基于六西格瑪的玻璃鋼零件端頭纖維損傷技術及應用

　　摘要：玻璃鋼材料零件進行機械加工后,在零件端頭容易出現纖維損傷的情況。針對玻璃鋼零件端頭纖維損傷的問題,運用六西格瑪管理方法,并利用事實和數據驅動業務流程的改進方法分析了玻璃鋼零件端頭纖維損傷的問題,找出了問題的主要原因,并對主要原因采取控制措施,從而達到了解決玻璃鋼零件端頭纖維損傷的目的,促進了玻璃鋼零件質量的持續提升。

　　本文源自工具技術,2020,54(09):72-74.《工具技術》(月刊)創刊于1964年，是成都工具研究所主辦的切削與測量工程綜合性技術刊物，本刊已被國內外有關機構認定為中文核心期刊、中國科技論文統計用刊、中國學術期刊(光盤版)入編期刊等，并多次榮獲四川省和機械工業部優秀科技期刊獎。

　　1、引言

　　玻璃鋼材料因輕質高強、耐腐蝕、熱性能良好等優點,被廣泛應用于現代制造行業。玻璃鋼作為一種玻璃纖維增強復合材料,因具有質量輕、硬度高、不導電、性能穩定、機械強度高和耐腐蝕等特點,被廣泛應用于現代制造行業。

　　在現階段,我國玻璃鋼材料行業面臨一個新的大發展時期,如城市化進程中的市政建設、新能源的利用、汽車工業的發展和大飛機項目等。

　　在現代加工中,需要不同結構、不同形狀的零件來滿足裝配功能的需求,因此需要對玻璃鋼零件進行機械加工。但玻璃鋼零件的機械加工中易出現端頭纖維損傷的問題,而有效解決玻璃鋼零件端頭纖維損傷是提升玻璃鋼零件質量的關鍵環節。本文采用六西格瑪方法,以對玻璃鋼零件端頭纖維損傷的質量改進為例,對六西格瑪在現場技術問題中的應用和實施進行分析。

　　2、項目實施過程

　　2.1項目內容

　　2018年8月至2019年2月,XX圖號的玻璃鋼零件共生產56件,端頭斜面出現纖維損傷的零件共計34件,不合格率高達60.7%。其中,纖維損傷區域長度超過20mm的零件共29件,占總不合格零件的85.3%,嚴重影響了零件交付,因而急需改進。

　　將XX圖號的玻璃鋼零件端頭斜面纖維損傷區域長度超過20mm的DPMO從517771降低到103554(改善80%)設定為改善目標。

　　以數據為項目基礎,通過對出現纖維損傷區域的零件進行調查,發現損傷區域長度大于20mm的零件占總不合格零件的85.3%,從而確定了缺陷定義:零件纖維損傷區域長度大于20mm即為缺陷(見圖1)。

　　圖1缺陷定義

　　2.2原因分析

　　運用因果圖法能快速分析得出玻璃鋼零件端頭斜面產生纖維損傷的根本原因,具有簡捷實用、深入直觀的特點。將影響問題的特性因素與特性值按相互關聯性進行整理,并標出重要因素,形成層次分明、條理清楚的因果圖(見圖2)。

　　由圖可以看出,影響玻璃鋼零件端頭斜面纖維損傷區域長度超過20mm的主要原因為X1裝夾方式、X2粗加工余量、X3加工順序和X4保護方式,其中關鍵原因為X2粗加工余量和X3加工順序。

　　圖2因果圖

　　2.3機理分析

　　機理分析是通過對系統內部原因進行分析研究,從而找出其發展變化規律的一種科學研究方法。

　　(1)粗加工余量機理分析

　　通過機理分析可論證X2粗加工余量是否為纖維損傷區域長度>20mm的關鍵因素。粗加工余量機理分析見圖3。

　　圖3粗加工余量機理分析

　　依據零件毛坯與工裝的關系量可得A=7,計算可得C1=A/sinθ=7/0.4=17.5,B1=A/tanθ=7/0.43=16.28。

　　以上計算表明:小斜面粗加工后余料的最小厚度為0,無法滿足余料下斷和未銑開出的連接強度要求,導致小斜面區域產生嚴重振動,零件彈刀。

　　根據模型可得出:要使B>0,則需C=C1-(B1-B)cosθ,由此可計算出C>2.52。根據材料厚度及加工強度分析,為避免產生彈刀,經過現場測試,4.3

　　(2)加工順序機理分析

　　通過加工順序機理分析可論證X3加工順序是否為纖維損傷區域長度>20mm的關鍵因素。加工順序機理分析見圖4。

　　由機理分析可知:X2粗加工余量、X3加工順序是影響纖維損傷區域長度>20mm的關鍵因素。

　　圖4加工順序機理分析

　　2.4項目改進

　　通過對玻璃鋼零件的加工流程進行梳理,發現和改進加工流程中存在的問題,進一步完善加工流程。改進前后的流程見圖5。

　　圖5改進前后的流程

　　項目改進過程中,大量采用了流程分析、測量系統分析、風險分析和假設檢驗等六西格瑪的工具和方法,分析出粗加工余量、加工順序是關鍵因素。具體的項目改善點如下:

　　①優化粗加工余量。改進前,粗加工余量C=2mm,余量不足,損傷區域長度超大。從粗加工余量的擬合線圖可得,粗加工余量應大于4.3mm。因粗加工余量太大易引起加工時刀具崩刃,經過現場試驗,粗加工余量應小于5.8mm,粗加工余量應控制在4.3～5.8mm為宜。將粗加工余量加大到4.3～5.8mm后,損傷區域長度尺寸顯著減小;

　　②優化加工順序。改進前,先加工其余部位再加工小斜面,加工順序不合格,導致損傷區域長度尺寸波動較大。通過更改加工順序,先加工端頭小斜面再加工其余部位,減小損傷區域長度尺寸,同時損傷區域長度的波動也得到明顯改善。

　　根據改進要點,在流程中“增加粗加工余量”、“更改加工順序”環節。完善項目后,對關鍵因素進行控制才能保持改進后的效果,為此,需形成規范標準作為工作準則。將流程標準化能有效控制關鍵因素,項目的控制計劃見表1。從控制計劃改進后的損傷區域長度尺寸I-MR控制圖可知:所有點都受控;隨著項目DM、A、IC階段的推進,損傷區域長度尺寸的波動減小;IC階段可控,均值接近目標值。

　　表1流程控制計劃數據單

　　改進并完善關鍵的X2粗加工余量和X3加工順序因素后,項目的改進情況對比見圖6。由圖可知,項目的改進控制階段完成情況較好。

　　圖6零件纖維損傷區域長度的時間序列

　　在項目改進后進一步收集數據,項目的DPMO從517771降至9387,改善98.1%,完成預設目標。

　　在對關鍵因素“粗加工余量”、“加工順序”進行改進后,應事先評估改進關鍵因素可能帶來的各種風險。運用FMEA風險分析方法對項目進行風險分析,分析結果見表2。由表可知,RPN<120,屬于低風險。

　　2.5項目成果推廣

　　復合材料零件被廣泛應用在現代制造企業,因此該項目具有可推廣性。目前已在其余玻璃鋼材料零件出現纖維損傷的控制流程中進行推廣,下一步可推廣至其他復合材料類型零件成型后出現斜面纖維損傷的控制流程。

　　3、結語

　　六西格瑪管理是一種高效的質量改進方法,數據準確,將生產能力、缺陷和執行力等均量化為數據。在實踐過程中需要根據項目的實際情況不斷進行相應地改進,將理論與實際融會貫通,才能使這套高效的質量改進方法發揮出全部作用。

　　表2FMEA分析

　　六西格瑪管理方法還需在生產過程中持續實施,并將成果融入體系、標準和規范之中,才能固化成果和穩步提升實際的質量水平。

　　參考文獻：

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