发动机自制件质量规划方案研究

关注:1457     发表时间:2016-03-11 16:16:07
摘要:本文结合奇瑞公司发动机工厂缸体,缸盖线质量规划新理念,对产品质量控制要求,检测手段进行了研究,提出综合检具与通止规配合使用的在线质量控制方法,可大幅减少检验时间,提高生产效率,为大批量生产时的质量控制提供了借鉴.

本文结合奇瑞公司发动机工厂缸体、缸盖线质量规划新理念,对产品质量控制要求、检测手段进行了研究,提出综合检具与通止规配合使用的在线质量控制方法,可大幅减少检验时间,提高生产效率,为大批量生产时的质量控制提供了借鉴。

发动机相当于汽车的心脏,是整车上的关键部件之一,同时发动机转速高、工作条件恶劣,故对各部件的质量要求很高。缸体、缸盖等箱体类零件产量大、节拍快,对质量控制要求很苛刻;另外这些部件的加工设备全为高精度数控加工设备,为了提高设备利用率,必须采用最优的质量控制方案,以减少检验时间,使停机时间最小化,生产效率最大化。质量保证的核心工作是质量规划和质量控制,其中又以质量规划为重中之重,因此需要在项目前期规划时采用优秀的质量规划方案。

质量控制及要求

汽车工业广泛推行ISO/TS16949质量体系,其五大手册(APQP、PPAP、SPC、MSA和FMEA)要求自制件实现:产品可追溯性、产品尺寸全面控制、SPC分析、上传工业网络和质量闭环控制等。缸体、缸盖是发动机的基体,是其他零件装配的基准,其质量好坏直接影响整机性能,因此质量检验非常重要。为了严格控制质量,每道工序都要设置检验工位,用于判断工件合格与否,质量控制的重点不仅是判定工件是否合格,更重要的是监控工件加工状态变化规律,这就给发动机生产线的质量控制提出了苛刻的要求。

1.产品可追溯性

产品追溯的目标是实现发动机装配线、冷热试线和五大自制件机加工生产线等关键工序测量数据的百分之百精确追溯。当自制件和部分外购件无法精确追溯时,可实施批次追溯。产品追溯性涉及多方面,如原材料和零部件的来源,加工过程的历史和产品交付后的场所、分布等,针对五大自制件生产线上的产品追溯,需要对工件进行识别、追踪,具体实施方案为合理安排打流水号、打标或安装芯片,如可在毛坯上料处即线头安装打号机或者人工加装芯片,实现毛坯上线即具有惟一身份,便于质量追踪。

(1)工件身份识别 发动机是典型的流水线大批量生产模式,生产线动辄数十万产能,节拍快。为了达到节拍要求,许多生产单元采用复序的加工模式,当出现不合格件时,需要准确判别不合格件来自哪一台设备或者哪一副夹具,所以身份识别非常重要。对于发动机等生产领域,可在工件上打印流水号(一维码)或二维码,便于自动扫描或者人工识别,同时对泄漏测试等工序,往往分为多个工位,也需要在缸体合适部位打印合格标记。如图1所示,利用工件识别手段,可实现流水号与工件加工状态的实时记录,建立工件数据库,便于加工历史记录查询。

(2)工艺参数记录 发动机生产过程中的一些加工参数,需要在电脑中记录保存,便于质量追溯,当发生质量事故时参照工艺参数进行设计分析和参数优化,进行后期改进。自制件生产线关键工序的加工参数,具体如表1所示,可通过扫描枪读取工件流水号,将工艺过程参数与工件一一对应,实时监控并进行统计分析,并在工控机上存储,必要时上传工业网络,从而建立数据库,形成质量的闭环控制。

2.产品尺寸全面控制

缸体、缸盖等箱体类零件的面、孔繁多,精度要求高,加工过程中基准变换次数多,伴随产生大量过程尺寸。按照质量控制要求,产品尺寸和过程尺寸需要全面监控并且方便在线检验。为了满足上述要求,需要确定合理的检测方案,如合适的检测手段和频次。

对关键尺寸、重要尺寸要重点控制,如缸孔、曲轴孔、止推面和凸轮轴孔等,需要根据重要性合理制定检测频次,并在现场控制文件中固化、实施,在保证产品质量的前提下,减少工作量,如重要尺寸100%全检,次重要尺寸则按2%或1%的频次抽检,机床调整、夹具调整、换刀和开班首件等都要进行检验,判断合格后再进行正式生产。

工艺基准要与检测基准重合,如缸体线OP10工序为用粗基准定位,加工精基准,实现毛坯粗基准向精基准的转换。检测时也需要用粗基准定位,测量作为精基准的一面两孔及其余加工内容,所以除OP10的其他工序内容要用精基准定位,进行测量,虽然操作繁琐,但非常必要。

产品图样上的尺寸要全部检测,且形位公差和表面粗糙度要满足产品要求。这就要求根据产品图样,确定合适的检具配套方案:精度高、公差要求严的参数用精度较高的检具,参数要求较低的用精度低的检具。

3.SPC分析、上传工业网络

实现在线质量控制,关键是对在线质量检测数据进行分析和预测,在具体的实际应用中,所选择关键质量控制点的相关信息是作为误差分析的参考,而初始参数的设定也影响着误差趋势的准确性。质量预测模型通过对工件质量特征的分析,预测工件的未来质量状态,实施补偿控制、防止工件超差,减少乃至杜绝废品的出现。因此趋势分析和质量预测是制定反馈措施的主要依据,也是提高产品质量和防止废品产生的重要手段。

(1)SPC站(见图2)设置原则 SPC站依靠在线测量设备,可对生产现场数据进行采集、统计,对在线检具采集的数据进行存储,生成报表分析。依靠SPC可保证质量预测的有效性和实时性,提前采取干预手段,避免不良品出现,同时及时识别设备加工能力是否有波动,制定预防措施。如发动机箱体类零件大量采用成形刀具一次加工完成,随着刀具磨损量增加,尺寸会呈一定的趋势变化,如:孔的直径会越来越小,当使用SPC分析后,可以反映刀具磨损程度,以便合理换刀或调刀。设置原则:一般设置在每个加工单元下线处,保证工件不逆流,搬运距离尽量短;布线方便;对于分期实施的项目,需要考虑后期增加设备时的平面布局;单元内的加工项目在该单元完成检测,不可移到下一个单元SPC站。

(2)上传工业网络,供技术人员实时监控数据变化 工业网络需要记录每班上线工件数、废品数和合格数,供技术人员分析。质量控制并不仅仅用来判定产品是否合格,而是要分析产品的变化趋势,为了实现实时监控与质量预测,可选择将现场数据或图表转换为统一格式,上传Q-DAS工业网络,便于技术人员提前做出预防措施,通过采取相关质量控制手段,可实现质量闭环控制。

检测方案

缸体、缸盖等箱体类零件涉及到上千个尺寸,快速、准确地获得相关的尺寸信息是我们追求的目标。位置尺寸、直径和宽度类采用通止规或者可读数的量仪,对于大批量生产一般不采用游标卡尺等通用检具,位置公差(位置度、平面度、平行度、直线度和圆度圆柱度)需要使用三坐标测量机,大批量生产时可使用综合检具测量。

1.检测手段

(1)通止规

通止规(见图3)又称“光滑极限量规”,它是以孔或轴的最大极限尺寸和最小极限尺寸为标准测量面,能反映出被检验孔或轴边界条件的无刻线长度测量器具。它只能判断被测尺寸是否合格,不能读出具体的实际尺寸。通止规主要用于检验尺寸公差要求较低的尺寸检测,具有结构简单、使用方便和检验效率高等优点,故应用很广泛,特别是在大批量生产的场合。为了保证产品质量可靠,要求实现质量在线控制,避免工件中途下线,这就要求检具摆放位置尽量靠近滚道,如通止规、形状规等小型检具可直接固定在机床床身上,如图4所示。

(2)可读数量仪

对于精度要求较高的孔和宽度尺寸,需要使用可读数的量仪,如气电量仪和电感量仪等。气电量仪、电感量仪与通止规的对比如表2所示。

气动测量仪是一种非接触式测量仪器,按其显示器的种类可分为浮标式气动测量仪和电子柱式气动测量仪。浮标式气动测量仪是将被测长度尺寸的变化转换成锥度玻璃管内气体流量的变化,并由玻璃管内的浮标指示出被测尺寸;电子柱式气动测量仪是使用气动传感器将被测尺寸的变化,经气电转换器转换成电信号,由若干个发光管组成光柱显示测量结果。气动测量仪与各种类型的气动传感器配合使用,能够进行多种测量工作,如用于检测工件的厚度、内径、圆度和平行度等参数,还可用于多台拼合检测。

电子柱量仪由电子柱显示器和传感器组成,是一种由电感式传感器将被测尺寸的变化转化成电信号,并用电子柱(发光单元)显示的比较测量仪器。电子柱量仪可用来检查工件的厚度、内径、外径、圆度、平行度、垂直度、同轴度和径向跳动等,如图5a所示。

(3)综合检具

综合检具是一种定性或定量检验的专用量具,主要用来检验箱体类零件的位置度、平面度和垂直度等位置公差。与三坐标测量机相比,综合检具属于非标设备,成本高、制造复杂,几乎不具备通用性,工艺要求高,新线规划时的工作量大。特别对于分期实施的项目,往往需要技术人员花费很大的精力,分析确定哪些项目采用综合检具检测,哪些项目用三坐标测量机临时代替。综合检具等较大检具一般布置在每个单元下线处,集中布置,如图5b所示。

(4)三坐标测量机

三坐标测量机具有精度高、通用性强等优点,但对环境要求苛刻(温度、湿度和干净的压缩空气源),如图5c所示,需要专门的精密测量间,对操作者要求水平高,需要编制测量程序,且需要定期标定,维护成本高,不适用于大批量生产时的现场质量控制。三坐标测量机测量时间花费长,如对于缸体,每个工件检测都需要约30min,后期正式生产的检测费用会非常巨大,且工件需要来回搬运,工作繁重。

2.选用原则及优缺点

大部分整车厂的缸体、缸盖等自制件生产线质量控制方案为首件全部用三坐标测量机进行检测,以判断首件是否合格,然后再开班生产。如一条15万产能的缸体线,粗加工共8道工序,A、B两条线,还有精加和珩磨,共18道工序,也就是有18个工件需要检测。每个工件的检测时间需要约0.5h,仅仅测完这些首件,就需要9h。同时需要安排专人往精密测量间送检,由于铸铁缸体重达30kg,工作量巨大。

目前我公司新项目中广泛采用通止规与综合检具配合使用的在线质量控制方案(见图6)。小型检具安置在机床边,用来检测孔等的尺寸以及形状合格与否;综合检具等大型检具,主要用来检测位置精度是否合格,布置在每个单元的下线处,在该处设置SPC站。

当开班生产前或机床调整后,首件检测依靠在线检具进行定性检测,如果合格就可迅速转入正常生产;当发现不合格项,综合检具再进行定量分析,若综合检具无法判断问题来源时,再将工件送三坐标室进行高精度分析。为了防止在线检具出现误判,可对正常生产的工件按照1%频率进行抽检控制,其流程如图7所示。

质量规划方案事关产品质量、项目成本和后期易用性。发动机生产线采用综合检具与通止规配合使用的方案,实现生产现场在线检验,以快速判断工件合格与否,可大幅节省检测时间,提高劳动生产率,减小劳动强度,节省生产成本。在线检验方案与离线检验方案对比如表3所示,对于大批量生产,如产能超过15万时,可以考虑选用这种在线检验方案,以提高劳动生产率。

结语

发动机各自制件产量大、节拍快,要求快速检验,尽量减少非加工时间,因此需要采用合理的生产线质量规划方案,保证加工效率且质量稳定。本文结合我公司发动机工厂缸体、缸盖线质量规划新理念,对产品质量控制要求、检测手段进行了研究,提出了综合检具与通止规配合使用的在线质量控制方法,可大幅减少检验时间,提高生产效率,为大批量生产时的质量控制提供了借鉴。


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