柜式空調后板組件加工工藝

鐘明生 趙前進

(珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070)

1 引言

后板組件是柜式空調最重要的零部件之一，相當于汽車中的底盤，是整個空調器的骨架，其加工工藝屬于鈑金件之間的連接技術，鈑金件之間的連接方式有自攻螺釘連接、普通螺釘配螺母連接、點焊連接、無鉚釘鉚接、有鉚釘鉚接等多種方式[1]。要在各種工藝中選擇最適合后板組件加工的工藝，不僅要跟據后板組件的結構特點，使用要求，還要結合企業的實際情況。目前在實際生產中應用的主要有兩種工藝，一種是點焊，市場上銷售的柜式空調的后板組件95%都是使用該工藝生產的；另一種是無鉚釘鉚接，作為一種新工藝在空調領域中的應用才剛剛起步。本文將從連接原理、連接質量、連接強度、加工成本、工藝流程、勞動環境等多方面分析兩種工藝在后板組件加工中的差別，以及各自的優缺點。

2 后板組件的結構特點及零部件組成

由于機型繁雜，各機型后板組件的結構稍有不同，但大同小異，下面以某一種產品的后板組件為例進行說明，如圖1。

后板組件外形尺寸長1700mm×寬500 mm×高25 mm，包含固定條（2件）、固定塊（9件）、加強板（2件）、后板（1件）、電機安裝板組件（1件）。其中固定條、固定塊、加強板、后板、電機安裝板組件使用的材料為熱鍍鋅板Q235A厚0.75或0.95，它們通過各種連接方式連接在后板上。每個固定條需要設置3個連接點與后板連接，每個固定塊需要設置2個連接點與后板連接，電機安裝板組件根據實際的受力分析設計連接點，連接點分布如圖2、圖3、圖4，連接點共70個左右；其中電機安裝板組件用于固定電機，由于電機是振動源，電機的穩定影響空調器的送風風量、整機性能、振動、運轉噪音，因此電機安裝板組件與后板之間的連接強度與可靠性要求特別高。

固定條用于加強后板中部剛度以防止后板共振變形；加強板用于加強后板上部剛度和改變風的流動方向，使風流向蒸發器；固定塊用于固定渦殼，渦殼一般為注塑件或泡沫件，重量較小；由此可以看出固定條、固定塊、加強板與后板的連接要求相對于電機安裝板要求較低。

3 加工工藝分析

由于柜式空調屬于家用空調，市場需求很大，年產量少則幾十萬，多則上百萬，每臺空調約40到70個連接點，由后板組件的結構特點及零部件組成可知零件結構復雜，連接點分布規律性不強。所以生產效率是選擇工藝方式的重要因素之一，各種板間連接技術各有優缺點，無鉚釘鉚接各項綜合性能優越，但設備一次性投入成本較高；點焊連接強度最好，但是高耗能，勞動環境惡劣，普通鉚接需要配孔插鉚釘工序繁瑣；螺釘連接需要配孔，操作復雜，付出螺釘成本。各連接方式詳細對比如表1。

表1 連接方式比較

由于點焊工藝具備成熟性、點焊機成本低廉等特點，目前市場上銷售的空調95%以上是點焊工藝加工而成，一般3到5臺點焊機（DN-75）連成流水線生產，逐點連接。2%左右的空調使用無鉚釘鉚接工藝生產，其余的采用螺釘連接或者其它方式連接。其中無鉚釘鉚接作為一種新的工藝方法，在汽車行業中已經應用較多，但是在空調行業內應用較少。無鉚釘鉚接有其獨特的優勢在未來必將在后板組件加工中大規模應用。下面將詳細對比點焊工藝和無鉚釘鉚接工藝在后板組件加工中的優缺點。

3.1 連接原理

點焊原理：電阻點焊工作原理如圖5所示，焊接過程中，將焊件壓緊在兩電極之間,當施加電極壓力后，阻焊變壓器向焊接區域通過強大的焊接電流，在被焊工件接觸面上形成大量的真實物理接觸點，并且隨著通電加熱而不斷擴大。熱能與塑變能使得接觸點的原子不斷激活，消失接觸面，繼續加熱形成熔化的核心，簡稱熔核。熔核中的液態金屬由于電動力等的作用發生強烈攪拌，熔核金屬的成分被均勻化，結合面迅速消失。加熱停止后，熔核中液態金屬以自由能最低的熔核的邊界半熔化晶粒表面為晶核開始結晶，接著沿與散熱相反的方向不斷以枝晶形式向熔核中間延伸，最后得到晶粒生長充分的焊點[2]。

無鉚釘鉚接原理：無鉚釘鉚接沖壓圓點是通過一個沖壓過程，即可將被連接的鈑金擠壓進相應的凹模，在進一步擠壓作用下，凸模側的板件材料擠壓凹模側材料，使其在凹模內“流動”變形，如此即可產生一個既無棱邊，又無毛刺的連接圓點。如圖6。

3.2 連接外觀質量

外觀質量相差很大，點焊由于必須形成金屬熔核，必然會破化鍍鋅層，把鋼板表面燒傷，點焊壓力下形成凹陷，如圖7。

無鉚釘鉚接對于有漆層或鍍鋅的鋼板，因漆層和鋅層也隨之“流動”變形，不會被損壞，所以，此連接點外觀整潔、美觀并且不會影響鈑金的抗腐蝕性能，如圖8。

3.3 連接強度

點焊由于是原子間的結合，連接強度與母材相當。無鉚釘鉚接單點連接的靜態連接強度為點焊的70%，雙點連接(可以在一道工序內加工形成)的靜態連接強度與點焊相等；動態疲勞連接強度比點焊高[3]。

以上文中提及的后板組件為例，分析無鉚釘鉚接連接點分布，無鉚釘鉚接固定條（2件）、固定塊（9件）、加強板（2件）和后板之間的連接使用一個鉚點替換一個焊點來替代，電機安裝板組件和后板之間的連接采用如下公式設計：鉚點數量=焊點數量×1.5，例如本文涉及的某型號電機安裝板使用點焊工藝生產時是20個焊點，實施鉚接后理論為30個鉚點，綜合電機安裝板的實際受力分析，和跌落試驗的變形（如圖9）情況，具體設計見圖2。

無鉚釘鉚接的可靠性要通過各項試驗驗證，經過反復試驗確定后板無鉚釘鉚接技術參數如下：

固定條、固定塊、電機安裝板組件材料厚度為0.95，凹模側無鉚釘連接點徑φ=6mm，凸模側材料為熱鍍Q235A，厚度=0.75mm；凹模側材料為熱鍍Q235A，厚度=0.95mm時，控制參數X值（底厚）：X=0.56mm；抗剪強度：τ=1300N×0.8(J)=1040N；抗拉強度：σb=1050N×0.8(J)=840N；［注：J為材料離散系數］

加強板材料厚度為0.75，凹模側無鉚釘連接點徑φ=6mm，凸模側材料為熱鍍Q235A，厚度=0.75mm；凹模側材料為熱鍍Q235A，厚度=0.75mm時，控制參數X值（底厚）：X=0.45mm；抗剪強度：τ=1390N×0.8(J)=1112N；抗拉強度：σb=950N×0.8(J)=760N；［注：J為材料離散系數］

整機各項試驗清單以及試驗結果見表2。

3.4 加工成本和工藝流程

點焊連接由于破壞鋼板的表面鋅層，留下“傷疤”，后板組件屬于外觀件，大部分企業要求對焊點留下的傷疤進行表面處理，通常要求增加工序涂鋅粉或噴漆保護，由于涂鋅粉或噴漆涉及易燃易爆危險品，點焊現場火花四濺，因此需要隔離點焊現場或則轉運到其它地方處理。無鉚釘鉚接不需要后處理工序，由此可見無鉚釘鉚接比點焊減少了后處理工序，避免轉運隔離等工作，相對成本較低。

表2 項目試驗及結果

兩種工藝的用電成本比較，以上文提及的空調后板組件（69個連接點），年產量100萬套為例，對一條鉚接生產線和一條點焊生產線的年用電量進行對比。

鉚接生產線采用3臺機連線生產，連接點80個（鉚點適當增加）；1臺鉚接設備工作8小時耗電1.5度，1.5×300×1.15×3×20÷8＝0.388萬/年。

備注：300（天）為年工作天數；1.15（元）為工業用電單價；20（小時）為每天工作時間。

點焊生產線，采用3臺機連線生產，連接點69個。點焊接觸瞬間的功率為75千瓦，其余時間1臺點焊機工作8小時耗電1.5度。100×69×0.24×7 5×1.15÷3600+1.5×300×4×1.15×20÷8÷1000 0＝40.19萬/年。

備注：100（萬）為年產量；300（天）為年工作天數；1.15（元）為工業用電單價；20（小時）為每天工作時間；0.24位放電周期，材料厚度0.75的鋼板，放電周期為12，則接觸放電的時間為12×0.02＝0.24秒，電網頻率為50Hz，一個周期為0.02秒。

鉚接生產線用電量0.388萬/年，點焊生產線用電量40.19萬/年，每年節約電費39萬左右。

3.5 勞動環境

點焊焊接時需要將金屬加工到熔融狀態實現原子間的結合，因此點焊過程產生氣體污染，空氣中彌漫粉塵，表面鋅層形成氧化鋅，火花四濺，焊接過程點焊頭需要冷卻水冷卻，容易打濕工件和手套。后板為大型沖壓件，鋼板在加工過程中難免會扭曲變形，使用導軌傳送時碰撞導軌產生振動，點焊過程是硬接觸，因此噪音較大，平均達到94分貝。

鉚接過程使用氣液增壓缸和軟到位壓力監控，后板傳送過程中采用倒扣方式，與傳送導軌接觸只有一個材料厚度0.75mm，因此現場噪音平均為78分貝，沒有火花、煙塵、冷卻水，勞動環境舒適。

4 結論

隨著市場對產品質量的要求越來越高，社會對節能降耗和工人勞動環境、職業健康越來越重視，在后板組件的生產中無鉚釘鉚接工藝必將取代點焊工藝，在新工藝取代舊工藝的過程中還有很多技術難題需要配套解決，因此在未來的幾年里，點焊工藝因其設備價格低廉，應用廣泛等原因還將長期存在，無鉚釘鉚接工藝的全面應用實施還需要不斷的研究、改進、推廣，但無鉚釘鉚接以其獨特的優勢在未來必將在后板組件加工中大規模應用。

[1]莊京忠.自攻螺釘連接可靠性研究.價值工程.2010，（6）

[2]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊.第1卷.焊接方法及設備[M].北京：機械工業出版社,1992.

[3]胡亞民.一種先進的板料沖壓連接技術——無鉚釘連接技術.鍛壓機械.2000，（10）