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          可靠性技術(shù)在耦合器插座中的應(yīng)用 

          作者:戴銀燕 張樂 崔斌 項永金 時間:2018-08-27 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:本文主要論述了耦合器插座的失效模式以及提高產(chǎn)品可靠性的分析思路。從質(zhì)量管理的核心環(huán)節(jié)——質(zhì)量控制出發(fā),創(chuàng)建了一個能突破性提高產(chǎn)品質(zhì)量又無需提高產(chǎn)品生產(chǎn)成本的可靠性質(zhì)量改善模式。通過匯總分析找出產(chǎn)品使用中最主要的問題點,深入分析,找出問題產(chǎn)生的根本原因,從產(chǎn)品使用可靠性方面對耦合器插座結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化更改。使其更加滿足售后使用環(huán)境,達到大幅度降低產(chǎn)品故障率的目的。同時產(chǎn)品的安全性也得到了提高。

          作者 戴銀燕 張樂 崔斌 項永金 格力電器(合肥)有限公司 (安徽 合肥 230600)

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201808/391175.htm

            戴銀燕(1988-),女,助理工程師,主要研究方向:電器元器件失效分析。

          摘要:本文主要論述了的失效模式以及提高產(chǎn)品的分析思路。從質(zhì)量管理的核心環(huán)節(jié)——質(zhì)量控制出發(fā),創(chuàng)建了一個能突破性提高產(chǎn)品質(zhì)量又無需提高產(chǎn)品生產(chǎn)成本的質(zhì)量改善模式。通過匯總分析找出產(chǎn)品使用中最主要的問題點,深入分析,找出問題產(chǎn)生的根本原因,從產(chǎn)品使用方面對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化更改。使其更加滿足售后使用環(huán)境,達到大幅度降低產(chǎn)品故障率的目的。同時產(chǎn)品的安全性也得到了提高。

          0 引言

            是A公司空調(diào)柜機電源專用插座,其安全性較高,旋鈕操作,插頭旋入插座鎖死電源接通,插頭解鎖旋出插座電源斷開,不同于常見的插拔式插座。其在用電安全和防觸電保護方面有很大優(yōu)勢,因此進一步提高耦合器插座的可靠性意義重大。

            本項目從大量售后故障件的分析情況找出影響產(chǎn)品質(zhì)量的核心故障點,結(jié)合用戶實驗使用條件,從設(shè)計源頭避免質(zhì)量問題的發(fā)生。

          1 可靠性開展策劃

            隨著消費者對家電產(chǎn)品品質(zhì)要求越來越高,擁有高可靠性的產(chǎn)品備受青睞,如何提高產(chǎn)品品質(zhì)及安全性,依托的基礎(chǔ)則是單個器件具有長壽命、高可靠性。研究耦合器插座,則是基于這一出發(fā)點。從單一產(chǎn)品可靠性研究出發(fā),建立一套完整的可靠性分析方法,推廣并運用,從而提高產(chǎn)品整體可靠性。

            耦合器插座可靠性研究,充分運用可靠性技術(shù)確保設(shè)計的適用性及耐久性。在項目過程中,依照可靠性策劃、可靠性分析、可靠性評審開展項目的整體設(shè)計,運用故障樹分析、故障模擬、改善效果評估等分析手段保證設(shè)計工程的可靠性。

            可靠性策劃階段,主要根據(jù)項目開展的目的,確認可靠性的定義和可靠性最終需要達到的指標(biāo),明確可靠性的要求??煽啃苑治鲭A段,首先進行數(shù)據(jù)的收集分析,利用故障樹分析確定要因,結(jié)合關(guān)鍵因素及設(shè)計相關(guān)要素,開展相關(guān)數(shù)值模擬,并進行驗證,最終確認結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度[1]。依據(jù)設(shè)計測試結(jié)果,不斷更新優(yōu)化方案,最終整改效果對比評估,長期使用數(shù)據(jù)跟蹤等評估手段,對設(shè)計方案進行修改或確認。設(shè)計實施流程圖如圖1所示。

          2 用戶使用問題匯總分析

            2.1 運用故障樹分析失效類別

            2.1.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分類

            耦合器插座故障不僅影響著空調(diào)整機的可靠性,而且直接關(guān)系著用戶用電安全,其可靠性提高顯得緊急且重要。而通過相關(guān)數(shù)據(jù)的收集,為成功開展數(shù)據(jù)分析并評價產(chǎn)品質(zhì)量提供支撐。通過對該耦合器插座一段時間售后故障原因匯總分析,并根據(jù)故障類別進行區(qū)分如圖2所示。

            排名前兩位的為插不到位燒壞(占比36.8%)及插套變形(22.2%),占總故障的59%;其次為安裝使用不當(dāng),占總故障的11.5%;彈跳燒占比10.5%;接線不良占總故障的9.1%。

            2.2 故障樹分析

            在利用故障樹進行分析前,需梳理失效模式,找到問題發(fā)生的末端因素。結(jié)合耦合器插座使用情況的特點,我們將故障模式分為兩大類加以梳理和研究:一是無法裝配,插頭旋轉(zhuǎn)不到位;二是電源打火燒壞。通過提煉及歸納總結(jié),耦合器插座失效故障樹如圖3所示。

            通過故障樹分析,可以看出導(dǎo)致耦合器插座失效因素主要有:物料結(jié)構(gòu)缺陷(底座結(jié)構(gòu)、彈簧結(jié)構(gòu)、插套材質(zhì)、滑塊耐溫)、用戶使用、安裝維修。

            從以上分析的末端因素可以看出,對產(chǎn)品可靠性影響較大的是的缺陷:①通用性不強,與部分電源線配合易出現(xiàn)問題,如硬銅線, 鋁線等;②可操作性,該插座為電源插頭與插座旋轉(zhuǎn)接通電源,但是用戶使用操作時,如未旋轉(zhuǎn)到位,電源已經(jīng)接通,會導(dǎo)致接觸面積小出現(xiàn)電源打火,需要在結(jié)構(gòu)上優(yōu)化,增加可操作性;③售后安裝維修,售后人員技術(shù)及工作粗心大意導(dǎo)致,此部分只能通過加強人員管理減少故障的發(fā)生。

            綜上,為提高產(chǎn)品本身可靠性,需優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計,才能從根本上杜絕問題的發(fā)生。

          3 可靠性整改方案

            3.1 一種限位插套的下殼結(jié)構(gòu)

            3.1.1 故障原因分析

            經(jīng)過對一段時間反饋故障的地區(qū)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),安徽、河南、河北、山東等地故障率較高,調(diào)查各地插座安裝使用的電源線情況,發(fā)現(xiàn)河南、安徽、河北等地多使用單股硬銅線,廣東地區(qū)多使用多股銅線。

            現(xiàn)場調(diào)查安徽大部分地區(qū)安裝耦合器插座使用的電線為2.5 mm2-3 mm2的單芯硬銅線,為方便安裝,一般電源線預(yù)留較長,接線后電線就會被彎折后盤在插座后面的墻洞中,如圖4?! 〗Y(jié)合以上兩個地區(qū)差異的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)使用單股硬銅線的地區(qū)售后故障普遍偏高。

            插套變形主要是因為售后安裝時,客戶家里使用的是單股線,單股線材質(zhì)硬,走線時插座背部受力,牽扯插套造成插套變形,與電源線插頭配合后,插銷旋轉(zhuǎn)時滑出插套外沖擊彈簧,造成變形,如圖5。

            將耦合器插座接上單芯硬銅線模擬耦合器插座安裝情況,彎折下壓銅線,當(dāng)銅線彎折角度較大時, 往下壓銅線,插套位置偏移(圖6),此時插頭無法插入,松開銅線后恢復(fù)原狀(圖7),如圖7所示。

            查看耦合器結(jié)構(gòu),插套和兩側(cè)下殼之間間隙較大(圖8),插套不能被固定。當(dāng)銅線受力時會帶動插套前后移動,插套位置會改變,使插頭無法插入。

            3.1.2 可靠性整改方案

            從阻止插套移動方式提高產(chǎn)品可靠性,對下殼的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,插套周圍區(qū)域增加凸點限制插套移動范圍。整改前,插套兩側(cè)無注塑件限位,可移動空間較大(如圖9左),整改后,各電極插套都有注塑件限位(如圖9右)。

            3.1.3 可靠性整改效果確認

            將整改后制品接上單芯硬銅絲,彎折、拉動銅絲后,整改后制品會出現(xiàn)輕微移動的情況,但是不影響插頭旋入,在各插套位置作限位,限制插套不松動,解決了插套變形、插套開口尺寸及安裝上無法旋轉(zhuǎn)的問題。

            3.2 不入則出的插裝模式

            3.2.1 故障原因分析

            在耦合器故障中,因插頭插不到位而燒的故障占了所有不良的36.8%,存在的主要原因為客戶使用時插頭未旋轉(zhuǎn)到位,造成點接觸或局部接觸,長期使用溫度過高,塑料部位熱熔或燒熔(圖10)。由于空調(diào)使用人群較復(fù)雜,除了在空調(diào)安裝時對使用人員進行操作方法的培訓(xùn)之外,只能通過產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)優(yōu)化來杜絕此類問題。經(jīng)過對故障件的分析,只有保持插頭與插座之間的連接處于接通和斷開兩種裝態(tài),即不存在圖10中的臨界狀態(tài),才能避免上述問題的發(fā)生。

            3.2.2 可靠性改善方案

            通過對插座內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究,可以通過更改拉簧相關(guān)尺寸增加拉簧的拉力,當(dāng)插頭未旋轉(zhuǎn)到位時,通過拉簧的拉力使插頭回歸初始位置。同時為配合拉簧相關(guān)尺寸的更改,改變防護門的結(jié)構(gòu)。實物圖片如圖11所示。

            整改后制品插頭和插座之間不會出現(xiàn)半接通狀態(tài),只有斷開和接通狀態(tài)。插頭在旋轉(zhuǎn)過程中受到彈簧的回拉力,如果插頭的解鎖鈕未旋轉(zhuǎn)插座接通凹槽內(nèi),會被彈簧的拉力拉回,此時插頭與插座處于斷開狀態(tài)。如果插頭的解鎖鈕旋轉(zhuǎn)到插座接通凹槽內(nèi),插頭與插座正常接通,由于插座凹槽的阻礙,此時插頭受到回拉的力也不會被拉回。

            3.3 一種適用多材質(zhì)導(dǎo)體的新型插套

            3.3.1 故障調(diào)查

            在售后返回32A耦合器插座中,發(fā)現(xiàn)大量插座接線位置燒熔,上面還殘留有鋁線熔融到一起。故障機器集中在H省,而其他省份較少。經(jīng)調(diào)查H省農(nóng)村地區(qū)大量使用鋁線作為建筑布線,而其他省份一般使用銅線,銅線基本無同類故障反饋。

            3.3.2 原因分析

            客戶家里連接插座的導(dǎo)線為鋁線,而插座插套材質(zhì)為銅,由于銅、鋁的彈性模量和熱膨脹系數(shù)相差很大,多次通電后,導(dǎo)體連接處的接觸電阻變大。實物如圖12所示。

            3.3.3 可靠性整改方案

            銅鋁電氣連接的問題在電力行業(yè)已經(jīng)有成熟的研究,一般行業(yè)內(nèi)有以下解決方法:

            1)銅導(dǎo)體表面鍍錫或鍍銀;

            2)銅鋁導(dǎo)體接觸面墊入鋅片;

            3) 銅鋁導(dǎo)體接觸面涂導(dǎo)電膏,也叫電力脂;

            4)使用銅鋁過渡設(shè)備線夾[2] 。

            對比上述四種方案,2)和4)對空調(diào)安裝來說,不易防呆和受控,經(jīng)過試驗驗證方案1)是最佳方案。因錫和鋁的膨脹系數(shù)和彈性模量比較接近,理論和實際驗證得出鍍錫的方案最優(yōu)。

            3.3.4 可靠性效果確認

            通過以上實驗驗證,插套鍍錫方式從可操作性及質(zhì)量改善方面是最優(yōu)的方案,該種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品已經(jīng)批量使用,通過實際使用情況來看插套燒熔問題得到了很大的改善。

          4 總結(jié)

            耦合器插座可靠性研究與應(yīng)用,在整個家用電器領(lǐng)域及制造行業(yè)內(nèi)具有廣泛的可推廣性,研究思路及方法可適用于各行業(yè)電子元器件、電器件等產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的改進與提高。對制造型企業(yè)強化產(chǎn)品質(zhì)量控制,提高產(chǎn)品質(zhì)量水平,具有十分重要的推廣和借鑒作用。

            參考文獻:

            [1]陳逵.電子元器件失效分析的常用技術(shù)手段及應(yīng)用.大科技,2013(6)

            [2]蔣寒薇. 居室環(huán)境中電源插座設(shè)計研究.中南林業(yè)科技大學(xué),2015-05-01

            本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第9期第63頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。



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