動(dòng)力總成制造壓裝工藝質(zhì)量控制應(yīng)用

姜松伶 盧從堅(jiān) 經(jīng)偉明 陳鑫 唐彬

柳州賽克科技發(fā)展有限公司 廣西柳州市 545000

1 引言

在汽車動(dòng)力總成的裝配過程中，存在諸多零件需要通過過盈配合進(jìn)行裝配，并且裝配的壓裝動(dòng)力較大，現(xiàn)有氣缸無法滿足壓裝力要求。故工廠會(huì)在裝配線壓裝工位布置壓裝壓機(jī)（液壓缸或者伺服壓缸）及一個(gè)對(duì)應(yīng)的壓頭，由壓裝壓機(jī)提供壓裝動(dòng)力。如何精益有效合理設(shè)定壓機(jī)參數(shù)，是壓裝工藝設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮的課題。下文以筆者所在動(dòng)力總成工廠參數(shù)為例，列舉設(shè)備同軸度、垂直度的確認(rèn)方法，壓裝力/行程的標(biāo)定、設(shè)置及優(yōu)化。

2 生產(chǎn)啟動(dòng)前期準(zhǔn)備

2.1 設(shè)備同軸度、垂直度狀態(tài)確認(rèn)

同軸度就是定位公差，理論正確位置即為基準(zhǔn)軸線。簡(jiǎn)單理解就是：零件與壓頭在同一豎直方向上的兩根軸線，它們之間存在多大程度的偏離，兩軸的偏離通常是三種情況(基準(zhǔn)軸線為理想的直線)的綜合——被測(cè)軸線彎曲、被測(cè)軸線傾斜（垂直度）和被測(cè)軸線偏移。

裝配現(xiàn)場(chǎng)通常使用百分表或者便攜式三坐標(biāo)對(duì)壓頭同軸度進(jìn)行測(cè)量。①百分表：安裝好百分表、表座、表架，對(duì)百分表進(jìn)行調(diào)節(jié)，使測(cè)頭接觸工件的被測(cè)外表面，并達(dá)到1～2圈的壓縮量。均勻并緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)工件一周，觀察百分表指針的波動(dòng)范圍，取最大讀數(shù)Mmax與最小讀數(shù)Mmin的差值的一半，作為該截面的同軸度誤差。轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)零件，按上述方法測(cè)量四個(gè)不同截面（截面A、B、C、D），取各截面測(cè)得的最大讀數(shù)Mmax與最小讀數(shù)Mmin差值之半中的最大值（絕對(duì)值）作為該零件的同軸度誤差。②便攜式三坐標(biāo)：在被測(cè)元素和基準(zhǔn)元素上測(cè)量多個(gè)橫截面的圓，再將這些圓的圓心構(gòu)造出一條3D直線，作為公共軸線，每個(gè)圓的直徑可以不一致，然后分別計(jì)算基準(zhǔn)圓柱和被測(cè)圓柱對(duì)公共軸線的同軸度，取其最大值作為該零件的同軸度。這條公共軸線近似于一個(gè)模擬心軸，因此這種方法接近零件的實(shí)際裝配過程。目前筆者所在動(dòng)力總成工廠已廣泛使用方法②，即便攜式三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備同軸度。

2.2 壓裝力標(biāo)定與設(shè)置

不同壓機(jī)的壓裝力范圍，由PE計(jì)算相應(yīng)零件的過盈量輸入。在設(shè)定壓機(jī)壓裝力范圍前，需先對(duì)壓機(jī)壓力進(jìn)行標(biāo)定，以此衡量壓裝力范圍的有效性。以動(dòng)力總成工廠軸承外圈壓裝工位為例。

壓力標(biāo)定流程：

①將壓力傳感器平穩(wěn)擺放于待標(biāo)定壓頭的下方（可將傳感器放置于底座、工件或工裝上），傳感器受力面盡可能與壓頭對(duì)中，位置調(diào)整后將壓力顯示儀校零。

②點(diǎn)動(dòng)操作電缸下行（空行程可快速點(diǎn)動(dòng)，壓頭靠近壓力傳感器后務(wù)必將點(diǎn)動(dòng)速度放慢，以免壓機(jī)瞬間過載損壞）。

③選取5個(gè)或以上適宜的壓力值（應(yīng)涵蓋工藝要求的最大壓力）記錄好設(shè)備示值與傳感器示值，同一組數(shù)據(jù)的差異值不得超過壓機(jī)最大壓力的1%，見下表1。

表1 壓力標(biāo)定示例

2.3 壓裝行程標(biāo)定與設(shè)置

不同壓機(jī)的壓裝行程，由PE計(jì)算相應(yīng)零件的尺寸鏈輸入。在設(shè)定壓機(jī)行程范圍前，需對(duì)壓機(jī)行程進(jìn)行標(biāo)定，以此衡量壓裝深度范圍的有效性。以動(dòng)力總成工廠軸承外圈壓裝工位為例。

行程標(biāo)定流程：

①壓頭處于原點(diǎn)時(shí)，使用便攜式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x在壓頭上采集一個(gè)平面作為基準(zhǔn)面（基準(zhǔn)面應(yīng)易采點(diǎn)且與電缸硬連接）。

②點(diǎn)動(dòng)操作壓頭至目標(biāo)行程（一般參考工藝要求最大行程），再次用便攜CMM測(cè)量同一個(gè)平面，并求取該平面與原點(diǎn)基準(zhǔn)面的高度差，記錄對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。

③電缸的行程計(jì)量分辨率為0.01mm，同一組數(shù)據(jù)的最大偏差應(yīng)小于0.03mm，見表2。

表2 行程標(biāo)定示例

2.4 壓裝監(jiān)控窗口設(shè)置

在壓裝力與壓裝行程標(biāo)定并設(shè)置完成后，需要對(duì)壓裝過程設(shè)置監(jiān)控窗口，用以評(píng)判壓裝狀態(tài)是否符合要求。壓力-位移曲線控制下限和控制上限通常是根據(jù)極限樣件的實(shí)際壓裝過程的壓力-位移曲線設(shè)置而成，控制下限極限樣件的過盈量和配合面粗糙度均按最小值為目標(biāo)進(jìn)行制造，控制上限極限樣件的過盈量和配合面粗糙度均按最大值為目標(biāo)進(jìn)行制造，為了避免制造誤差的影響，控制下限極限樣件和控制上限極限樣件的數(shù)量一般為各 20～30套。將所有控制下限極限樣件的實(shí)際壓力-位移曲線取平均值作為最終的控制下限曲線，將所有控制上限極限樣件的實(shí)際壓力-位移曲線取平均值作為最終的控制上限曲線。

3 生產(chǎn)運(yùn)行過程

3.1 設(shè)備壓頭同軸度、垂度檢測(cè)確認(rèn)

在生產(chǎn)過程中，需要定期對(duì)壓裝設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，其主要內(nèi)容包括：清潔、檢查、緊固、潤(rùn)滑、校準(zhǔn)（調(diào)整）。最重要的是要保證設(shè)備壓頭的同軸度、垂度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。一般使用前文提及的百分表測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量。

圖1 壓裝力參數(shù)示例

3.2 壓裝力/行程優(yōu)化

設(shè)備的壓裝參數(shù)不是永恒不變的，而是在生產(chǎn)中收集數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析并優(yōu)化。壓裝力/行程的優(yōu)化，有助于確保零件壓裝到底，同時(shí)不會(huì)對(duì)零件造成損傷；能夠更好地識(shí)別出壓裝尺寸超標(biāo)零件。

壓裝力/行程優(yōu)化的條件：①有較多的產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)，②大數(shù)據(jù)涵蓋較長(zhǎng)時(shí)間段產(chǎn)品，③大數(shù)據(jù)與設(shè)定值的裕度過大或過小。

壓裝力優(yōu)化方法：

①產(chǎn)品大數(shù)據(jù)行程數(shù)值分析讀取F3值

②找出大數(shù)據(jù)F3最大值F3m

③比較F3m、F3max、F4

④當(dāng)F3m/F3max＞1.1或F4/F3m＜1.2時(shí)，優(yōu)化F4=1.3*F3m

壓裝行程優(yōu)化方法：

①產(chǎn)品大數(shù)據(jù)行程數(shù)值分析讀取

±4σ區(qū)間值，均值：X，中值：M

②計(jì)算確認(rèn)壓裝零件尺寸鏈

C=Mc±&

③初步優(yōu)化行程，按：

S=M±&

④當(dāng)±4σ區(qū)間大于±&范圍時(shí)，調(diào)整：

S=M±&（1+10%）

圖2 壓裝行程數(shù)據(jù)收集示例

4 生產(chǎn)過程壓裝監(jiān)控實(shí)例

4.1 壓裝力監(jiān)控

某動(dòng)力總成工廠壓裝深溝球軸承時(shí)，設(shè)備出現(xiàn)壓裝冠輪初始?jí)貉b力超上差，表現(xiàn)為：設(shè)備行程已達(dá)到設(shè)定范圍299.5～301.5mm內(nèi)，實(shí)際為300.7mm，冠輪初始?jí)貉b力標(biāo)準(zhǔn)0～8KN，實(shí)際壓裝力8.75KN。問題攻關(guān)團(tuán)隊(duì)基于設(shè)備壓裝報(bào)警曲線（圖5）分析可疑原因：

（1）冠輪未水平放置到取料夾爪內(nèi)，導(dǎo)致壓裝時(shí)冠輪偏壓；（2）壓裝設(shè)備變化：同軸度超差；（3）零件尺寸超差：冠輪內(nèi)徑、差速器外徑、冠輪倒角等。

跟蹤壓裝工位員工放料狀態(tài)，操作符合標(biāo)準(zhǔn)化要求，檢查冠輪安裝后的狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)冠輪存在歪斜情況，壓裝仍出現(xiàn)報(bào)警，排除冠輪未水平放置因素。

維修人員檢測(cè)設(shè)備同軸度，在合格范圍內(nèi)，且數(shù)值較前幾個(gè)月更小，排除設(shè)備變異因素。

送檢故障件及正常件冠輪、差速器，測(cè)量相關(guān)尺寸。檢測(cè)報(bào)告顯示：故障件與正常件冠輪的內(nèi)徑無差異，故障件倒角處無過渡圓弧，壓裝過程中冠輪與差速器剛開始接觸時(shí)，壓力出現(xiàn)陡升，與故障報(bào)警模式對(duì)應(yīng)，判定為主要原因。反饋供應(yīng)商整改倒角位置尺寸，物料斷點(diǎn)后，問題未再出現(xiàn)，見圖3。

圖3 壓裝報(bào)警示例1——壓裝力報(bào)警

4.2 壓裝行程監(jiān)控

某動(dòng)力總成工廠壓裝軸瓦時(shí)，設(shè)備出現(xiàn)壓裝力報(bào)警面板顯示壓裝行程達(dá)到設(shè)定上限值時(shí)，壓裝力超下差，實(shí)測(cè)13.7KN，標(biāo)準(zhǔn)15-17KN。問題攻關(guān)團(tuán)隊(duì)基于設(shè)備壓裝報(bào)警分析可疑因素：1.零件尺寸超差，如軸瓦外徑超下差、輪軸內(nèi)徑超上差等；2.壓裝設(shè)備變化，壓頭/底座磨損等。

查詢?cè)摴の坏臍v史壓裝數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題發(fā)生前，壓裝行程已經(jīng)接近上極限。送檢故障件軸瓦及輪軸測(cè)量相關(guān)尺寸，尺寸均在合格范圍內(nèi)且未偏向極限，且零件使用多家供應(yīng)商不同批次，壓裝行程均接近上極限，排除零件尺寸異常。

維修人員排查設(shè)備壓頭及底座，設(shè)備壓頭無異常，輪軸支撐底座存在磨損。更換輪軸支撐底座后，設(shè)備壓裝行程有所下降，措施有效。同時(shí)，從更換輪軸支撐底座前后壓裝數(shù)據(jù)可以看出：壓裝行程整體仍接近上公差限，公差上下限有待優(yōu)化，見圖4。

圖4 壓裝報(bào)警示例2——支撐底座更換前后行程對(duì)比

5 結(jié)語

本文列舉了壓裝工藝的前期準(zhǔn)備工作，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程，進(jìn)行壓裝參數(shù)優(yōu)化示例。在數(shù)據(jù)樣本足夠多的前提下，對(duì)壓裝監(jiān)控窗口進(jìn)行修正/優(yōu)化。同時(shí)，在不斷收集數(shù)據(jù)優(yōu)化監(jiān)控范圍的過程中，我們也通過監(jiān)控窗口識(shí)別出了一些問題：如零件尺寸超差、設(shè)備變異以及人為操作影響等。我們可以通過監(jiān)控曲線快速識(shí)別出需要確認(rèn)的方向：壓裝力報(bào)警與過盈量相關(guān)，可優(yōu)先確認(rèn)影響過盈量的因素；行程報(bào)警與壓裝位置有關(guān)，可優(yōu)先確認(rèn)設(shè)備是否磨損。隨著監(jiān)控的不斷優(yōu)化和完善，識(shí)別故障因素所需時(shí)間也將更短，使得分析響應(yīng)更為快捷、高效。僅僅依靠設(shè)備識(shí)別缺陷并不是最終目標(biāo)，我們需要在零件出現(xiàn)變異的第一時(shí)間，將其遏制，并反饋整改，避免出現(xiàn)批量問題。真正做到：使壓機(jī)在完成壓裝工作的同時(shí)，還能夠識(shí)別出異常狀態(tài)的零件，并作出相應(yīng)的提前預(yù)防，使制造過程的管理水平不斷推向新的高度。