柜式空调后板组件加工工艺

钟明生 赵前进

(珠海格力电器股份有限公司，广东珠海 519070)

1 引言

后板组件是柜式空调最重要的零部件之一，相当于汽车中的底盘，是整个空调器的骨架，其加工工艺属于钣金件之间的连接技术，钣金件之间的连接方式有自攻螺钉连接、普通螺钉配螺母连接、点焊连接、无铆钉铆接、有铆钉铆接等多种方式[1]。要在各种工艺中选择最适合后板组件加工的工艺，不仅要跟据后板组件的结构特点，使用要求，还要结合企业的实际情况。目前在实际生产中应用的主要有两种工艺，一种是点焊，市场上销售的柜式空调的后板组件95%都是使用该工艺生产的；另一种是无铆钉铆接，作为一种新工艺在空调领域中的应用才刚刚起步。本文将从连接原理、连接质量、连接强度、加工成本、工艺流程、劳动环境等多方面分析两种工艺在后板组件加工中的差别，以及各自的优缺点。

2 后板组件的结构特点及零部件组成

由于机型繁杂，各机型后板组件的结构稍有不同，但大同小异，下面以某一种产品的后板组件为例进行说明，如图1。

后板组件外形尺寸长1700mm×宽500 mm×高25 mm，包含固定条（2件）、固定块（9件）、加强板（2件）、后板（1件）、电机安装板组件（1件）。其中固定条、固定块、加强板、后板、电机安装板组件使用的材料为热镀锌板Q235A厚0.75或0.95，它们通过各种连接方式连接在后板上。每个固定条需要设置3个连接点与后板连接，每个固定块需要设置2个连接点与后板连接，电机安装板组件根据实际的受力分析设计连接点，连接点分布如图2、图3、图4，连接点共70个左右；其中电机安装板组件用于固定电机，由于电机是振动源，电机的稳定影响空调器的送风风量、整机性能、振动、运转噪音，因此电机安装板组件与后板之间的连接强度与可靠性要求特别高。

固定条用于加强后板中部刚度以防止后板共振变形；加强板用于加强后板上部刚度和改变风的流动方向，使风流向蒸发器；固定块用于固定涡壳，涡壳一般为注塑件或泡沫件，重量较小；由此可以看出固定条、固定块、加强板与后板的连接要求相对于电机安装板要求较低。

3 加工工艺分析

由于柜式空调属于家用空调，市场需求很大，年产量少则几十万，多则上百万，每台空调约40到70个连接点，由后板组件的结构特点及零部件组成可知零件结构复杂，连接点分布规律性不强。所以生产效率是选择工艺方式的重要因素之一，各种板间连接技术各有优缺点，无铆钉铆接各项综合性能优越，但设备一次性投入成本较高；点焊连接强度最好，但是高耗能，劳动环境恶劣，普通铆接需要配孔插铆钉工序繁琐；螺钉连接需要配孔，操作复杂，付出螺钉成本。各连接方式详细对比如表1。

表1 连接方式比较

由于点焊工艺具备成熟性、点焊机成本低廉等特点，目前市场上销售的空调95%以上是点焊工艺加工而成，一般3到5台点焊机（DN-75）连成流水线生产，逐点连接。2%左右的空调使用无铆钉铆接工艺生产，其余的采用螺钉连接或者其它方式连接。其中无铆钉铆接作为一种新的工艺方法，在汽车行业中已经应用较多，但是在空调行业内应用较少。无铆钉铆接有其独特的优势在未来必将在后板组件加工中大规模应用。下面将详细对比点焊工艺和无铆钉铆接工艺在后板组件加工中的优缺点。

3.1 连接原理

点焊原理：电阻点焊工作原理如图5所示，焊接过程中，将焊件压紧在两电极之间,当施加电极压力后，阻焊变压器向焊接区域通过强大的焊接电流，在被焊工件接触面上形成大量的真实物理接触点，并且随着通电加热而不断扩大。热能与塑变能使得接触点的原子不断激活，消失接触面，继续加热形成熔化的核心，简称熔核。熔核中的液态金属由于电动力等的作用发生强烈搅拌，熔核金属的成分被均匀化，结合面迅速消失。加热停止后，熔核中液态金属以自由能最低的熔核的边界半熔化晶粒表面为晶核开始结晶，接着沿与散热相反的方向不断以枝晶形式向熔核中间延伸，最后得到晶粒生长充分的焊点[2]。

无铆钉铆接原理：无铆钉铆接冲压圆点是通过一个冲压过程，即可将被连接的钣金挤压进相应的凹模，在进一步挤压作用下，凸模侧的板件材料挤压凹模侧材料，使其在凹模内“流动”变形，如此即可产生一个既无棱边，又无毛刺的连接圆点。如图6。

3.2 连接外观质量

外观质量相差很大，点焊由于必须形成金属熔核，必然会破化镀锌层，把钢板表面烧伤，点焊压力下形成凹陷，如图7。

无铆钉铆接对于有漆层或镀锌的钢板，因漆层和锌层也随之“流动”变形，不会被损坏，所以，此连接点外观整洁、美观并且不会影响钣金的抗腐蚀性能，如图8。

3.3 连接强度

点焊由于是原子间的结合，连接强度与母材相当。无铆钉铆接单点连接的静态连接强度为点焊的70%，双点连接(可以在一道工序内加工形成)的静态连接强度与点焊相等；动态疲劳连接强度比点焊高[3]。

以上文中提及的后板组件为例，分析无铆钉铆接连接点分布，无铆钉铆接固定条（2件）、固定块（9件）、加强板（2件）和后板之间的连接使用一个铆点替换一个焊点来替代，电机安装板组件和后板之间的连接采用如下公式设计：铆点数量=焊点数量×1.5，例如本文涉及的某型号电机安装板使用点焊工艺生产时是20个焊点，实施铆接后理论为30个铆点，综合电机安装板的实际受力分析，和跌落试验的变形（如图9）情况，具体设计见图2。

无铆钉铆接的可靠性要通过各项试验验证，经过反复试验确定后板无铆钉铆接技术参数如下：

固定条、固定块、电机安装板组件材料厚度为0.95，凹模侧无铆钉连接点径φ=6mm，凸模侧材料为热镀Q235A，厚度=0.75mm；凹模侧材料为热镀Q235A，厚度=0.95mm时，控制参数X值（底厚）：X=0.56mm；抗剪强度：τ=1300N×0.8(J)=1040N；抗拉强度：σb=1050N×0.8(J)=840N；［注：J为材料离散系数］

加强板材料厚度为0.75，凹模侧无铆钉连接点径φ=6mm，凸模侧材料为热镀Q235A，厚度=0.75mm；凹模侧材料为热镀Q235A，厚度=0.75mm时，控制参数X值（底厚）：X=0.45mm；抗剪强度：τ=1390N×0.8(J)=1112N；抗拉强度：σb=950N×0.8(J)=760N；［注：J为材料离散系数］

整机各项试验清单以及试验结果见表2。

3.4 加工成本和工艺流程

点焊连接由于破坏钢板的表面锌层，留下“伤疤”，后板组件属于外观件，大部分企业要求对焊点留下的伤疤进行表面处理，通常要求增加工序涂锌粉或喷漆保护，由于涂锌粉或喷漆涉及易燃易爆危险品，点焊现场火花四溅，因此需要隔离点焊现场或则转运到其它地方处理。无铆钉铆接不需要后处理工序，由此可见无铆钉铆接比点焊减少了后处理工序，避免转运隔离等工作，相对成本较低。

表2 项目试验及结果

两种工艺的用电成本比较，以上文提及的空调后板组件（69个连接点），年产量100万套为例，对一条铆接生产线和一条点焊生产线的年用电量进行对比。

铆接生产线采用3台机连线生产，连接点80个（铆点适当增加）；1台铆接设备工作8小时耗电1.5度，1.5×300×1.15×3×20÷8＝0.388万/年。

备注：300（天）为年工作天数；1.15（元）为工业用电单价；20（小时）为每天工作时间。

点焊生产线，采用3台机连线生产，连接点69个。点焊接触瞬间的功率为75千瓦，其余时间1台点焊机工作8小时耗电1.5度。100×69×0.24×7 5×1.15÷3600+1.5×300×4×1.15×20÷8÷1000 0＝40.19万/年。

备注：100（万）为年产量；300（天）为年工作天数；1.15（元）为工业用电单价；20（小时）为每天工作时间；0.24位放电周期，材料厚度0.75的钢板，放电周期为12，则接触放电的时间为12×0.02＝0.24秒，电网频率为50Hz，一个周期为0.02秒。

铆接生产线用电量0.388万/年，点焊生产线用电量40.19万/年，每年节约电费39万左右。

3.5 劳动环境

点焊焊接时需要将金属加工到熔融状态实现原子间的结合，因此点焊过程产生气体污染，空气中弥漫粉尘，表面锌层形成氧化锌，火花四溅，焊接过程点焊头需要冷却水冷却，容易打湿工件和手套。后板为大型冲压件，钢板在加工过程中难免会扭曲变形，使用导轨传送时碰撞导轨产生振动，点焊过程是硬接触，因此噪音较大，平均达到94分贝。

铆接过程使用气液增压缸和软到位压力监控，后板传送过程中采用倒扣方式，与传送导轨接触只有一个材料厚度0.75mm，因此现场噪音平均为78分贝，没有火花、烟尘、冷却水，劳动环境舒适。

4 结论

随着市场对产品质量的要求越来越高，社会对节能降耗和工人劳动环境、职业健康越来越重视，在后板组件的生产中无铆钉铆接工艺必将取代点焊工艺，在新工艺取代旧工艺的过程中还有很多技术难题需要配套解决，因此在未来的几年里，点焊工艺因其设备价格低廉，应用广泛等原因还将长期存在，无铆钉铆接工艺的全面应用实施还需要不断的研究、改进、推广，但无铆钉铆接以其独特的优势在未来必将在后板组件加工中大规模应用。

[1]庄京忠.自攻螺钉连接可靠性研究.价值工程.2010，（6）

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册.第1卷.焊接方法及设备[M].北京：机械工业出版社,1992.

[3]胡亚民.一种先进的板料冲压连接技术——无铆钉连接技术.锻压机械.2000，（10）