基于6σ的封嚴板尖端分層控制的研究與應(yīng)用

胡航兵，劉 文

（航空工業(yè)成都飛機工業(yè)（集團）有限責(zé)任公司，四川成都 610092）

0 引言

近年來，先進復(fù)合材料的研發(fā)發(fā)展迅速，由于其模量、強度、抗腐蝕、耐疲勞等性能方面的優(yōu)異表現(xiàn)，直接迎合了航空、航天和國防等尖端技術(shù)領(lǐng)域的需求[1]。新一代戰(zhàn)斗機主承力結(jié)構(gòu)較多采用了復(fù)合材料整體化結(jié)構(gòu)，對飛機平臺的減重、減阻和實現(xiàn)多功能有較大的貢獻[2]。

復(fù)合材料具有密度小、強度高、比模量大的特點，但其抗沖擊強度弱。封嚴板作為某型機復(fù)合材料整體化結(jié)構(gòu)，具有薄壁、復(fù)雜外形、存在閉角（凸緣面和腹板面形成角度＜90°）的特點。其制造采用手工鋪疊、熱壓罐成型工藝，脫模困難，易受到外力沖擊造成分層。團隊成員以現(xiàn)場零件為研究對象，通過應(yīng)用6σ方法對零件分層，從工藝流程、方法、工裝工具改進等方面進行歷史數(shù)據(jù)收集、測量系統(tǒng)分析，尋找影響尖端分層的主要原因，針對主要原因制定改進措施并進行可行性分析，提出避免封嚴板尖端分層故障后續(xù)研究方向與研究目標(biāo)，降低尖端分層故障的DPMO（Defects Per Million Opportunities，百萬機會的缺陷數(shù)）。

目前，封嚴板在手工鋪疊、熱壓罐成型工藝、脫模過程中容易受到外力影響，造成零件分層，嚴重影響了產(chǎn)品交付和公司印象，顧客抱怨，要求盡快改進。為滿足顧客要求，基于6σ方法，解決封嚴板尖端分層的質(zhì)量問題，提高零件合格率[3]。

1 項目簡介

1.1 組建團隊

針對封嚴板尖端分層故障的數(shù)據(jù)分析情況，找到關(guān)鍵影響，確定了課題名稱，成立由工藝人員、生產(chǎn)工長、工人及質(zhì)量控制人員組建的專項改進團隊。

1.2 項目意義

質(zhì)量攻關(guān)團隊對2020年9月—2021年3月某型機封嚴板零件投產(chǎn)情況進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)共投產(chǎn)54件，其中23件零件尖端分層，出現(xiàn)故障，合格率為57.4%，造成大量的產(chǎn)品報廢或返工，導(dǎo)致成本增加，對后續(xù)產(chǎn)品的準(zhǔn)時交付造成嚴重影響。項目組成立專項團隊進行專項改進活動，計劃將封嚴板零件尖端分層故障數(shù)的DPMO從426 000降低為85 200，改善80%。

項目缺陷定義（圖1）：當(dāng)零件完成脫模后，檢驗人員使用UMS-GO超聲波檢測儀對零件尖端50 mm區(qū)域進行檢查，當(dāng)檢測儀出現(xiàn)異常波形且振幅超過標(biāo)準(zhǔn)閘門時，判定為出現(xiàn)封嚴板尖端分層故障。

圖1 缺陷定義

2 故障分析

針對封嚴板零件尖端分層故障，團隊成員開展了現(xiàn)狀調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)查的情況，從“人、機、料、法、環(huán)、測”六大因素入手，分析影響封嚴板零件尖端分層的因素，繪制影響合格率的因果圖（圖2）。通過采用因果圖分析法確定可能影響封嚴板零件尖端分層的關(guān)鍵因素：X1脫模工具、X21零件移動距離、X31脫模材料，針對以上3條影響因素開展數(shù)據(jù)收集，制定數(shù)據(jù)收集計劃表。

圖2 因果圖分析

經(jīng)過對收集的歷史數(shù)據(jù)分析驗證，發(fā)現(xiàn)X1脫模工具、X21移動距離的P＜0.05，表明脫模工具，零件移動距離對造成缺陷的影響有顯著不同，所以關(guān)系成立；X31脫模材料的P＞0.05，它對缺陷狀況沒有顯著不同，所以關(guān)系不成立。根據(jù)優(yōu)勢比對發(fā)現(xiàn)：對封嚴板尖端分層產(chǎn)生影響最大的是移動距離，其次是脫模工具，從而找到了影響Y的關(guān)鍵Xs（關(guān)鍵因素）。

3 測量系統(tǒng)

針對關(guān)鍵因素X21零件移動距離的測量方法及過程，團隊開展了測量系統(tǒng)分析，通過包含交互作用的雙因子方差分析法得出：量具Gage R&R=14.75%<30%，可區(qū)分類別數(shù)NDC=9≥4，測量系統(tǒng)可用，數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 測量系統(tǒng)分析

4 機理分析

通過數(shù)據(jù)分析，得到造成封嚴板零件尖端分層故障的主要原因：脫模工具、零件移動距離是影響Y的關(guān)鍵Xs。以下從機理層面分析Xs對Y的影響。

4.1 脫模工具對尖端分層的影響

脫模時零件尖端應(yīng)力集中，工具對零件尖端沖擊可能導(dǎo)致零件分層；起子使用角度不易控制，產(chǎn)生沖擊的機會大，應(yīng)力也大；楔子角度固定，產(chǎn)生沖擊的機會小，沖擊力也小，如圖4所示。

圖4 脫模工具對尖端分層的影響

4.2 移動距離對尖端分層的影響

取零件時，若零件移動距離不夠，取零件的沖擊力在零件尖端應(yīng)力集中，導(dǎo)致零件分層，如圖5所示。

圖5 移動距離對尖端分層的影響

通過機理分析可以看出，脫模工具和零件移動距離分別是導(dǎo)致尖端分層的原因，與基于數(shù)據(jù)的原因分析結(jié)論相同，因此，脫模工具和零件移動距離控制是影響封嚴板零件尖端分層故障的主要原因。

5 優(yōu)化改進

項目組成員對封嚴板在手工鋪疊、熱壓罐成型工藝、脫模過程加工流程進行分析后發(fā)現(xiàn)：在脫模松邊時，工人可選取起子和楔子作為松邊工具，導(dǎo)致尖端質(zhì)量不穩(wěn)定，應(yīng)采用楔子作為松邊工具；在取出零件時，因移動距離不夠?qū)е录舛水a(chǎn)生分層，因此取出零件時，必須保證零件向前移動距離不小于20 mm，再取出零件，改進前后流程如圖6所示。

5.1 確定控制方案

針對前期確定的關(guān)鍵因素脫模工具和零件移動距離的改進措施編制工藝文件，明確采用楔子進行脫模，編制脫模標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)書，明確零件脫模流程；返修工裝，在工裝零件刻線前20 mm處返制限位線，流程優(yōu)化及控制方法見表1。

表1 流程優(yōu)化及控制方法

5.2 項目控制計劃

根據(jù)改善要點，在流程中增加粗加工余量、定位面檢查的環(huán)節(jié)，對關(guān)鍵因素進行控制，項目的控制計劃見表2。

表2 流程控制計劃數(shù)據(jù)單

6 改進效果

封嚴板零件脫模流程關(guān)鍵因素脫模工具、零件移動距離改進后，對項目改進各階段的情況及數(shù)據(jù)進行對比后發(fā)現(xiàn)項目改進效果較好，對比情況如圖7所示：改進后實際將尖端板分層的DPMO降至25 000，改善94.2%。

圖7 尖端故障Y的時間序列圖

7 風(fēng)險評估

在使用楔子、取出零件時控制移動距離后，項目改進小組對改進方案可能帶來的風(fēng)險采用FMEA方法進行風(fēng)險評估（圖8），經(jīng)分析得出RPN＜120，屬于低風(fēng)險。因此本課題在技術(shù)原理和工藝條件方面具有可行性，課題的實施過程無風(fēng)險，可以達到預(yù)期成果，無需進一步制定風(fēng)險管控方案。

圖8 FMEA分析

8 結(jié)束語

通過對封嚴板尖端分層控制的研究與應(yīng)用，團隊成員對封嚴板尖端分層控制過程及工藝技術(shù)方面有了更深入的了解，取得了封嚴板尖端分層故障控制的有效突破，找到了造成封嚴板尖端分層故障的主要原因，有針對性地制定改進措施，有效提高了該零件的一次合格率，使零件整體的質(zhì)量得到了提升并為后續(xù)封嚴板尖端分層故障控制6σ質(zhì)量工具的推廣應(yīng)用起到了積極的推動作用。