摘要：文章針對(duì)某車型暖風(fēng)芯子漏水問題進(jìn)行了分析，在成本、周期及效率的綜合考慮下，采取了在暖風(fēng)芯子水管根部加焊一鋁板的改進(jìn)措施。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，改進(jìn)措施有效，同時(shí)也為后續(xù)車型暖風(fēng)芯子的開發(fā)提供了借鑒。

　　關(guān)鍵詞：論文發(fā)表期刊,汽車,暖風(fēng)芯子,失效分析,優(yōu)化設(shè)計(jì),漏水問題

　　汽車駕駛室內(nèi)的制暖主要以發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水為熱源，通過暖風(fēng)機(jī)中的熱交換器(一般稱為暖風(fēng)芯子)，把鼓風(fēng)機(jī)送來的空氣與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水進(jìn)行熱交換，空氣加熱后送入車廂內(nèi)，以達(dá)到取暖及除霜、除霧的功能，其簡(jiǎn)化的過程如圖1所示。暖風(fēng)機(jī)一般由暖風(fēng)芯子、風(fēng)機(jī)及外殼組成，殼體上有吹向腳部、臉部的出風(fēng)口及吹向車窗起除霜作用的出風(fēng)口，其中暖風(fēng)芯子作為很關(guān)鍵的部件實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液在汽車乘員艙向空氣的的散熱。

　　暖風(fēng)芯子的樣式較多，從生產(chǎn)工藝來區(qū)分，主要為銅水箱、鋁水箱和片管式水箱等三類。在微車和轎車中，一般使用的為鋁水箱。鋁水箱式主要使用復(fù)合鋁材，通過釬焊工藝進(jìn)行制造。

　　1 問題描述

　　在跟蹤零件的售后三包退件記錄時(shí)，發(fā)現(xiàn)某車型的暖風(fēng)芯子三包退件數(shù)量快速增加，見圖2。經(jīng)確認(rèn)故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為暖風(fēng)芯子泄露。泄露的冷卻液會(huì)污染車內(nèi)前排座椅下的地板覆蓋物等，同時(shí)引起發(fā)動(dòng)機(jī)水溫高等一系列癥狀，將會(huì)引起客戶的極大抱怨。

　　根據(jù)維修數(shù)據(jù)，確定故障周期主要為大于12個(gè)月，故障里程在10000公里以上。根據(jù)故障件統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水管根部開裂的故障件占93%，如圖3，出水管根部開裂2%，其他部位開裂5%。

　　2 原因分析

　　2.1 零件符合性調(diào)查

　　經(jīng)過問題解決小組共同確認(rèn)，零部件的尺寸滿足技術(shù)規(guī)范要求，材料及分供方也未發(fā)生變異。其為鋁合金，在供應(yīng)商內(nèi)部的材料代碼為：芯材合金為FA5577(AA3003)，復(fù)合層2為10%FA6671(AA4343)，鋁材供應(yīng)商為上海Sapa。

　　暖風(fēng)芯子生產(chǎn)的主要工藝流程為：芯體裝配(主板、邊板、扁管和翅片組裝在一起)→進(jìn)出口管鉚接(進(jìn)出口管與上水室鉚合)→涂釬劑(手工涂抹，釬劑濃度25%～35%)→翻邊(翻邊機(jī)自動(dòng)翻邊)→釬焊(釬焊爐按釬焊工藝參數(shù)運(yùn)行)→芯體打磨(去掉釬焊后的殘余雜質(zhì))→干式檢漏(干式檢漏儀按壓力及泄露值要求進(jìn)行測(cè)試，合格后自動(dòng)打印合格標(biāo)識(shí))→粘貼密封條(粘貼密封墊外觀滿足要求)。確認(rèn)相關(guān)的設(shè)備和參數(shù)未發(fā)現(xiàn)變異，同時(shí)操作員工也沒有變化。

　　小結(jié)：排除零件的一致性波動(dòng)，即非零件質(zhì)量問題。

　　2.2 零件裝配過程調(diào)查

　　在整車裝配車間現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)暖風(fēng)芯子的裝配過程，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出水管的裝配工藝主要為：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管：操作工用手將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管(膠管)套在暖風(fēng)芯子的進(jìn)水鋁管上;(2)發(fā)動(dòng)機(jī)出水管：操作工用特制的鉗子將發(fā)動(dòng)機(jī)出水管(膠管)套在暖風(fēng)芯子的出水鋁管上。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水、出水膠管的裝配方式不同，進(jìn)水管為手動(dòng)裝配，出水管為用鉗子裝配。由于暖風(fēng)芯子的鋁管和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出水管為過盈配合，裝配有一定阻力，裝配過程中存在員工上下用力搖晃來安裝的現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)也偶爾發(fā)生暖風(fēng)芯子根部開裂的問題，但進(jìn)水管和出水管都有發(fā)生，故障模式不集中，和售后規(guī)律不一致，故排除該原因或非主因。

　　小結(jié)：裝配手法的差異，可能導(dǎo)致部分零件受損，但與售后表現(xiàn)不一致，故排除裝配工藝的影響。

　　2.3 零件結(jié)構(gòu)分析

　　經(jīng)分析，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水、出水膠管走向和尺寸等不同，如圖4所示。相比出水膠管，進(jìn)水膠管更長(zhǎng)，重量更大，在發(fā)動(dòng)機(jī)的固有振動(dòng)及整車在特殊工況的振動(dòng)下，其振幅更大。故暖風(fēng)芯子進(jìn)水管根部承受的剪切力更大，更易導(dǎo)致疲勞開裂。

　　該車型暖風(fēng)芯子上的鋁管是和上水室釬焊為一個(gè)整體，沒有相對(duì)活動(dòng)余量，看上去較“脆弱”。對(duì)比其他車型的暖風(fēng)芯子：GP50車型的暖風(fēng)芯子的鋁管和上水室是鉚合在一起，通過密封圈進(jìn)行密封，類似于萬向節(jié)形式，有一定活動(dòng)余量;N1/CN100車型的暖風(fēng)芯子鋁管較短，且用螺栓螺母進(jìn)行了緊固，強(qiáng)度較大。在整車總裝車間使用了相同的裝配工藝方式，但其他車型的售后表現(xiàn)良好。

　　2.4 結(jié)論

　　問題解決小組判斷該問題的原因是：由于暖風(fēng)機(jī)芯子進(jìn)、出水管根部的焊縫周圍應(yīng)力集中，在外力長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)作用下，易造成疲勞斷裂，導(dǎo)致暖風(fēng)機(jī)芯子漏水。而斷裂基本集中在芯子進(jìn)水管，是由于與芯子進(jìn)、出水管對(duì)接的膠管結(jié)構(gòu)及布置不一樣，受力有差異導(dǎo)致。

　　3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　3.1 改進(jìn)方案選擇

　　暖風(fēng)芯子的改進(jìn)方案有很多，可以直接參考GP50或N1車型的結(jié)構(gòu)，也可以對(duì)膠管走向進(jìn)行重新布局，但鑒于成本、周期、效率等因素，初步選擇了如圖5的改進(jìn)方案，即在鋁管根部增加一方形焊片25×25mm，以增加其抗彎強(qiáng)度。

　　3.2 改進(jìn)方案試驗(yàn)驗(yàn)證

　　為了驗(yàn)證該改進(jìn)方案的有效性，安排了以下兩組試驗(yàn)，見圖6所示。試驗(yàn)方式1：用夾具豎直固定好暖風(fēng)芯子，在鋁管端部施一水平拉力，拉力逐漸增大，直到鋁管根部開裂為止，記錄此時(shí)拉力大小;試驗(yàn)方式2：固定方式及施力方式同試驗(yàn)方式1，當(dāng)鋁管變形至一特定位移L=20mm時(shí)，記錄此時(shí)拉力大小。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

　　通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的暖風(fēng)芯子鋁管根部的抗彎強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。

　　3.3 改進(jìn)方案確定

　　通過驗(yàn)證，該改進(jìn)方案可有效提高暖風(fēng)芯子鋁管根部的抗彎強(qiáng)度，同時(shí)在暖風(fēng)芯子生產(chǎn)過程中增加該方形鋁板對(duì)工藝影響不大，便于實(shí)施。另外，該方形鋁板尺寸較小，可利用一些板材的邊角料進(jìn)行生產(chǎn)，可有效降低成本，供應(yīng)商可內(nèi)部消化該成本變化。最終，該改進(jìn)方案獲得了批準(zhǔn)實(shí)施。

　　4 結(jié)語

　　圖7 暖風(fēng)芯子改進(jìn)后三包退件返回狀態(tài)

　　通過對(duì)措施斷點(diǎn)后零件的市場(chǎng)表現(xiàn)跟蹤，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)效果良好，見圖7。在該問題改進(jìn)過程中，得到了產(chǎn)品工程師和供應(yīng)商的大力支持，使問題得到了快速斷點(diǎn)。該改進(jìn)措施只是在現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)上的局部?jī)?yōu)化，雖沒完全杜絕該問題，但已取得了很大進(jìn)步。該問題的解決，也為后續(xù)車型暖風(fēng)芯子的設(shè)計(jì)選型提供了借鑒作用。

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　　作者簡(jiǎn)介：馮振杰(1981-)，河北邢臺(tái)人，上海交通大學(xué)工程碩士，研究方向：車輛工程。