電泳槽液參數穩定性控制在降低電泳制造成本中的應用

曾茂格

摘 要：我國的汽車工業產業取得飛速發展，行業中的競爭趨于白熱化，提升產品質量降低制造費用成了各車企的焦點。本文論述在汽車涂裝電泳工藝過程中，結合SPC控制理論、電泳仿真、成本分析等，對電泳槽液參數進行穩定性控制;改善槽液參數過程能力，并提升電泳膜厚的穩定性，為降低電泳制造成本提供理論基礎。

關鍵詞：SPC 電泳仿真;參數穩定性控制;降成本

1 電泳成本組成分析

電泳工序的成本主要分為前處理輔料成本及電泳上膜成本，其中電泳上膜成本是影響總體成本的主要因素。

各個汽車主機廠家都會結合自己的企業標準及技術要求去制定自己的膜厚標準，例如采用某配套供應商的HT-8000牌號的高泳透力、高外觀質量電泳漆，對于膜厚項目中的車身外表面膜厚，要求滿足：車身外表面膜厚≥15μm。為了更好的控制生產制造成本，兼顧車身防腐蝕性能質量的要求，在生產制造過程中，會將車身外表面膜厚往技術要求的下限附近進行控制，同時保證車身外表面最低點膜厚不低于15μm。

2 控制電泳成本方法概要

2.1 尋找電泳膜厚最低點

首先我們要尋找某車型的外表面膜厚的最低點位置，以便控制最低點滿足技術要求中的下限要求。采用電泳仿真軟件ECoatMaster對生產線參數進行建模：數字化建立電泳槽尺寸、液位、陽極分布、過線軌跡、電泳時間等信息（如下圖）：

建模完成后結合自身生產線輸入電壓參數、涂料參數等數據，并進行實際生產擬合校正。校正完畢后即可根據車型數字化模型采用電泳仿真軟件對車身膜厚隨時間的變化結果進行仿真模擬，以下為某車型在電泳結束時的仿真結果圖：

我們可以看到位于車身頂蓋前部的X點為車身電泳過程的外表面膜厚最低點。

2.2 電泳膜厚最低點現狀統計

明確電泳膜厚最低點后，我們便可以對電泳膜厚最低點進行數據分析，通過采取過程參數穩定性控制手段，使膜厚接近且滿足質量要求的下限值。

以下為未進行電泳參數穩定性控制的X點膜厚數據統計表：

可以看出，該數據的均值較高，數據較為分散，且統計最低值與規格下限相差（16.1-15.0）=1.1μm，具有一定的過盈量，存在成本優化空間。

2.3 膜厚正態分布理論基礎

在進行參數的穩定性控制前，我們先來了解一下統計與過程控制SPC中的正態分布±3σ控制理論：

由于“小概率事件”和假設檢驗的基本思想“小概率事件”通常指發生的概率小于5%的事件，認為在一次試驗中該事件是幾乎不可能發生的。由此可見X落在（μ-3σ，μ+3σ）以外的概率小于3‰，在實際問題中常認為相應的事件是不會發生的，基本上可以把區間（μ-3σ，μ+3σ）看作是隨機變量X實際可能的取值區間，這稱之為正態分布的“3σ”原則[1]。

我們把以上區間分布的概率P值稱之為對應條件下的置信合格率。為了使電泳膜厚在理論上低于技術要求的情況幾乎不可能發生，即電泳膜厚需要滿足99.74%的置信合格率，即μ-3σ≥技術要求。為了更好的進行成本控制，應使（μ-3σ）數據趨近于技術要求的下限，同時減小σ值的大小?？梢酝ㄟ^提升各個槽液參數的過程能力，改善電泳過程的穩定性來實現。

在電泳過程中，影響車身電泳膜厚的關鍵參數分為兩類：第一類為生產線線體本身所具有參數，例如節拍、電泳時間、涂料參數、電泳陽極分布等，此類參數為基本不調整參數，非重要原因不去更換或調整。另一類為隨線調整參數如電泳槽液溫度、電壓、電導率、固體分含量、PH值?；诓垡簻囟?、電壓為數字化反饋控制較為穩定，因此我們重點管控電泳固體分含量、電泳槽液電導率及電泳PH值的穩定性。

3 分析并控制影響電泳膜厚的重要槽液參數

3.1 現有槽液參數的過程能力與膜厚結果分析

運用Minitab2.0工具對電泳固體分含量、電泳槽液電導率及電泳PH值參數進行分析，統計某時間段的槽液過線參數的波動情況，其過程能力及整體μ±3σ波動范圍情況如下：

電泳固體份含量的過程能力分析：

槽液電導率的過程能力分析：

PH值的過程能力分析：

列表匯總1：改善前電泳槽液參數能力現狀分析：

根據參數的潛在過程能力Ppk的大小，我們可以看出：以上槽液參數的穩定性不足，在此參數下的膜厚分布分析情況如下圖所示：

因膜厚項為單邊規格控制，且越靠近規格下限越有利于車企的成本控制，因此，收窄膜厚項的μ±3σ區間范圍為我們工作的重點。

3.2 槽液參數穩定性影響因素分析

在實際的工作中，我們對電泳關鍵參數的過程開展人、機、料、法、環、測系統工具的應用分析：

3.3 進行槽液參數穩定控制

并做出以下提升措施：

可以看出，通過穩定性控制槽液參數，使槽液參數的μ±3σ區間范圍明顯收窄，各參數的Cpk過程能力提升顯著，此時的產品特性電泳外表面最低點膜厚的μ±3σ區間范圍也明顯收窄，外表面膜厚的數據精準度在提升。

5 總結

改善前電泳外表面膜厚最低點在滿足99.74%置信合格率的情況下，其μ±3σ下界限為16.1μm，均值為17.06μm;改善后，同樣在滿足99.74%置信合格率要求，其μ±3σ下界限僅為15.7μm，均值為16.5μm;在不降低質量要求、不增加質量風險的前提下為達成全車身理論膜厚降低降成本提供基礎。

我們下一步可以繼續做獨立單一變量的參數調整來降低電泳膜厚，如微調降低電壓、微調降低固體分含量等措施，只需保證定電泳最低點膜厚滿足99.74%置信合格率，且其μ±3σ下界限接近并趨于15.0μm（技術要求的下限）即可。

參考文獻：

[1]百度百科-正態分布——2020.05.09.