半导体功率组件自动拧紧工作站设计

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714001

摘要：某公司半导体功率组件产品有品种多（约百余种产品）、拧紧紧固力大（最大紧固力矩达百余牛米、自动设备少（全部采取手工压装的生产方式）的生产特点。近几年功率组件产能为5万套左右，經预测，十三五器件功率组件将有50%增长，手动功率组件装配线最大日产能约150套，不能满足规划需求。目前人力成本居高不下，急需提高工作效率，降低劳动强度，提高组件质量的稳定性。

关键词：功率组件；拧紧；规划设计

根据国内外功率组件生产上的特点和普遍情况，结合某公司的具体情况，设计该公司的功率组件拧紧工作站，其目的在于：

1）通过该项目能有效提高功率组件生产能力、效率，改变手工作坊式式生产模式，有效提高装配效率和装配质量。

2）通过该项目能有效降低人员配置力。

3）通过功率组件拧紧工作站设计能有效提组件装配的核心制造水平，可有效提企业的整体形象。

为了实现功率组件拧紧工作站搭建，从而有效提高某公司功率组件的核心竞争力和综合获利能力，本文的主要研究内容如下：

一、功率组件紧固方式方法的分析和研究

通过对功率组件装配的加工精度要求和应用现场所起的作用，对过程工艺要求，出厂检验标准要求进行分析，确定各关键零部件的装配方式和方法。

二、自动拧紧工作站的设计

通过对功率组件装配全过程的分析研究，并接合国内同行业各生产厂装配生产的优劣对比，设计一个自动拧紧工作站，该流水线涵盖改公司所有型材类功率组件。

生产纲领的确定主要受以下三个方面因素的影响：计划生产能力；实际可利用的生产厂房；实际可投入的资金情况。

其中，生产能力是确定生产纲领的最主要的因素。根据某公司历年功率组件市场总体情况和该行业的发展前景以及线性的实际生产能力和未来5年的发展规划，仅从满足功率组件压装这一角度考虑，本次规划的生产能力应定为年10万套。

其次，实际可利用的生产厂房是确定生产纲领的另一个主要的因素。

另外，本次功率组件拧紧工作站为计划外投资，不可能大规模的购置各类先进设备，对生产线方案设计也有一定的影响。

通过对以上影响生产纲领的各种因素的综合考虑，确定本次技改规划该功率组件拧紧工作站的生产纲领为：生产节拍60s，年产10万套、预算××万元。

功率组件拧紧工作站是该装配流线中最主要的设备，也是决定此装配线能否顺利运行关键设备。工艺实现、质量保障、作业强度、作业节拍均由该工作站决定。

对于拧紧工作站各主要配置的设计如下：

1）自动拧紧的种类范围：通过对同行业调研基本没有可参考案例，根据功率组件构成，据统计各年度功率约80%以上为型材散热器。

本拧紧工作站主要适用如下特征功率组件：

需要紧固的螺杆一字排开，分布在散热器轴对称中心；

常规功率组件螺栓孔距在135270mm分布；

常规功率组件长宽高尺寸，长：265520mm，宽100240mm，高95247mm。

2）拧紧工作站的基本组成和布置形式：

拧紧工作站为半自动工作站形式，人工选择拧紧程序和启动，设备自动对位、顶升、压紧、拧紧、变矩、变位；由铝合金搭建主体框架、电气控制系统、拧紧控制系统、工件顶升/压紧系统、安全防护系统、信息显示系统、操控系统、工装夹具部分组成所有机构和部件均安装在框架上配有双手启动按钮，信号灯柱、触摸显示屏变矩和变位由伺服控制。

3）通用工装夹具设计：以产品底部中心槽定位，将产品放到工装板上使产品的左端面为定位面抵靠在左定位板上，前后摇动锁紧丝杆来推动推板，将产品上下两连接部分长度方向对齐，然后通过滑轨推动右侧推板将产品左右方向对齐。底部防跟转部分根据不同产品来进行快速更换。

4）擰紧工作站操作设计：首先在输送线上工人将工件放入托盘夹具中，工件前后通过摇动丝杆加紧前后，工件左右通过推板推紧平齐。

A.根据产品型号选择拧紧程序；

B.托盘移动到位；

C.操作者双手按启动按钮；

D.设备将托盘顶升、压紧；

E.拧紧工具下降，对螺栓拧紧；

F.拧紧合格，信号灯绿灯亮，操作屏幕里工件图片上该螺栓显示合格，同时显示拧紧结果；

G.伺服驱动拧紧轴移动至下一组螺栓，然后再次开始拧紧；

H.直至所有螺栓全部拧紧，全部合格灯亮；

I.异常情况处理：如有螺栓不合格，不合格灯亮，此时设备会自动反松该螺栓，然后再次进行拧紧。如仍然不合格，设备锁定，班组长到场处理。

5）拧紧的生产节拍：根据生产纲领要求，确定该功率组件拧紧工作站的生产节拍为满足箱总成=420套/天。

6）工作站性能设计：最大扭矩：90N.m，转速：650r/min， 输出头： 1/2；精度：±2.5%，零速保持、同步功能；具有数据存储、分析、统计，故障报警、故障代码显示、故障原因分析，过载、过流、过压保护等功能、以及在外接计算机下显示拧紧曲线、cp、cpk值计算和编程等功能；工具应具备扭矩控制转角监视、转角控制扭矩监视、屈服点控制等功能；具有拧紧结果显示、合格/不合格信号显示、紧急停止、光栅安全防护等功能手动、自动两种模式可切换。

通过对国内装具有功率组件装配的厂家生产组织的现状和存在问题的了解和研究，对各大厂家生产组织的优缺点进行了全面的论述。并在此基础上对功率组件拧紧工作站进行了规划设计，得出了以下的结论。

①对功率组件自动拧紧方式方法进行了分析和研究：通过对功率组件中所有外观尺寸的整理与研究，对功率组件进行了梳理。并对常见尺寸的功率组件压装求进行了细致的分析，确定了装配的加工方式和方法。

②针对功率组件设计了拧紧工作站：通过对功率组件装配全过程的分析研究，并接合国内同行业各生产厂家装配生产组织形式的优劣对比，设计了一个拧紧工作站，该工作站是目前国内同行唯一的自动拧紧工作站，有效保证了拧紧质量和效率。

参考文献：

[1]王树.变频调速系统设计与应用.机械工业出版社，2004.5.

[2]冯诚.先进生产模式理论与实践.兵器工业出版社，2000.

作者简介：刘斌（1990），男，湖南长沙人，本科，助理工程师，研究方向：IE工程方向。