滾鍍工藝在火花塞生產(chǎn)中的應(yīng)用效果分析

羅 鑄

（株洲湘火炬火花塞有限責(zé)任公司，湖南株洲 412000）

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)火花塞的需求量激增，對(duì)火花塞產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格，火花塞掛鍍工藝因生產(chǎn)效率低、人工插掛的不可靠性、掛具的不穩(wěn)定以及鍍層的不均勻性的缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約著火花塞的發(fā)展，火花塞滾鍍工藝成為市場(chǎng)發(fā)展的主流，也是火花塞發(fā)展的必然之路。

1 火花塞的結(jié)構(gòu)與作用

火花塞是支持汽油發(fā)動(dòng)機(jī)工作的重要電器元件，它安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)，作為發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的終端部件?；鸹ㄈ慕Y(jié)構(gòu)主要有接線螺母、絕緣體（陶瓷體）、接線螺桿、中心電極、側(cè)電極以及金屬殼體組成，側(cè)電極焊接在外殼上[1-2]?；鸹ㄈ淖饔檬前迅邏簩?dǎo)線、頂置式點(diǎn)火圈送來的脈沖高壓電放電，擊穿火花塞兩電極間空氣，產(chǎn)生電火花，以此引燃?xì)飧變?nèi)的混合氣體，混合氣體燃燒做功。除此之外，火花塞還能保證可靠的冷啟動(dòng)，確保車輛在加速時(shí)不出現(xiàn)失火[3-4]，如果說發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，那么火花塞便是“心臟”的“起博器”。

2 火花塞殼體表面處理工藝

火花塞殼體材質(zhì)為低碳鋼，其表面處理的目的是通過電鍍?cè)诮饘俦砻娓采w一層致密的保護(hù)層，起到防止金屬殼體部分銹蝕及外表美觀的作用。

2.1 按表面處理膜層種類分類

火花塞殼體表面處理工藝，按照表面處理膜層種類的不同，可分為鍍鎳、鍍鋅、發(fā)黑等工藝。鍍鎳火花塞，是在火花塞殼體材質(zhì)表面進(jìn)行電鍍沉積一層鎳金屬層，該鍍鎳層為陰極性鍍層，電鍍完成后，火花塞必須加以輔助的涂油或者鈍化，達(dá)到封閉鎳層孔隙的作用，才能真正發(fā)揮出防腐的作用[5]；鍍鋅火花塞，是在火花塞殼體材質(zhì)表面進(jìn)行電鍍沉積一層鋅金屬層，該鍍鋅層為陽極性鍍層，因鋅比鐵活潑，故該鍍鋅層能先與外界的物質(zhì)反應(yīng)，當(dāng)鋅腐蝕完后，才腐蝕里面的鐵基體。鍍鋅完成后，火花塞需進(jìn)行鈍化及封閉處理，達(dá)到提升耐腐蝕的目的[6]；發(fā)黑火花塞，是在火花塞殼體材質(zhì)表面經(jīng)過高溫及強(qiáng)氧化劑處理，在金屬表面產(chǎn)生一層Fe3O4的氧化膜，再經(jīng)過皂化及浸油處理，以達(dá)到防腐目的。

2.2 按電鍍方式分類

火花塞殼體表面處理工藝，按照電鍍方式的不同，分為掛鍍和滾鍍工藝。掛鍍也叫吊鍍，是將工件懸掛于用導(dǎo)電性能良好的材料制成的掛具上，然后浸沒于欲鍍金屬的電鍍?nèi)芤褐凶鳛殛帢O，在兩邊適當(dāng)?shù)木嚯x放置陽極，通電后使金屬離子在零件表面沉積。掛鍍的特點(diǎn)是：掛鍍適合面積大，數(shù)量少，形狀復(fù)雜，對(duì)鍍層厚度有較高要求的零件，鍍層厚度在10μm以上；電鍍時(shí)單件電流密度較高且不會(huì)隨時(shí)間而變化，槽電壓低，鍍液溫升慢，帶出量小，鍍件的均勻性好；但生產(chǎn)率低，設(shè)備和輔助用具維修量大[7]；滾鍍是將欲鍍零件置于多角形的滾筒中，依靠工件自身的重量來接通陰極，在滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中實(shí)現(xiàn)金屬電沉積的方法。滾鍍的特點(diǎn)是適合批量生產(chǎn)且面積較小的零件，鍍層厚度在10μm以下；單件電流密度小，電流效率低，槽電壓高，槽液溫升快，鍍液帶出量大。與掛鍍相比，滾鍍最大的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)率，設(shè)備維修費(fèi)用少且占地面積小，鍍件鍍層的均勻性好。但是，滾鍍的使用范圍受到限制，鍍件不宜太大和太輕[8]。

3 滾鍍工藝在火花塞生產(chǎn)中的應(yīng)用效果

3.1 產(chǎn)品質(zhì)量改善

3.1.1 產(chǎn)品鍍層均勻性改善

采用掛鍍鎳工藝，產(chǎn)品鍍層厚度均勻性在12μm±8μm；掛鍍生產(chǎn)過程中為保證低電流區(qū)域鍍層控制在3μm以上，掛具四個(gè)角（高電流區(qū)）鍍層厚度可達(dá)到20μm，存在極大的鍍層極差，鎳材有效利用率低下；采用滾鍍鎳工藝后，產(chǎn)品鍍層厚度均勻性可控制在5.5μm±1.5μm；鍍層區(qū)波動(dòng)區(qū)間小，可調(diào)整性大，能根據(jù)不同客戶的要求，提供靈活的鍍層控制區(qū)間，鎳材利用率高。

3.1.2 產(chǎn)品側(cè)電極起皮改善

掛鍍鎳工藝因電流存在高低區(qū)，導(dǎo)致側(cè)電極鍍層上鍍厚度不均勻，同時(shí)因?yàn)閭?cè)電極的高區(qū)尖端放電效應(yīng)，鍍層厚度極差更加明顯，導(dǎo)致側(cè)電極彎曲后容易起皮；側(cè)電極酸洗活化過程同樣存在類似問題，導(dǎo)致側(cè)電極表面酸洗活化不充分，起皮風(fēng)險(xiǎn)大，無法從根本上解決側(cè)電極鍍層起皮問題；采用滾鍍鎳工藝后，因?yàn)殄儗泳鶆蛐缘玫綐O大的提升，消除了側(cè)電極尖端放電效應(yīng)，側(cè)電極鍍層厚度均勻，酸洗活化因滾鍍過程的轉(zhuǎn)動(dòng)變得更加均勻，側(cè)電極表面活化充分，從根本上解決了側(cè)電極起皮的問題。

3.1.3 產(chǎn)品鉚邊口起皮改善

掛鍍工藝采用掛具導(dǎo)電，一槽有6附掛具，每附掛具上有144個(gè)銅導(dǎo)電端，任何一掛具出現(xiàn)導(dǎo)電不良或者144只導(dǎo)電端接觸不良，都將導(dǎo)致電鍍電解除油或者電鍍過程斷電，且不易建立斷電電流檢測(cè)；掛鍍除油采用靜止除油，殼體無法轉(zhuǎn)動(dòng)，除油不充分徹底；掛鍍酸洗過程存在高低區(qū)，酸洗不均勻不充分；采用滾鍍鎳工藝后，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，提升殼體除油效果；導(dǎo)電采用單一的導(dǎo)電線與工件接觸，可通過電鍍電解整流機(jī)和電鍍整流機(jī)，直接監(jiān)控電流通斷，可有效地監(jiān)控殼體導(dǎo)電情況，酸洗活化因滾鍍過程的轉(zhuǎn)動(dòng)變得更加均勻，殼體表面活化充分，從根本上解決鉚邊起皮的問題。

3.1.4 產(chǎn)品螺紋尺寸改善

掛鍍工藝鍍層均勻性差，螺紋尺寸隨之變化，極差位置的殼體存在螺紋牙型角電鍍后變化，導(dǎo)致殼體螺紋通、止規(guī)不合格；采用滾鍍工藝，因鍍層均勻性的極大提升，殼體螺紋尺寸穩(wěn)定可靠。電鍍后QH216殼體螺紋尺寸CPK達(dá)到2.0以上。

3.1.5 產(chǎn)品外觀一致性改善

掛鍍工藝因?qū)щ娺^程的掛具不可靠，殼體存在外觀差異，因存在電流高低區(qū)，殼體外觀亮度存在明顯的差異，高區(qū)殼體亮度好，低區(qū)殼體外觀亮度差；電鍍過程陰陽兩極可能存在的溫度差異，殼體存在陰陽面缺陷，即半邊光亮半邊昏暗；滾鍍工藝由于滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，提升了殼體一致性，電流密度均勻，無高低區(qū)差異，陰陽極間因滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，溫度均勻，外觀一致性良好。

3.2 勞動(dòng)效率提高

3.2.1 生產(chǎn)工人減少

掛鍍工藝，殼體電鍍前需要人工上掛具，效率低，一條500萬只/月產(chǎn)能的掛鍍工藝生產(chǎn)線，需配備插掛工9人才能保證正常生產(chǎn)進(jìn)行；滾鍍工藝，取消插掛工序，殼體直接進(jìn)滾筒生產(chǎn)，無須插掛人員。采用滾鍍工藝后，電鍍車間3條電鍍生產(chǎn)線共節(jié)約插掛工27人，生產(chǎn)工人由原來的45人減少至18人。

3.2.2 生產(chǎn)效率提高

掛鍍工藝生產(chǎn)線，生產(chǎn)節(jié)拍為430s，每周期生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量144×6=864只；產(chǎn)品節(jié)拍2只/s，需生產(chǎn)工人15人；滾鍍工藝生產(chǎn)線，生產(chǎn)節(jié)拍為450s，每周期生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量2 250只；產(chǎn)品節(jié)拍5只/s，只需生產(chǎn)工人6人，與掛鍍工藝相比，滾鍍工藝生產(chǎn)線生產(chǎn)效率提高2.5倍，生產(chǎn)工人減少60%。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益提高

3.3.1 鎳材消耗降低滾鍍工藝，鍍層鎳材不同系列鍍層平均消耗基本一致，鍍層平均消耗約為0.02g/μm，按5.5μm鍍層厚度控制，鎳材消耗約1.1kg/萬只，掛鍍工藝鎳材消耗達(dá)到1.7kg/萬只，采用滾鍍工藝，每萬只可節(jié)約鎳材0.6kg，鎳的價(jià)格為110元/kg；按公司年產(chǎn)15 000萬只鍍鎳火花塞計(jì)算，每年可節(jié)約鎳材成本為0.6kg×110元/kg×15 000=99萬元。

3.3.2 掛具消耗節(jié)約

滾鍍工藝無須消耗掛具，掛鍍工藝每年掛具成本約32元/萬只，按公司年產(chǎn)15 000萬只鍍鎳火花塞計(jì)算，采用滾鍍工藝，每年可節(jié)約掛具成本為32元/萬只×15 000萬只=48萬元。

3.3.3 人工成本節(jié)約

掛鍍工藝，插掛工人人均人力成本約4.5萬元/a，按公司年產(chǎn)15 000萬只鍍鎳火花塞計(jì)算，采用滾鍍工藝，每年可節(jié)約插掛工人27人，每年節(jié)約人工成本：4.5×27=121.5萬元。

3.3.4 燃動(dòng)消耗降低

滾鍍工藝替代掛鍍工藝后，火花塞生產(chǎn)線槽液總體積縮小60%，自來水消耗由14t/萬只下降至5.5t/萬只，蒸汽消耗由45m3/萬只下降至32m3/萬只，電消耗由75kW·h/萬只下降至40kW·h/萬只，綜合燃動(dòng)成本下降約98元/萬只，按公司年產(chǎn)15 000萬只鍍鎳火花塞計(jì)算，每年節(jié)約燃動(dòng)成本為98× 15 000=147萬元。

3.3.5 產(chǎn)品廢損下降

滾鍍工藝替代掛鍍工藝后，火花塞殼體廢損由15元/萬只下降至4元/萬只，按公司年產(chǎn)15 000萬只鍍鎳火花塞計(jì)算，采用滾鍍工藝，每年產(chǎn)品廢損下降為11×15 000=16.5萬元。

按公司年產(chǎn)15 000萬只鍍鎳火花塞計(jì)算，采用滾鍍工藝后，年經(jīng)濟(jì)效益提高：99+48+121.5+147+16.5=432萬元?；鸹ㄈ婂兂杀?，掛鍍工藝為0.113元/只，滾鍍工藝為0.07元/只，因此，采用滾鍍工藝，火花塞成本下降了38%左右。

4 結(jié)論

火花塞殼體表面處理工藝，按照表面處理膜層種類的不同，可分為鍍鎳、鍍鋅、發(fā)黑等工藝；按照電鍍方式的不同，分為掛鍍和滾鍍工藝?；鸹ㄈ麙戾児に囈蛏a(chǎn)效率低，人工插掛的不可靠性，掛具的不穩(wěn)定以及鍍層的不均勻性的缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約著火花塞的發(fā)展，火花塞滾鍍工藝成為市場(chǎng)發(fā)展的主流。滾鍍工藝在火花塞生產(chǎn)中的應(yīng)用效果很好，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品質(zhì)量大為改善，勞動(dòng)效率大幅提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。