基于公差仿真的家用空調內機導風板間隙異常問題分析

張先令

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

0 引言

組成家用空調內機的零部件繁多，包括底殼、面板體、驅動盒、齒條、齒輪、電機、面板、內外導風板等。目前市場對產品外觀配合間隙等方面的要求越來越高，因此對產品結構設計、工藝制造提出了更高的要求。通常情況下，生產裝配異常問題一般基于實際樣機狀態，采用試錯的方式進行分析驗證，難以找到問題的根本原因并徹底解決。

當前，相關領域學者對于復雜產品的公差仿真分析一般采用CETOL軟件進行。秦家愛、張順法基于壓配電系統塑殼斷路器產品系統介紹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象，通過在CETOL中建立對應的仿真模型，找出了影響微波爐間隙段差的關鍵尺寸[2]。張曉飛、馬繼偉等對空調蒸發器進行研究，通過優化管板的孔直徑公差，解決了管板與銅板裝配間隙大的問題[3]。

在目前的公差仿真研究中，主要集中在產品設計端進行公差仿真，更側重產品方案設計階段設計合理性的評估與保障。而對于實際產品裝配制造過程中存在的異常問題的原因分析及改善的研究較為少見。本文基于空調內機導風板閉合間隙案例，應用公差仿真分析工具，通過機理分析科學識別關鍵影響因素，快速準確鎖定問題的根本原因，從而進行研究整改。

同時，針對粘膠類導風板組件波浪變形問題，一般都是通過調節注塑工藝參數進行優化或挑選使用，部分零件受結構、模具等先天條件限制，單純從注塑工藝方面優化空間不足，無法徹底解決變形導致的產品質量問題。為此，本文從結構設計策略及組件預裝與仿形壓緊矯形等方面開展研究，從多角度改善產品質量，對高端復雜結構產品的外觀間隙控制具有較強的實際指導意義。

1 背景介紹

該產品為推出式導風板結構，導風板組件采用內導+外導配合方式，通過雙面膠及壓合工裝實現內導與外導組合，其中內導為剛性材料，通過內導的強度對外導進行定型，內導結構上設計左端圓孔、右端十字孔，最終由整機左右驅動雙電機實現導風板的推出及閉合。產品結構示意圖如圖1所示。

圖1 產品結構示意圖

為了確保導風板閉合后與面板配合間隙足夠小，零部件加工制造時要求導風板組件為內凹變形，當導風板組件在兩端電機驅動下收回時，導風板中間與整機先貼合，最后兩端驅動機構收緊，最終保證整體配合間隙質量，實現產品外觀完美質量需求。導風板內凹結構示意圖如圖2所示。

圖2 導風板內凹示意圖

然而，實際生產過程反饋存在導風板與面板配合間隙超出標準要求或間隙不均勻問題，生產合格率低，導致下線返修，為此應用公差仿真軟件工具對上述問題開展分析研究。

2 公差仿真分析

2.1 公差仿真建模

產品三維裝配建模總體遵循產品實際裝配原則，通過限制零件的6個自由度，確定零件的裝配約束關系，約束特征包括面/線/點、軸/孔等，約束關系包括面接觸、線接觸、點接觸、同軸、與點同心等。以內導風板與左右驅動機構裝配為例，內導風板兩端與左右驅動機構分別采用與點同心，約束X軸、Y軸平移及旋轉；內導風板上側邊與面板體搭接約束Y軸旋轉；內導風板右端驅動機構的銷孔裝配結構約束Y軸平移。其他相關零件裝配建模具體根據產品結構特性及實際裝配情況而定。

2.2 定義零件公差

新產品方案設計與方案審查階段仿真分析時，尺寸公差一般基于國標或企業內部標準來定義；產品試產后的公差仿真一般基于受控工程圖紙及實際零件制造能力水平來定義尺寸公差。

2.3 結果分析

2.3.1 統計分布合格率

建立裝配約束并定義零件公差后，即可使用CETOL軟件運行求解，并生成分析報告。分析結果如圖3所示，從統計分析結果來看，合格率100.00%，說明結構設計方案理論上是滿足產品質量要求的，需要重點分析識別影響產品質量的關鍵因素，進而結合實際樣機狀態鎖定問題原因。

圖3 統計分布公差仿真分析結果

2.3.2 關鍵參數識別

通過CETOL公差仿真分析，軟件自動對各項影響因素進行敏感度、貢獻度排序；其中影響因素包括零件尺寸公差、裝配浮動、偏移、重力、變形等因素（敏感度、貢獻度相關計算方法在文獻[1]的“結果數據分析”，以及文獻[2]的“統計分析法”中均有相關介紹）。

敏感度是指尺寸變量對測量尺寸變化的程度，簡而言之即尺寸變量變化值為1時，對測量尺寸的影響程度的值。敏感度可用于確定關鍵變量。對于給定的測量尺寸，具有高敏感度值的變量為此測量尺寸的最關鍵參數，高敏感度的尺寸變量會對設計結果產生直接的影響，通過控制高敏感度的尺寸盡量減少質量產生的波動，從而有效地控制整個產品的質量。敏感度排序表如表1所示。

表1 敏感度排序表

貢獻度是指每個變量相對于測量尺寸變量的百分比貢獻度。百分比貢獻度綜合了敏感度信息和零件變量信息，以顯示每個模型變量影響測量尺寸變量的百分比。貢獻度越大，對產品質量控制越關鍵，通常認為貢獻度大于1%的變量均可定義為關鍵參數；貢獻度排序表如表2所示。

表2 貢獻度排序表

基于以上敏感度、貢獻度排序表，識別出該產品的關鍵參數，摘取部分內容如表3所示，基于關鍵參數，分析實際生產中存在異常的原因，可快速找到問題癥結所在。

表3 關鍵參數排序表（按貢獻度排序）

3 異常原因排查分析

基于公差仿真敏感度、貢獻度排序表，可以完整、準確反映影響產品質量的關鍵因素，并自動按重要程度排序呈現。以關鍵參數排序表開展問題排查分析，可以快速鎖定質量異常原因，針對性制定整改措施[4]，如表4所示。

表4 基于關鍵參數分析問題原因

內導風板變形量排查分析具體如下：

（1）內導變形量標準要求：如圖4所示，內導風板沿箭頭方向翹曲變形量控制在（-4，-1.5）mm內，不允許波浪變形。

（2）內導實測變形量：根據異常下線機導風板局部內拱情況，從生產線上隨機抽出4件內導零件取圖5所示位置左（A點）、中（B點）、右（C點）三個點的內拱變形量。

（3）測量A/B/C三個點的內拱數據如表5所示，綜合數據分析，發現內導整體為內拱，但呈波浪變形狀態，內導C點內拱量最大。而按照設計圖紙要求應該是中間位置內拱最大，整體應該均勻內拱。

表5 內導風板零件變形實測數據

（4）為進一步確認內拱影響情況，將測量的四組內導通過壓力工裝完成導風板組件預裝，再次測量左（A點）、中（B點）、右（C點）的內拱變形量，實測數據如表6所示。綜合數據分析，說明導風板組件壓合后，整體仍為波浪變形狀態。

表6 導風板組件變形實測數據

（5）將四組導風板裝配整機，整機配合間隙實測數據如表7所示。綜合數據分析，存在三組中間閉合間隙為0.6 mm，超出標準要求，內導左側局部內拱較大，導致導風板閉合時A/C兩點先與面板頂死，當兩端驅動機構閉合收回后，導風板中間B處位置外翹，進而造成導風板與面板中間間隙超出標準的故障現象。因此確認內導波浪變形為此次異常的主要影響因素。

表7 整機配合間隙實測數據

4 整改驗證

根據以上分析，導風板波浪變形為主要原因，因此重點對導風板變形進行控制與整改。

4.1 內導風板波浪變形控制

組織注塑專家攻關調試優化模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時間等注塑工藝參數[5]，改善內導風板波浪變形，特別是有效降低C點凸出變形量，如表8第一、二、四組數據所示；但是仍然存在個別零件C點凸出問題，如表8第三組數據所示。

表8 內導風板零件變形實測數據（改善后）

將以上內導風板裝配整機后，測量整機配合間隙如表9所示，第一、二、四組內導風板波浪變形明顯改善后，整機配合間隙合格，說明降低內導風板波浪變形對降低整機配合間隙有效。

表9 整機配合間隙實測數據（改善后）

4.2 導風板組件壓緊方案改進

通過內導風板波浪變形整改后，整機配合間隙已顯著提升，但是仍有部分導風板存在輕微波浪變形，導致整機裝配間隙不合格，為此，筆者進一步研究開發導風板組件仿形壓緊工藝技術。導風板組件仿形壓緊示意圖如圖6所示。

圖6 導風板仿形壓緊示意圖

挑選四組波浪變形的導風板組件，通過仿形壓緊處理，并保壓定型30～60秒，波浪變形得到明顯改善，實測數據如表10所示。

表10 導風板組件變形實測數據（改善后）

將以上內導風板裝整機后，測量整機配合間隙，實測數據如表11所示，整機配合間隙全部合格，說明導風板組件仿形壓緊對降低整機配合間隙有效。

表11 整機配合間隙實測數據（改善后）

5 結論

本文通過應用公差仿真進行量產異常原因分析，改變現有基于經驗進行樣機試錯驗證的落后現狀，為后續生產中出現異常問題的原因機理分析提供新的方法和思路，具有較強的實際指導意義。

通過三維公差仿真分析軟件進行尺寸鏈分析，基于敏感度、貢獻度排序表，分析出影響產品質量的關鍵因素重點包括：內導風板變形、面板鐮刀變形、面板體出風口上沿變形等。基于關鍵因素的準確識別，采用排除法快速鎖定內導風板變形為導致產品異常的根本原因。

為此，本文通過調整內導風板注塑工藝參數改善其變形，通過開發導風板組件仿形壓緊裝配技術進行矯形，最終將波浪變形導風板矯正達到設計需要的規則拱形變形狀態，整機裝配驗證間隙合格，滿足產品質量需求。