某溫度保護(hù)器環(huán)氧泄漏問題分析與改進(jìn)

阮國靖

(蘇州中車氫能動力技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215634)

溫控器是一種可以根據(jù)工作環(huán)境的溫度變化，在開關(guān)內(nèi)部發(fā)生物理形變，從而產(chǎn)生某些特殊效應(yīng)，產(chǎn)生導(dǎo)通或者斷開動作的一系列自動控制元件溫度保護(hù)器。本文所述某型號的溫度保護(hù)器是用一種利用雙金屬片作為感溫組件的溫控器。當(dāng)周圍環(huán)境處于非動作溫度時，雙金屬片為自由狀態(tài)，觸點(diǎn)處于閉合(或斷開)狀態(tài)；而當(dāng)周圍溫度達(dá)到動作溫度時，雙金屬片受熱產(chǎn)生應(yīng)力而迅速動作，同時打開(或閉合)觸點(diǎn)，從而切斷(或?qū)?電路，以此起到溫控作用。而當(dāng)周圍溫度冷卻至產(chǎn)品的復(fù)位溫度時，觸點(diǎn)自動閉合(或打開)，溫度保護(hù)器恢復(fù)正常工作狀態(tài)。通過調(diào)整內(nèi)部雙金屬片的壓彎程度，從而可得到不同溫度保護(hù)器的感溫控溫范圍。

本文所討論的某款型號的溫度保護(hù)器在生產(chǎn)制造過程中需在外圍覆蓋一層環(huán)氧，以起到外圍密封和防水作用。但是終端客戶在使用過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)溫度保護(hù)器動作/復(fù)位溫度發(fā)生漂移。通過將客戶端退回的不良產(chǎn)品放在X光內(nèi)照射檢驗(yàn)內(nèi)部情況，發(fā)現(xiàn)雙金屬碟片表面覆蓋有異物；通過解剖產(chǎn)品，最終確認(rèn)雙金屬片表面覆蓋有環(huán)氧(見圖1)。金屬片表面粘有環(huán)氧，導(dǎo)致雙金屬片粘貼在溫度保護(hù)器內(nèi)壁，無法隨外部環(huán)境變化發(fā)生物理形變，進(jìn)而會出現(xiàn)在客戶端發(fā)生的溫度漂移問題。下述從該型號的溫度器流程出發(fā)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析工具，從工藝性角度給出該溫度保護(hù)器環(huán)氧泄漏的原因分析及解決方案。

圖1 環(huán)氧泄漏產(chǎn)品

1 某型號溫度保護(hù)器產(chǎn)品工藝流程簡介

圖2所示為該型號溫度保護(hù)器的工藝流程圖，從中可以看到，產(chǎn)品經(jīng)過切割、焊接、雙金屬片放置、表蓋熱鉚接成型后，需在其表面涂抹單組分環(huán)氧，經(jīng)過烘箱110 ℃±10 ℃烘烤60 min；上述工序完成后，由于部分環(huán)氧上有氣泡，產(chǎn)品需要進(jìn)行返工(二次烘烤)；最后進(jìn)行100%溫度檢查確認(rèn)、折角、印字、沾錫、終檢及最后的包裝工序。

圖2 溫度保護(hù)器流程圖

2 問題描述及優(yōu)化分析

2.1 問題描述

不良產(chǎn)品在客戶端是由于溫度漂移而被發(fā)現(xiàn)的，而產(chǎn)品在制程內(nèi)部需經(jīng)過100%溫度檢測，是否因?yàn)楫a(chǎn)品經(jīng)過二次溫檢后產(chǎn)品自身溫度性能發(fā)生變化或者溫檢工序根本無法檢測出有環(huán)氧泄漏產(chǎn)品。為驗(yàn)證該問題，筆者做了如下試驗(yàn)：從合格品中隨機(jī)抽取30片產(chǎn)品，重復(fù)進(jìn)行5次溫檢并記錄溫度數(shù)據(jù)。應(yīng)用Minitab軟件中重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)分布圖(見圖3)，其中P值為0.897，可以認(rèn)為產(chǎn)品穩(wěn)定性是符合要求的[1]，可以排除多次溫檢對產(chǎn)品溫度的影響。但是將產(chǎn)品剝離后發(fā)現(xiàn)，其中6片產(chǎn)品碟片上沾有環(huán)氧，因此可以得出這樣的結(jié)論：100%溫檢對溫度保護(hù)器產(chǎn)品性能沒有影響，但同時100%溫檢也不能篩選出因環(huán)氧泄漏從而導(dǎo)致客戶端出現(xiàn)的不良品。

雖然環(huán)氧泄漏的不良品無法通過溫度檢測篩選出來，但環(huán)氧泄漏問題是生產(chǎn)過程的隨機(jī)現(xiàn)象還是過程可控的。為解決該問題，筆者隨機(jī)選取10組產(chǎn)品，每組20片產(chǎn)品，100%進(jìn)行剝離，結(jié)果見表1。從表1中可以發(fā)現(xiàn)，每組都出現(xiàn)了不良品。但是從圖4所示的P圖和NP圖可以看出，環(huán)氧泄漏產(chǎn)品是過程可控的[2]，不良率約為20%。但盡管如此，環(huán)氧泄漏產(chǎn)生的不良品以及因此引發(fā)客戶端的不良影響依然存在，因此需要進(jìn)一步查找該溫度保護(hù)器環(huán)氧泄漏的根本原因并加以管控。

表1 隨機(jī)抽取樣品的泄漏數(shù)量

2.2 原因分析及相應(yīng)優(yōu)化措施

2.2.1 魚骨圖分析

利用魚骨圖[3]質(zhì)量分析工具(見圖5)，將可能跟環(huán)氧泄漏相關(guān)的人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等生產(chǎn)六要素進(jìn)行逐一排查。初步分析得出：原材料中的BASE尺寸、CAP尺寸以及環(huán)氧固化的溫度，是該溫度保護(hù)產(chǎn)品發(fā)生環(huán)氧泄漏的3個主要因子[4]。下述針對各個因子加以數(shù)據(jù)分析。

a) P圖

b) NP圖

圖5 魚骨分析圖

2.2.2 CAP來料檢查

選取CAP中的3個關(guān)鍵尺寸，每個尺寸隨機(jī)測量30個產(chǎn)品并記錄數(shù)據(jù)。應(yīng)用Minitab軟件進(jìn)行穩(wěn)定性數(shù)據(jù)分析[5]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有尺寸的CPK值均大于1.33(見圖6)，因此CAP尺寸可認(rèn)為符合設(shè)計(jì)要求。

a) CAP關(guān)鍵尺寸示意圖

b) 關(guān)鍵尺寸1 CPK圖

c) 關(guān)鍵尺寸2 CPK圖

d) 關(guān)鍵尺寸3 CPK圖

2.2.3 BASE尺寸檢查

選取BASE中8個關(guān)鍵尺寸，每個尺寸同樣測量30個產(chǎn)品并記錄數(shù)據(jù)。應(yīng)用Minitab軟件同樣進(jìn)行穩(wěn)定性數(shù)據(jù)分析[6]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有尺寸的CPK值同樣大于1.33，因此BASE尺寸也可認(rèn)為符合設(shè)計(jì)要求。

2.2.4 環(huán)氧固化溫度

根據(jù)上述工藝流程介紹可知，目前使用的雙組分環(huán)氧的理論固化條件為110 ℃±10 ℃，實(shí)際生產(chǎn)過程中選取中心溫度110 ℃進(jìn)行烘烤固化。為驗(yàn)證不同溫度對環(huán)氧泄漏的影響，在100～120℃溫度范圍內(nèi)，區(qū)分10個組，每組100個樣品，用不同溫度烘烤固化后，然后100%進(jìn)行剝離，檢查并記錄產(chǎn)品內(nèi)部環(huán)氧泄漏情況，結(jié)果見表2。同時應(yīng)用Minitab軟件中的相關(guān)性曲線分析[7-8](見圖7)，可以得出假設(shè)檢驗(yàn)P=0<0.05。因此可以得出如下結(jié)論：該產(chǎn)品的環(huán)氧泄漏量與烘烤的溫度線性相關(guān)[9-10]；且烘烤過程中環(huán)氧固化溫度越低，出現(xiàn)環(huán)氧泄漏的產(chǎn)品量越少。

表2 不同溫度環(huán)氧泄漏數(shù)量

圖7 環(huán)氧泄漏量與烘烤溫度關(guān)系

目前該型號產(chǎn)品使用的環(huán)氧固化最低溫度要求為100 ℃，因此如果可以找到一種環(huán)氧，它的固化溫度足夠低，甚至是在室溫條件以下，這樣出現(xiàn)環(huán)氧泄漏的情況就會大幅降低，甚至為0?；谏鲜黾僭O(shè)，筆者將目前所使用的單組分需要烘烤的環(huán)氧，替換為雙組分自然固化的環(huán)氧(見圖8)。通過實(shí)際對比驗(yàn)證可以看出，該型號的環(huán)氧泄漏PPM由原來的20 000直接降低為0，環(huán)氧泄漏問題得到有效解決。

圖8 環(huán)氧切換示意圖

3 結(jié)語

本文以某型號的溫度保護(hù)器在客戶端頻繁發(fā)生溫度漂移問題為研究對象，通過對不良品的X光檢驗(yàn)及剝離分析，其內(nèi)部環(huán)氧泄漏為終端不良產(chǎn)品溫度漂移的主要原因。但合格產(chǎn)品的多次重復(fù)性數(shù)據(jù)驗(yàn)證得出，多次溫度檢驗(yàn)不影響產(chǎn)品溫度性能，但同時也無法檢測出環(huán)氧泄漏的不良品。為解決環(huán)氧泄漏的根本原因，利用魚骨圖工具分析生產(chǎn)六要素，得到環(huán)氧泄漏的3個關(guān)鍵因素；結(jié)合數(shù)據(jù)處理軟件Minitab，分析得到其中2個因素：原材料關(guān)鍵尺寸的過程能力CPK滿足設(shè)計(jì)要求。針對第3個因素——環(huán)氧固化溫度，進(jìn)一步利用相關(guān)性分析，得到環(huán)氧泄漏量與烘烤過程環(huán)境溫度呈線性相關(guān)的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，提出解決該溫度保護(hù)器環(huán)氧泄漏的方案：即將產(chǎn)品表面原單組分需要高溫固化環(huán)氧替換為雙組分自然固化環(huán)氧。經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，該方案可有效解決該類型產(chǎn)品制程中環(huán)氧泄漏問題；同時也為其他同類型產(chǎn)品解決類似問題提供了相應(yīng)的參考經(jīng)驗(yàn)。