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基于六西格玛的零件厚度尺寸控制的研究与应用

来源:杂志发表网时间:2021-01-05 所属栏目:金属学与金属工艺

  

  随着制造业轻量化进程,铝合金型材更加广泛地应用于飞机等飞行器的主要骨架零件[1]。T型材因其抗弯能力强、节约成本、结构重量轻等特点,被广泛的应用于航空制造业,在制造过程中,通过对T型材进行拉弯后机械加工,满足不同飞机、不同部位的需求。以该典型零件为例,研究如何应用六西格玛方法,通过数据统计、分析,找出影响厚度尺寸的关键Xs,实施改进工作,提高零件合格率,降低端面厚度尺寸超差的DPMO(DefectsPerMillionOpportunities,百万机会的缺陷数)。

基于六西格玛的零件厚度尺寸控制的研究与应用

  1项目简介

  目前,T型材拉弯后零件外形面和内型面均需要进行机械加工,但是在加工过程中,零件端面厚度尺寸超小,且加工质量非常不稳定,严重影响了产品交付和公司印象,顾客抱怨,要求尽快改进。为满足顾客要求,提高零件端面厚度的合格率,基于六西格玛方法,对T型材拉弯后端面厚度尺寸进行研究和应用。

  2项目介绍

  2.1组建团队

  根据端面缘条厚度尺寸超差的历史数据,确定题目,成立项目团队,团队成员包括工艺主管、工长、工人及检验人员。

  2.2项目定义

  2019年1月到2020年4月,某项目T型材零件共生产59件,厚度尺寸实测值超出8.89±0.25mm(8.64~9.14mm)共计34件,端面缘条厚度尺寸(Y)的FTY为42%,产品合格率较低,顾客抱怨,要求改进。将某项目的该类零件的厚度尺寸的DPMO从580000降低到116000,改善80%。以数据为基础,从而确定缺陷定义———用精度0.01mm超声波测厚仪对端面100mm内厚度尺寸进行检测3次,记录最大值和最小值,如图1所示,团队成员经过对出现该类零件的故障进行调查,发现厚度尺寸整体偏小,因此将最小值作为研究对象。

  2.3解题思路

  进一步分析发现,DM阶段历史数据均值(8.52mm),相对理论均值(8.89mm)小0.37mm,为了提高厚度尺寸合格率,首先需要解决厚度偏小问题,提高准度。在Minitab软件中,将历史数据整体增大0.37mm后,从图2可以看出:理论上均值往目标区间移动,且大部分厚度尺寸落入规格线内,但是波动较大。通过数据初步分析,考虑先移动厚度尺寸平均值,再减小尺寸波动,提高精度。

  2.4工艺路线分析(图3)

  分析该零件的工艺路线,该零件的工艺路线主要包含“粗加工→拉弯成形→人工时效处理→精加工”4个步骤,其中厚度尺寸形成于精加工工序。进一步分析精加工内所有工艺路线,发现加工主要流程为“装夹零件→精铣外型,A面内型→精铣B面内型”,厚度尺寸由精铣外型和精铣B面内型共同形成。

  2.5原因分析

  团队成员运用头脑风暴法,从5M1E(即人、机、料、法、环、测)6个方面入手,分析可能导致厚度超差的原因,如图4所示,并确定了可能影响明显的尺寸,X1粗加工余量、X2定位面间隙、X3原点偏移方式、X4刀长调整值、X5操作人员,作为收据收集的对象,制定了数据收集计划表。经过数据验证,通过Minitab中进行回归分析,发现X1、X2对厚度Y的贡献率分别为23.2%、55.8%,贡献度达到79%,从而从数据上,找到了影响Y的关键Xs(图4)。

  2.6机理分析

  通过数据分析可以得到,粗加工余量、定位面间隙是影响Y的关键Xs,接着从机理对Xs对Y的影响进行分析。2.6.1粗加工余量零件理论边界最大处要求为14mm,而粗加工后,实际材料最大处仅14mm,由于材料曲率与零件曲率不同,且拉弯后,所有表面均要进行去除加工,因此粗加工余量不足会导致厚度尺寸整体偏小,如图5所示。2.6.2定位面间隙常规的精加工方案,将滚弯、人工时效后毛坯面作为加工外形的基准面,由于拉弯后表面凹凸不平,导致定位面不平整,加工中缘条容易晃动,导致厚度尺寸波动较大,如图6所示。通过机理分析可看出,粗加工余量和定位面间隙分别是导致厚度尺寸超差的原因,与基于数据的原因分析结论相同,因此,将粗加工余量调整和定位面间隙控制作为项目主要改进对象。

  2.7流程梳理与改进

  团队成员对加工流程进行分析后,发现在“精铣外型和A面内型面”时,直接采用拉弯时定位面,加工时不稳定,从而造成缘条尺寸波动,因此在精铣前,增加了“修基准面B”工序,保证定位面间隙受控,改进前后流程如图7所示。

  2.8项目改善

  2.8.1增加粗加工余量更改工艺方案,经过3次试验验证,确定粗加工留余量3.3mm,减少了精加工时余量不足的现象,能够较好的保证厚度尺寸的合格率。试验验证时,因钣金拉弯机和模具需根据余量变化进行返修,返修周期较长,无法实现单件分析,所以取3个余量增加尺寸,分别为0.3mm、2mm、3.3mm进行验证,最终当余量取至3.3mm时,厚度尺寸均值达到8.90mm,与理论均值大0.01mm,因此选3.3mm作为改善目标。2.8.2控制定位面间隙增加修基准B面工序,将毛坯面修平后用作A面定位基准面,根据拟合线图,间隙控制在0.1mm范围内,厚度尺寸稳定。通过修改车间交接、制造大纲。

  2.9项目控制计划

  根据改善要点,在流程中增加粗加工余量、定位面检查的环节,对关键因素进行控制,项目的控制计划见表1。

  2.10项目改善效果

  通过上述的流程改善,完善关键的X1粗加工余量、X2定位面间隙的因素后,项目的改善情况对比如图8所示,项目的改进控制阶段完成情况较好。项目改善后,实际将95204零件厚度尺寸的DPMO从580000降到62500,改善89.2%。

  2.11风险评估及管理

  在对关键因素增加粗加工余量、修基准面改善后,需事先评估改善关键因素可能带来的风险。采用FMEA方法进行风险评估分析(表2),经分析后,RPN<120,属于低风险,无需继续改进。

  3结束语

  通过对六西格玛项目的开展,团队成员紧密合作,通过对数据统计、分析,找到了影响该问题的关键Xs,提高了该零件的一次合格率,使零件整体的质量得到了提升,并为后续T型材拉弯后机械加工尺寸保证、企业六西格玛应用积累经验。

  参考文献

  [1]刁可山,周贤宾,金朝海.铝合金型材拉弯成形研究进展[J].塑性工程学报,2003(6):38-42.

  [2]迈克尔·L·乔治编著.方海萍,魏青江译.精益六西格玛[M].北京:机械工业出版社,2005.

  [3]黄艳.六西格玛绿带培训教材[M].北京:中航工业精益六西格玛研究所,2015.

  [4]何桢.六西格玛绿带手册[M].北京:中国人民大学出版社,2020.

  《基于六西格玛的零件厚度尺寸控制的研究与应用》来源:《设备管理与维修》,作者:张钱钱 贺皑

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