品工藝人員根據我單位加工能力，編制關鍵工序控制卡及相應的檢驗卡片;對零件加工所有工序尺寸，由車間過程檢驗員進行巡檢，并對零件關鍵尺寸進行全檢，確保產品質量。

通過以上整改，相應作出如下要求:

1、銷售部門對已發給用戶的產品進行全部召回，原鐵芯組件按報廢處理;

2、以該產品失效為例，在相關范圍內進行一次案例講解。

3、要求其他項目的設計人員進行一次全面的自查，舉一反三，吸收教訓，在此基礎上完善設計文件、工藝文件，確保產品質量。

5 結論

2、動作部分系統摩擦力不可避免，本產品動作電壓還有一定的設計余量。當彈簧的回復力F3足夠大時，系統摩擦力f的影響可能會削弱，從而保證產品動作值在合理范圍內。在后續的產品生產中，通過增加彈簧反力可以有效提高產品性能，杜絕這一隱患的發生。

按更改后的圖紙重新投產，裝配出的產品陸續交給用戶使用，至今尚未反映出類似失效現象，這說明對產品失效定位準確。通過理論、試驗等手段，分析質量問題發生的機理，從而確定其根本原因，制定出有針對性的、具體可行的糾正措施及實施計劃，從而有效地避

本次質量案例給我們帶來的經驗教訓是十分有益的，是一個自我吸收、自我發展、不斷完善的過程，讓我們深刻體會到:設計是源頭，產品質量首先是設計出來的。在產品的設計階段，盡可能把設計方案考慮成熟充分，不遺留漏洞和缺陷;應依根據產品的使用要求、在整機系統中的重要程度、執行的有關標準等進行充分的論證，全面了解并分析顧客的需求，并將其貫穿于整個設計活動中。在產品的結構設計過程中應充分考慮加工工藝性;同時，在過程質量控制方面，對影響關鍵、重要特性的零部件應按照質量體系要求，進行重點控制，必要時進行百分之百檢驗，以確保產品全過程的質量達到要求。產品質量是系統工程，設計質量決定產品質量，因此設計階段對產品質量至關重要。通過案例剖析，加強員工質量意識和責任心，只有通過全體員工共同努力，企業才能贏得用戶信賴和支持，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。