運用六西格瑪法分析圓錐滾子表面燒傷

鄒從國 ，梅亞莉，馬春磊，吳雙

(1.萬向集團公司 技術中心，杭州 311215；2.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039； 3.哈爾濱萬向汽車部件有限公司，哈爾濱 150060)

圓錐滾子的質量好壞直接影響圓錐滾子軸承的最終質量，特別是滾子表面的燒傷，會導致圓錐滾子軸承在使用過程中早期失效，降低使用壽命[1]。

六西格瑪是為了達到零缺陷和減少浪費及過程變差而在整個組織范圍內進行革新的方法，有很多不同的派別，下文采用謝林DOE(Design of Experiments，試驗設計)作為基于數據的分析工具，以找到變差的根本原因，其步驟可以概括為D(Definition，定義)-MA(Measure and Analyze，測量和分析)-I(Improve，改進)-C(Control，控制)[2]。

1 六西格瑪分析過程

1.1 定義

1.1.1 燒傷的主要表現形式

圓錐滾子在磨削加工過程中經常出現表面燒傷問題[3]，控制不當時甚至會出現批量燒傷現象，較常見的是在滾動面上存在線狀燒傷(圈狀和螺旋線狀)[4]。某企業生產的圓錐滾子HM218248在精磨工序的燒傷比例為35%。

1.1.2 影響燒傷的因素

產生燒傷的可能影響因素有：產品精磨加工前的直徑及硬度；產品加工前是否已存在燒傷；精磨加工過程參數值設定的合理性(砂輪的硬度及粒度，修整砂輪的頻率及冷卻水的流量)。

1.2 測量與分析

1.2.1 加工前直徑對燒傷的影響

運用DOE 之PPC(Product/Process Search，產品和過程研究)工具[2]，按規定方案對加工前產品直徑進行抽樣，檢測是否存在燒傷。從中選取8個最好的(GOG)和8個最差的(BOB)產品。通過分析得知，加工前的直徑不是產生燒傷的原因(加工前直徑最小值和最大值對應的燒傷均合格，COUNT=0；根據DOE理論，如果計數和COUNT+<6，則不會產生燒傷，下同)，分析結果見表1。

表1 加工前產品直徑分析(COUNT=0)

1.2.2 硬度對燒傷的影響

運用DOE之PC(Paired Comparison，成對比較)工具[2]，按規定方案對加工前產品硬度進行抽樣，檢測是否存在燒傷，分析結果同樣確定加工前產品硬度不是產生燒傷的原因(分析數據中硬度最小值和最大值對應的燒傷均合格，COUNT=0)，分析結果見表2。

表2 加工前產品硬度分析(COUNT=0)

1.2.3 加工前燒傷對后續燒傷的影響

運用DOE 之PPC工具[2]，對100個加工前的產品進行燒傷檢測，并按照利克特度量尺度[2]對燒傷長度、面積和數量進行0～5綜合評級，其中0為沒有燒傷，5為燒傷最大。從中選取8個最好的(GOG)和8個最差的(BOB)產品，COUNT=0，分析結果見表3。

表3 加工前產品燒傷分析(COUNT=0)

1.2.4 加工過程對燒傷的影響

運用DOE工具之MVA(Multi Vari Analysis，多變差分析)[2]分析精磨加工過程對燒傷的影響。因為燒傷是屬性特性，為方便數據收集及測量，運用利克特度量尺度[2]根據燒傷的嚴重度按0～5進行量化，0為沒有燒傷，1為輕微燒傷，5為嚴重燒傷，并對檢驗人員進行了燒傷判定培訓，以確保燒傷判定的準確性。

按規定方案對現行精磨工序進行抽樣，用多變差分析工具分析零件對零件的變差、時間對時間的變差、人員對人員的變差及設備對設備的變差。結果表明，零件對零件的變差最大，根據DOE理論，可以確定加工過程的參數設定不合理是造成燒傷的主要原因。分析結果見表4。

表4 多變差分析結果

2 改進措施

通過分析可知，產品精磨加工前的直徑、硬度及燒傷情況均已被排除，故重點應從加工過程的參數設定進行改進。

該工序的主要過程參數為：砂輪的硬度和粒度，修整砂輪的頻率及冷卻水的流量。運用DOE工具之全因子(Full Factorial)進行分析并重新設定這4個參數，見表5。

表5 磨加工參數設定對照表

按照規定方案進行因子互換試驗，收集數據并檢測燒傷情況，結果見表6(表中A+R-表示砂輪粒度(A)為新設定的值，其他的參數為現工藝參數值，為方便起見，簡化為R-)。運用Minitab軟件對現有加工參數進行優化，優化后的燒傷比例為23%。其中優化后的砂輪硬度為中硬和粒度120。通過對過程參數的全因子進行分析和優化，使燒傷的不合格率從改進前的35%下降到改進后的23%，雖然有很大程度改善，但距目標還有很大的差距。為徹底解決燒傷問題，選擇不同牌號的砂輪，運用DOE之PPC工具[2]，分別選擇E(原供應商，粒度120、硬度中硬、磨料為棕剛玉的砂輪)，F(新供應商，粒度120、硬度中硬、磨料為白剛玉的砂輪)，G(新供應商，粒度100、硬度中軟、磨料為棕剛玉的砂輪)3家廠商的砂輪按照新設定的參數(不包括砂輪的硬度和粒度)進行了分析。結果表明，采用F廠家的砂輪能使燒傷的不合格率降低到1%以下，達到了預期的目標。分析結果見表7。

表6 因子互換試驗數據

表7 3種不同砂輪加工的產品燒傷拒收情況

綜上所述，推薦采取以下改進措施：

(1) 選用F廠家的粒度120、硬度中硬和磨料為白剛玉的砂輪。

(2) 將砂輪的修磨頻次由以前的每加工4 500件修磨1次，調整為每加工3 000件修磨1次。

3 結束語

金屬零件機械加工燒傷具有普遍性，加工方法不同，產生燒傷的原因也不相同。運用六西格瑪方法和DOE工具，通過大量的數據分析，能準確找到導致圓錐滾子表面燒傷的根本原因，通過采取相應的改進措施，使燒傷合格率得到了顯著改進。

對于復雜的問題，涉及的數據有時候會很多，如果能熟練運用Minitab軟件進行數據處理和分析，會得到事半功倍的效果。