關于零件產生孔偏的原因分析與解決方案

文/胡萬帥，劉鵬，尤寶卿，霍方鵬，王浩·東風（武漢）實業有限公司

本文描述了以門檻加強梁為例的汽車熱壓件，通過發現問題+提出假設+實驗對比驗證的方式查找零件產生孔偏的原因。同時，本文對零件產生孔偏給出了相應的解決方案，為以后解決類似孔偏的零件提供了寶貴的指導和借鑒經驗。零件孔偏會給后續裝配帶來極大困難，甚至后期導致客戶投訴，極大影響品牌的形象和信譽。因此，解決零件孔偏的問題也逐漸成為一大挑戰。

隨著社會的不斷發展，人們生活水平不斷提高，汽車作為一種日常生活中最常見的交通運輸工具，給人們生活帶來了便利。與此同時，汽車的安全性能也越來越受到人們的重視。門檻加強梁是我公司某項目中的重要熱壓零件，該零件對整車裝配的精度影響較大，要求零件本身精度較高。當車輛發生側面碰撞時，門檻加強梁可以有效承載碰撞過程產生的力，降低各個零部件的受力強度，防止單件受力時零件壓潰帶來的結構破壞，以保護乘員艙的完整性，保護乘客不受傷害。本次研究的主要目的是分析孔偏產生的原因和提出解決方案，旨在保證零件的質量和安全性能。

門檻加強梁零件簡介

下面將對門檻加強梁零件進行分析與簡介，如表1 所示。

表1 門檻加強梁零件簡介

產生孔偏的12 個假設

產生孔偏的原因可能是多方面的，可能是零件本身問題、切割設備問題，也可能是操作人員操作不當，分別從全面質量管理中的人、機、料、法、環五個方向，對產生孔偏的原因，提出了12 個假設，如表2 所示。

表2 產生孔偏原因的12 個假設

問題點排查與解決方案

接著在現場持續跟蹤，對現場存在的問題進行逐個解決。

由于6#機器激光切割機各項性能較好，且近期經常用于零件調試切割，也會定期對設備進行保養，并未出現切割質量問題，加上再次檢查設備和各項工藝參數，所以基本上可以排除假設2 和假設11。接下來的重點是解決夾具問題，夾具狀態的好壞直接決定切割零件的質量，因此解決夾具問題是整個切割調試的重中之重。此外從多次調試中得出的經驗，也絕對不能忽略熱壓件的狀態，需要實時檢測、對比、記錄零件切割前后的狀態。

現場排查的各項問題點以及相應的解決方案匯總如表3 所示。

表3 問題點及解決方案

假設的驗證結果與結論

由于此次調試為第一輪調試，半成品數量有限、合計33 套。調試報廢3 套后，所有尺寸，型面、修邊線、孔等公差要求均已達到規定要求。第四套作為首檢件，隨后連續檢測3 套尺寸均穩定。當檢測第8套時出現孔偏，隨后第9 套在確認問題點1 至6 已經完全解決后，并再次確認程序已經保存且未上傳出錯(問題點10)，仍然出現了孔偏，因此產生孔偏的原因極有可能在假設1、9、10 中(對應問題點7、8、9)，在生產第10 套時，現場指導操作工確保拍實零件后(問題點9)，發現仍然出現孔偏，于是暫停生產，查找原因。在出現孔偏第一時間由于及時抽檢避免了大批量孔偏零件的流出。

通過以上跟蹤分析與排除，僅剩下假設9 和假設10 待驗證(分別對應問題點8 與9)，如表4 所示。

表4 假設9、假設10 待驗證

為了驗證假設9、假設10 發生的可能性，我們將發生孔偏的零件與切割尺寸合格的零件分別放在檢具和夾具上進行了對比。首先放在檢具上，驚奇的發現型面尺寸有較大差異，具體表現為左邊平面的型面偏小，右邊平面型面過大，如圖1 所示。這說明了零件的狀態存在一定的問題，而合格零件平面的型面均在規定的尺寸范圍內。

圖1 零件平面型面尺寸

接著，將剩余的零件和發生孔偏的零件拍放在夾具上，不加壓頭，使零件與夾具處于自然貼合狀態，這時靠右側的平面與夾具的貼合程度不佳，如圖2 所示。將切割的合格件放在夾具上，發現零件與夾具的貼合程度很好。

圖2 剩余零件不加壓頭時在夾具上的狀態

圖1 和圖2 均反映出零件的整體狀態，平面型面尺寸問題較大。一側正常一側偏大，合格平面型面尺寸要求在4.6 ～5.4mm 范圍，偏大的一側則達到了5.6mm，超差0.2mm，導致零件發生翹曲，整體猶如“蹺蹺板”，只是由于零件的尺寸較長，故肉眼很難區分零件平面型面尺寸是否有異常，而當零件放在檢具和夾具上便可輕易察覺。

由于已經找到孔偏產生的原因，剩余未切零件的解決方法就很容易了，首先將未切的半成品零件進行檢測，實時記錄平面型面的尺寸數值，然后將狀態一致的集中歸為一類，剩余的23 套均為同一狀態，由于出現夾具與零件貼合程度不佳的狀況，因此需要重新調整夾具使其與零件完全貼合，然后調整發生孔偏的對應程序即可。修改程序后，連續切割5 套尺寸均滿足要求，未出現孔偏的情況。與此同時品質保障部門持續性進行跟蹤檢測，以確保剩余23 套不再出現孔偏狀況。

Cpk 數值驗證

由于上述分析均為簡單單一數據分析，為了增強說服力，從更為科學的實驗數據分析角度驗證孔偏的原因，現將30 件零件作為樣本，將每件零件3個位置各取1 組數據，合計90 組數據，通過計算Cpk數值，從而了解零件制程能力水平，明確制程合格率的高低。

Cpk的計算公式——Cpk=Cp(1-|Ca|)，Cpk制程能力指數，Ca(Capability of Accuracy)：制程準確度；Cp(Capability of Precision)：制程精密度。注意：計算Cpk 時，取樣數據至少應有20 組數據，而且數據要具有一定代表性。

現將Ca、Cp、Cpk的定義、計算公式以及等級標準匯總到表5 中，表6、表7、表8 分別為Cpk、Ca、Cp等級評定及處理原則。

表5 Cpk 總結表

表6 Cpk 等級評定及處理原則

表7 Ca 等級評定及處理原則

表8 Cp 等級評定及處理原則

根據圖1 的3 處的命名方式，分別計算3 處的Cpk、Ca、Cp數值以及繪制柱狀圖如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 第Ⅰ處

圖4 第Ⅱ處

圖5 第Ⅲ處

現將3 處位置計算出的Cpk、Ca、Cp值以及相應的結論匯總如表9 所示。

表9 Cpk、Ca、Cp 值以及相應的結論

由上表可知，零件產生孔偏的原因與零件的制程能力水平有關。零件的制程能力越差，Cpk值越小，零件的平面型面尺寸越糟糕，越容易產生孔偏。因此若要解決孔偏，則需要(1)考慮整改設計制程。(2)采取緊急措施，全面檢查影響因素，必要時停止生產。

綜合以上分析，可以得出以下結論：

(1)假設9 和假設10 得到驗證，與零件產生孔偏現象相關聯。

(2)零件產生孔偏的原因與零件的制程能力水平有關。

(3)零件的平面型面尺寸存在問題(平面的尺寸在切割調試中是無法進行調整的)。

(4)要保證零件切割合格，需綜合考慮零件的狀態、夾具的狀態、設備的狀態等。

(5)零件的質量狀態需要熱壓、切割以及品質保障等多個部門合力監控。

(6)各部門也需要分工明確，各司其職，保證每道工序、工藝的有序進行。

(7)如果零件存在不同狀態，需要適當進行標注或者分類，避免造成不良品的流出，引起客訴，影響公司形象和信譽。

(8)對于現場出現的緊急狀況，應制定出及時有效的應對方案，一方面確保工作效率，另一方面保證零件質量。

結論

切割一批合格零件過程中，各個部門應該履行好各自職責，對生產的零件負責，同時也需要加強部門間的合作與溝通，做到每一道工序有條不紊的執行，確保零件的質量。圖6 是確保生產合格零件各部分的具體職責與占比。

圖6 確保生產合格零件各部分職責占比

為了確保下一輪調試順利以及避免今后出現孔偏的情況，各部門需要做到以下幾點：

(1)從源頭上控制零件平面型面尺寸處在合格范圍內(通過合理控制保壓時間：將保壓時間設置為8s、10s、12s、16s 等，從不同保壓時間中選取最佳的型面尺寸)，以獲取最佳的熱壓半成品零件，此部分需要熱壓部門的努力，以及品質保障部門的實時跟蹤檢測。

(2)如果零件確實不可避免的存在兩種或者多種狀態，則需要對零件進行分類、明確標注、裝箱，對于型面嚴重超差或者不合格的零件進行及時報廢處理。

(3)切割部門則需要保證切割設備的正常運行，以及保證零件與夾具的貼合狀態等，使夾具以及切割設備處于正常且利于切割的狀態，合理修改零件的程序以保證零件的尺寸處于合格范圍內，保證零件的合格率。

(4)現場操作工需要拍實零件、對零件進行打標和裝箱，并且對零件在生產過程中出現的質量問題進行及時反饋，避免不良品的流出。

(5)各個部門之間應該加強協作與溝通，協作的意義在于：合力攻克生產調試過程中的難題，溝通的意義在于：使零件的狀態做到人人熟知，避免不同狀態的零件被當成一種狀態切割處理，造成零件尺寸超差。