分体内机分离式面板自动装配技术研究与应用

分体内机分离式面板自动装配技术研究与应用

蔡莹

珠海格力电器股份有限公司，广东珠海，519070

摘要：分体内机分离式面板组装由基板、双面胶、面板及底涂剂组成，分别由6人完成，其工序分为取基板、刷底涂剂、贴双面胶、撕离型纸，装面板及静压。此装配工序繁杂，且面板存在U型结构，两侧耳朵自动装配使极易刮胶，自动化实施非常困难。本文主要论述开发新的粘接技术，以及面板自动装配技术，实现分离式面板的自动装配。

关键词：分体内机;面板;自动化;装配

Research and Application of Automatic Assembly Technology of Split Machine Separator Panel

Cai Ying

        Gree Electric Appliances, Inc.of Zhuhai   Zhuhai ,Guangdong  519070

Abstract:The split in-body separation panel assembly is composed of a substrate, double-sided adhesive, panel and primer, which is completed by 6 people, and its process is pided into taking the substrate, brushing the primer, attaching double-sided adhesive, tearing off the paper, loading the panel and static pressing. This assembly process is complicated, and the panel has a U-shaped structure, and the automatic assembly of the ears on both sides makes it very easy to squeak, and the automation is very difficult to implement. This article mainly discusses the development of new bonding technology, as well as the automatic assembly technology of the panel to achieve the automatic assembly of the separated panel.

Key words: Split in vivo; Panel; Automation; assemble

0 引言

分体内机面板与基板的传统生产工艺是先使用双面胶粘贴到基板上，把离型纸剥离后再将面板与基板粘贴在一起。这种工艺方法及粘贴的方式比较落后，存在许多缺陷，生产效率低，需要人工把双面胶粘贴到基板上，剥离离型纸后，再面板与面板粘贴在一起，整个过程需要多人操作才能满足生产，生产效率低；产品质量一致性差，装配过程全部由人工完成，面板与基板间没有设计定位，操作容易出现偏差导致质量事故；成本高，双面胶价格高，约3.3元/米。以L分体内机面板为例，一台内机上就需使用4米的3M胶，花费13.2元，价格高。

该工艺方法不环保、对员工职业健康及环境危害大，在粘贴双面胶前需要使用底涂剂清洁基板，而底涂剂含有甲苯等有害物质，剧毒，对人的神经系统、生殖系统危害巨大，对水生生物危害非常大，且带有刺激性气味；售后有反馈面板与基板脱落的情况发生。综上所述：随着公司和消费者对产品质量的要求不断提高、社会大众对环保问题的聚焦及对职业健康重视，这种作业的方式越来越不适合现在的要求，急需开发一种新的环保的工艺取代目前落后的工艺。

1面板装配分析

面板装配需要将面板与基材经过黏贴中介进行压紧，确保粘贴牢固。其粘贴过程包括润湿——变流——扩散——渗透——成键（或形成固体），润湿是形成粘接的先决条件，扩散是形成粘接的主要过程，成键是粘接强弱的决定因素。只有当胶粘剂能够润湿基材是才能起到粘合的作用，面板粘结效果如图1所示。润湿的热力学条件是：液体表面张力（表现能），金属、无机物的表面能都很高，而塑料、有机物、胶粘剂、水等的表面能较低，而我们应用的主要是塑料与塑料间的粘接，塑料间的粘结、目前公司对基材表面的洁净程度要求是否能满足要求，需要实验验证才能得到，实验情况详细见实验验证[1]。

图1 面板粘结效果图

粘接力是机械嵌合力、分子间作用力和化学键力三种力综合作用的结果，机械嵌合力与分子间作用力的普遍存在的，如能形成化学键，尽管数量可能不多，却会使粘接力大增[2]。不同类型的胶粘剂，三种力的贡献是不一样的。大部分热熔胶和水胶的粘接力主要来源于机械嵌合力与分子间作用力，只有反应性胶粘剂才会形成较多的化学键，如图2为化学键固化。

图2 化学键固化图

反应型热熔胶的固化表现分为两个步骤，热塑性状态：热熔胶使用时是熔融状态，冷却时成为固体，称之为固化，由此提供了初粘力；反应过程：热熔胶开始交联反应，它受温度和湿度的影响，完全固化后达到最终的粘合强度，这个过程不可逆。

2粘胶剂选型

根据内机面板与基板的粘结性能以及使用环境要求，制定了如下技术要求：无刺激性气味，满足我司静检漏设备的检漏要求 ；要求温度在-30℃~80℃以上保持其性能不变化，不出现老化、脱胶开裂等异常 ；胶粘剂环保无毒、无害，对操作人员职业健康无影响、对环境友好。胶粘剂的颜色无色透明，面板与基板粘贴后，从正面看，不能看到胶粘剂的涂胶轨迹。要求在粘贴后1分钟以内具有一定的初粘性，保证粘贴后被粘贴件不会产生位移。要求对注塑件HIPS、ABS、PC等塑料、玻璃、亚克力等无腐蚀[3]。

基于装配要求如下，在高低温循环条件下，胶粘剂不能出现裂纹、脆化等异常，且与被粘贴件粘贴良好（在高温60℃±2 ℃，相对湿度95％±5％的环境中放12h，后迅速转入低温-30℃的环境中放12h，反复5个循环）。温度23 ℃±2 ℃，相对湿度50％±5％条件下仿照生产工艺要求（涂胶方式、涂胶路线、温度、环境要求等）粘贴好样件，粘贴完成后需要用压紧工装进行压紧。并在实验环境下静置2 h；后置于65℃，相对湿度95％±5％环境下，100h后取出观察，样件无变形、开裂、脱胶等情况。面板与基板粘贴后，将基板悬挂起来，并在面板上至少负重面板4倍的重量，在环境温度60℃±2 ℃，进行高温静态悬挂试验，受力方向与胶面平行，悬在高温试验室悬挂时间不少于100h，面板与基板不出现相对位移、不能有脱胶、脱落现象[4]。根据技术要求分别从水性胶、有机硅胶、普通热熔胶、PUR胶水中做相关验证，确定可行性，粘结失效情况如图3所示。

图3 粘结失效图

3 粘胶剂实验验证

根据初步验证，选择PUR反应型热熔胶为切入点开展。PUR不含水和溶剂，固含量100%，是一种高性能的环保型胶粘剂。与普通热熔胶相比，具有优异的综合性能，兼有普通热熔胶无溶剂、初粘性高、装配定位迅速等特性，又具有反应型液态胶粘剂特有的耐水、耐候、耐蠕变、耐介质等性能，且固化后不可逆，理论上符合项目对胶粘剂的要求，但仍有众多失效点需要大量实验验证[5-6]。

对PUR热熔胶开展常规耐温性能测试、可靠性测试、极限实验测试、长期实验等测试验证，采用PUR热熔胶型号9674、3700、4661、4663以及3M双面胶55112019进行对比测试，冷热冲击测试将样件装于整机，放于低温-30℃×12h，然后转60℃×12h，共做5个循环（120h），观察是否出现变形，面板是否出现透视胶痕。高温潮态将样件装于整机，放于高温潮态实验箱（60℃±2℃，相对湿度95％±5％），120h后取出观察，查看是否出现变形，面板是否出现透视胶痕。兼容性测试用胶水粘结ABS、HIPS、PC、ABS+PC以及透明ABS进行兼容性测试，观察是否出现异常情况。经测试可满足技术要求，如图4为高温潮态实验图。

图4 高温潮态图

采用PUR热熔胶型号9673、3900、3700与3M双面胶进行对比悬挂测试，常温悬挂将粘贴好的样品两块（面板+基板）进行静态悬挂试验，受力方向与胶面水平，悬挂重物重量为装饰板自重的5倍，悬挂时间2周；常温静态垂直悬挂标准工况下（温度23 ℃±2 ℃，相对湿度50％±5％）将粘贴好的样品（面板+基板）进行静态悬挂试验，受力方向与胶面垂直，悬挂重物重量为5kg，悬挂时间2周，试验后观察结果，胶粘零件之前未发生位移，未出现脱胶、脱落现象视为合格。高温静态悬挂将基板进行处理，增加悬挂孔或挂钩；标准工况下（温度23 ℃±2 ℃，相对湿度50％±5％）仿照生产工艺要求粘贴好样件，粘贴完成后需要用压紧工装进行压紧。并在实验环境下静置2 h； 将粘贴好的样品两块（面板+基板）移至高温试验室，试验室环境温度60℃±2 ℃，进行高温静态悬挂试验，受力方向与胶面平行，悬挂重物重量5kg，在高温试验室悬挂时间72h后观察面板与基板相对位移不能超过1mm、不能有脱胶、脱落现象。

表1 悬挂实验

悬挂实验测试结果如表1所示，PUR热熔胶9673粘结的面板组件耐温变效果显著，3M双面胶在耐温效果上较差，其粘结的面板组件存在内凹变形且分离的情况，以此实验数据可以看出，9674/3700/4661满足我司空调器室内机温变性能要求。

4 面板自动装配应用

为满足涂胶精度及一致性要求，同时实现减员提效的目标，开发了一套面板与基板自动装配流水线，实现自动清洁、自动涂胶、自动装配以及自动静压工作，全程只需1~2人协助上料及下料工作。如图5为面板自动装配示意图。

                              图5 面板自动装配示意图

在面板自动装配过程中存在面板与基板粘结后开裂的问题，经现场分析及验证此开裂问题与涂胶路径、胶条直径以及静压有密切关系。优化涂胶路径，将涂胶路线紧靠基板及显示窗边缘，使边缘粘结更为紧密 。增加胶条直径，增加基板前后侧的胶条直径，将整个涂胶过程分为四段，前后侧涂胶采用慢速，左右两侧为快速涂胶 。将静压设备上模分为三块，中间高两侧低的静压模式，实现先压中间、后压两侧的方式进行应力释放[7] 。将设备优化后，经过反复验证，胶条粘结牢固，稳定可靠。

将面板装配到已涂胶的基板上时，因设备是由上而下动作的，装配时面板两侧与基板两侧平行，势必造成刮胶隐患，经过分析在设备上设计推耳机构，使得在面板装配过程中紧推基板耳朵，以此避让胶水与面板侧面接触。可以防止装配过程中刮胶、涂覆不均匀等情况。如图6为设备现场应用图。

图6 设备现场应用图

5 结论

    研究分体内机分离式面板自动装配技术，取消3M底涂剂对面板进行前处理，保障环境、职业健康。PUR热熔胶符合欧盟Reach及ROHS检测，对环境和职业健康不影响。面板与基板自动装配设备除上料工位属敞开外，其余机械运动部位均属密闭状态，同时在熔胶设备及机器人运动岗位，设置有门机连锁，即开门后机器人停止一切动作。采用PUR胶对面板与基板进行粘结，采用自动涂胶、自动装配，取消了更改前的人工操作模式，降低生产成本，保证了产品装配的一致性，进一步提升了车间的管理水平。

参考文献：

[1] 戴力.汽车涂胶工艺应用研究[J].汽车零部件，2017（08）：71-74.

[2] 王汉文等. 空调分体内机底壳自动涂胶机的研发与应用[J].日用电器,2014（8）:97-99.

[3] 张卫攀，郭春英，甘志超，等.智能涂胶机器人系统在航空工业中的应用[C].2016航空试验测试技术学术交流会论文集，2016.

[4]顾嘉等. 空调内机装配仿真与优化[J].机械设计与制造.2016(1):198-201.

[5] 濮良贵, 纪名刚. 机械设计[M]. 北京：高等教育出版社, 2001.

[6] 牛立坤.基于装配的间隙配合设计[J].机电信息, 2016(1):95-97．

[7] 谈宏华等.自动化生产线空调面板装配机械手的设计[J].武汉工程大学学报,2015(2):50-53．

作者简介：蔡莹，男，中级工程师，珠海格力电器股份有限公司工艺部，从事家用电器自动化装配工艺研究。通讯地址：广东省珠海市香洲区前山金鸡西路789号，519070，电话：16626259481，邮箱：