B19型鉛酸蓄電池COS工藝改進

尹學柱

摘 要：B19型鉛酸蓄電池廣泛應用于經濟型轎車及輕型貨車，其生產量占總產量的一半以上。在售后服務過程中我們發現，該產品的缺陷中超過40%是由于飛鉛造成的電池短路引起的。本文探討了電池生產過程中飛鉛產生的主要原因，應用流程能力分析直觀地了解工藝現狀，確立改進方向，并通過DOE試驗指導優化工藝控制參數以達成質量提升的目的。

關鍵詞：B19型鉛酸蓄電池；COS；流程能力；Gage R&R；DOE；箱形圖

1 COS生產工藝流程示意圖及關鍵影響因素

COS是Case-On-Strap的縮寫，是指用鉛將各組電池單元極板的極耳熔鑄在一起，其品控的好壞體現在良好的浸潤及平整的外觀，量化的檢測指標是COS厚度。

2 COS外觀及厚度檢測規范

在生產實踐中，為了避免虛焊，操作工傾向于添加過量的鉛漿，提高COS厚度。雖然這樣做看起來比較安全，但其實只是掩蓋了導致極耳不齊、浸潤不良、設備失常等的深層次的問題，此外，添加過量的鉛漿還容易引起飛鉛并進而導致電池短路、鉛消耗量增加等問題。過去雖然對這一問題有過很多討論，但由于種種原因沒有基于數據和試驗的研究報告。本文基于大量實際生產數據和DOE實驗設計闡述了我們在這一領域的研究結果。

COS熔鑄過程時間很短，每個周期僅有15-20秒的時間，但過程中有很多的影響因素會對COS厚度均值及一致性產生影響。

在深入研究各影響因素與COS厚度均值及一致性的關系之前，先來看一下當前（生產工藝改進前）COS實際流程能力水平。

3 COS厚度流程能力分析

從下圖可以直觀地看出COS厚度均值為8.2毫米，遠遠超出了6-7毫米的規格指標范圍，而且厚度波動極大，如果僅僅簡單地減少鉛漿注入量以降低COS厚度將產生大量虛焊而導致電池報廢，因此首先要找出影響COS厚度波動的關鍵因素并加以改善，縮小波動范圍，然后再調整工藝參數，降低鉛漿注入量來減小COS厚度到規格指標范圍內。

經過反復觀察和研究，我們確定了以傾注時間、排空時間、泵速、液位等因素對COS厚度一致性的影響來進行DOE實驗設計。

4 COS厚度流程能力分析（DOE優化后）

從上述分析可以看出，均值及波動范圍都有所降低，厚度減少了0.7毫米，但所有樣品的測試結果均大于6.0毫米，沒有超過下偏差而產生的不合格，比之前有明顯的改善，但與規格范圍相比依然存在很大差距。

此外，上述結果也表明除了我們之前所研究的各項可控因素之外，還有一些過去忽略的噪聲因素在發揮著更大的影響，因此必須對哪些之前被判斷為不可控的噪聲因素重新加以研究。這其中最主要的噪聲因素就是COS模具脫模劑的使用，而這一因素就像屋子里的大象，雖然明明是一個巨大的存在，但由于諸如高昂的替換成本、技術保護等原因往往不在一般的改善項目之內加以考慮。

5 不同脫模劑對厚度影響的對比

使用TBS脫模劑，各單元格組內偏差很小，說明生產的一致性較高；而組間偏差相對組內為大，這主要是模腔之間的微小差異導致的，無需調整。而使用原有的脫模劑組內偏差明顯大于組間偏差，說明產品的一致性（可重復性）較差，換言之，就是同一模腔所反復澆鑄出的COS厚度變化無常，無法控制。經過前面對工藝控制參數的優化并改用新型脫模劑后，COS厚度波動范圍顯著降低，使得降低均值成為可能。

6 COS厚度流程能力分析

與最初的COS厚度流程能力分析相比，厚度分布的主體已經大部分落在規格上下限之間，流程能力指數由原來的負數提升到了0.69，取得了巨大的進步。經半年多的運行，沒有再發生由于飛鉛而導致的缺陷件，而且每個電池減少了81.7克鉛使用量，單單此項每年可節省成本2萬4千美元，這些研究成果逐步擴展到其他型號的產品后將帶來超過11萬美元的成本節約。