基于SPC的后橋齒輪精車質(zhì)量控制研究

于李，黃文龍，莫易敏

(1.上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西柳州 545007；2.上海依工塑料五金有限公司，上海 200000；3.武漢理工大學(xué)，湖北武漢 430070)

0 引言

后橋齒輪參與裝配后橋主減速器總成過程中，主減速器齒輪與軸承接觸的軸承徑向部分涉及關(guān)鍵特性裝配要求，主動齒輪軸承徑向尺寸、跳動、粗糙度等精度要求直接影響主減速器總成裝配后齒輪組嚙合位置(印痕)、NVH、齒輪壽命等諸多方面[1]。齒輪的工藝流程一般為：毛坯鍛造→正火→齒坯加工→銑齒→熱處理→精車→研齒，其中齒輪的熱后研前加上精車工序，旨在提高主齒輪軸軸承位、被動齒內(nèi)孔及安裝面的精度，降低由裝配誤差產(chǎn)生的異常噪聲、齒輪失效等。如圖1所示為后橋齒輪副裝配圖，熱后精車的關(guān)鍵控制項為主動齒大軸承位直徑、主動齒小軸承位直徑、主動齒軸承跳動、被動齒內(nèi)孔和清理被動齒螺紋，主動齒軸承位和被動齒內(nèi)孔精度會直接反映在齒輪安裝誤差，影響后橋齒輪裝車后的噪聲和齒輪副運行質(zhì)量。

統(tǒng)計過程控制(Statistical Process Control，SPC)是基于統(tǒng)計學(xué)方法分析工序能力，并及時預(yù)警生產(chǎn)異常，提高生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，即生產(chǎn)過程僅受隨機誤差影響，使產(chǎn)品性能符合要求。控制圖是SPC中最重要的工具，是對需要控制的質(zhì)量特征值進行穩(wěn)定性判定的一種方法。將統(tǒng)計學(xué)工具控制圖運用到齒輪的熱后精車工序中，對主、被動齒精車位特控項進行實時監(jiān)控，嚴(yán)格控制精車質(zhì)量，降低由熱處理產(chǎn)生的齒形變化。基于此理論，本文作者提出運用控制圖對后橋齒輪熱后精車質(zhì)量的控制研究。

圖1 后橋齒輪副裝配圖

1 齒輪精車關(guān)鍵控制項對后橋傳動的影響

齒輪的車削工藝分為粗、精兩步。粗車是在較低速度下，通過給予較大的進給量來加工工件，其加工精度只能達到較低水平，并且切后工件粗糙度較差；而精車是在較高速度下，以較小的進給量來切削工件，對齒輪的齒面粗糙度和齒形精度均有明顯的改善作用。經(jīng)過對后橋總成的理論分析和傳動效率臺架試驗，發(fā)現(xiàn)主動齒輪軸承位、被動齒輪的內(nèi)孔精度對后橋總成的傳動效率有明顯的影響，因此針對齒輪熱后精車這一承上啟下的關(guān)鍵工序進行質(zhì)量控制的研究。圖2所示為錐齒輪的精車。

圖2 精車主動錐齒輪

1.1 主齒軸承位精車質(zhì)量對齒輪裝配的影響

圖3 主動錐齒輪總成裝配圖

1.2 被動齒輪內(nèi)孔精車質(zhì)量對齒輪裝配的影響

圖4 后橋被動傘齒輪剖面

2 SPC方法在齒輪精車中的應(yīng)用

SPC方法是以概率論和統(tǒng)計學(xué)為理論基礎(chǔ)，通過對動態(tài)生產(chǎn)過程中連續(xù)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)進行記錄、計算，描點繪制控制圖，以其來監(jiān)控、分析生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性[6]。控制圖作為SPC方法中最常用的工具，已被廣泛應(yīng)用到工程制造中。圖5所示為SPC方法在齒輪精車工段中應(yīng)用流程。

圖5 齒輪精車工段SPC應(yīng)用流程

2.1 控制圖在齒輪熱后精車中的應(yīng)用

根據(jù)使用目的的不同，控制圖可以分為分析用控制圖和控制用控制圖兩大類，由3條平行于橫軸的直線和數(shù)據(jù)點連成的折線組成。分析用控制圖是利用采集的質(zhì)量數(shù)據(jù)計算出3條控制限，再將質(zhì)量數(shù)據(jù)點一一描上而畫出，用于對生產(chǎn)過程進行穩(wěn)定性判定分析。當(dāng)控制圖顯示有異常波動時，首先從5M1E(人、機、料、法、測、環(huán))進行分析，剔除異常點，消除特殊因素的影響后再重新繪制控制圖。控制用控制圖是分析用控制圖證實質(zhì)量過程穩(wěn)定且過程能力能夠滿足生產(chǎn)要求后，由分析用控制圖轉(zhuǎn)換而來的，作為生產(chǎn)穩(wěn)定后動態(tài)監(jiān)測和預(yù)測生產(chǎn)質(zhì)量的質(zhì)量控制工具。

主動錐齒輪軸承位外圓和被動齒輪內(nèi)孔的關(guān)鍵控制項的分析用控制圖是從生產(chǎn)線中實時采集得到的精車數(shù)據(jù)制作而成，將齒輪固定于工裝夾具中緩慢轉(zhuǎn)動一周，同時采用千分表檢測圓面跳動值、圓度值等。描點后的控制圖基本形態(tài)如圖6所示。

圖6 控制圖基本形態(tài)

圖7 精車主齒軸承位直徑扇形圖

2.2 齒輪熱后精車控制圖常見異常模式

判斷異常波動是控制圖最重要的職能之一，GB/T 4091-2001《常規(guī)控制圖》中規(guī)定了8種判異準(zhǔn)則[7]，可分為有點出界和界內(nèi)點排列不隨機兩類。但在齒輪精車監(jiān)控中，常見的控制圖失效模式有4種，如圖8和表1所示。

圖8 常見4種失效模式

表1 4種失效模式的原因分析

通過上述常見4類控制圖異常模式對齒輪精車分析用控制圖進行穩(wěn)定性判定分析，遵循“有則改之，無則加勉”原則。當(dāng)判斷該分析用控制圖過程受控后，則對其進行過程能力分析，力爭將生產(chǎn)能力達到顧客要求。

2.3 過程能力分析

過程能力是指工序處于穩(wěn)定狀態(tài)期間生產(chǎn)出的產(chǎn)品滿足加工質(zhì)量要求的能力，過程能力表征產(chǎn)品的加工質(zhì)量與要求相吻合的程度，一般用Cpk或Ppk表示,根據(jù)其數(shù)值的大小范圍來判定過程能力是否充分，具體分析情況如表2所示。過程能力指數(shù)Cpk計算公式：

表2 過程能力分析

圖9 精車工段現(xiàn)場控制圖

3 總結(jié)

分析了齒輪精車關(guān)鍵控制項對后橋傳動效率的影響，提出了利用統(tǒng)計過程控制SPC方法對主動錐齒輪軸承位和被動齒輪內(nèi)孔的精車工藝進行監(jiān)控，確保控制項的波動在合理范圍內(nèi)，并對實施SPC后的精車工藝進行過程能力分析。通過實施SPC前后質(zhì)量數(shù)據(jù)的對比，驗證了采用控制圖監(jiān)控精車工藝的必要性，達到改善了主、被動齒輪的裝配質(zhì)量，提高后橋傳動效率的目的。