阮國靖

(蘇州中車氫能動力技術有限公司，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，在開關內(nèi)部發(fā)生物理形變，從而產(chǎn)生某些特殊效應，產(chǎn)生導通或者斷開動作的一系列自動控制元件溫度保護器。本文所述某型號的溫度保護器是用一種利用雙金屬片作為感溫組件的溫控器。當周圍環(huán)境處于非動作溫度時，雙金屬片為自由狀態(tài)，觸點處于閉合(或斷開)狀態(tài)；而當周圍溫度達到動作溫度時，雙金屬片受熱產(chǎn)生應力而迅速動作，同時打開(或閉合)觸點，從而切斷(或?qū)?電路，以此起到溫控作用。而當周圍溫度冷卻至產(chǎn)品的復位溫度時，觸點自動閉合(或打開)，溫度保護器恢復正常工作狀態(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器的感溫控溫范圍。

本文所討論的某款型號的溫度保護器在生產(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)溫度保護器動作/復位溫度發(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，導致雙金屬片粘貼在溫度保護器內(nèi)壁，無法隨外部環(huán)境變化發(fā)生物理形變，進而會出現(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 某型號溫度保護器產(chǎn)品工藝流程簡介

圖2所示為該型號溫度保護器的工藝流程圖，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)品需要進行返工(二次烘烤)；最后進行100%溫度檢查確認、折角、印字、沾錫、終檢及最后的包裝工序。

圖2 溫度保護器流程圖

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，是否因為產(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。為驗證該問題，筆者做了如下試驗：從合格品中隨機抽取30片產(chǎn)品，重復進行5次溫檢并記錄溫度數(shù)據(jù)。應用Minitab軟件中重復性標準分布圖(見圖3)，其中P值為0.897，可以認為產(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)過程的隨機現(xiàn)象還是過程可控的。為解決該問題，筆者隨機選取10組產(chǎn)品，每組20片產(chǎn)品，100%進行剝離，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，因此需要進一步查找該溫度保護器環(huán)氧泄漏的根本原因并加以管控。

表1 隨機抽取樣品的泄漏數(shù)量

2.2 原因分析及相應優(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)氧泄漏相關的人、機、料、法、環(huán)、測等生產(chǎn)六要素進行逐一排查。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個關鍵尺寸，每個尺寸隨機測量30個產(chǎn)品并記錄數(shù)據(jù)。應用Minitab軟件進行穩(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尺寸可認為符合設計要求。

a) CAP關鍵尺寸示意圖

b) 關鍵尺寸1 CPK圖

c) 關鍵尺寸2 CPK圖

d) 關鍵尺寸3 CPK圖

2.2.3 BASE尺寸檢查

選取BASE中8個關鍵尺寸，每個尺寸同樣測量30個產(chǎn)品并記錄數(shù)據(jù)。應用Minitab軟件同樣進行穩(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尺寸也可認為符合設計要求。

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 ℃，實際生產(chǎn)過程中選取中心溫度110 ℃進行烘烤固化。為驗證不同溫度對環(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。同時應用Minitab軟件中的相關性曲線分析[7-8](見圖7)，可以得出假設檢驗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[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。基于上述假設，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)。通過實際對比驗證可以看出，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)品的多次重復性數(shù)據(jù)驗證得出，多次溫度檢驗不影響產(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：原材料關鍵尺寸的過程能力CPK滿足設計要求。針對第3個因素——環(huán)氧固化溫度，進一步利用相關性分析，得到環(huán)氧泄漏量與烘烤過程環(huán)境溫度呈線性相關的結(jié)論。在此基礎上，提出解決該溫度保護器環(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)過實際驗證，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的參考經(jīng)驗。