基于六西格玛的零件厚度尺寸控制的研究与应用

时间：2021-01-05 10:08:00 所属分类：金属学与金属工艺 浏览量:

随着制造业轻量化进程，铝合金型材更加广泛地应用于飞机等飞行器的主要骨架零件[1]。T型材因其抗弯能力强、节约成本、结构重量轻等特点，被广泛的应用于航空制造业，在制造过程中，通过对T型材进行拉弯后机械加工，满足不同飞机、不同部位的需求。以该典型零

　　随着制造业轻量化进程，铝合金型材更加广泛地应用于飞机等飞行器的主要骨架零件[1]。T型材因其抗弯能力强、节约成本、结构重量轻等特点，被广泛的应用于航空制造业，在制造过程中，通过对T型材进行拉弯后机械加工，满足不同飞机、不同部位的需求。以该典型零件为例，研究如何应用六西格玛方法，通过数据统计、分析，找出影响厚度尺寸的关键Xs，实施改进工作，提高零件合格率，降低端面厚度尺寸超差的DPMO(DefectsPerMillionOpportunities，百万机会的缺陷数)。

　　1项目简介

　　目前，T型材拉弯后零件外形面和内型面均需要进行机械加工，但是在加工过程中，零件端面厚度尺寸超小，且加工质量非常不稳定，严重影响了产品交付和公司印象，顾客抱怨，要求尽快改进。为满足顾客要求，提高零件端面厚度的合格率，基于六西格玛方法，对T型材拉弯后端面厚度尺寸进行研究和应用。

　　2项目介绍

　　2.1组建团队

　　根据端面缘条厚度尺寸超差的历史数据，确定题目，成立项目团队，团队成员包括工艺主管、工长、工人及检验人员。

　　2.2项目定义

　　2019年1月到2020年4月，某项目T型材零件共生产59件，厚度尺寸实测值超出8.89±0.25mm(8.64～9.14mm)共计34件，端面缘条厚度尺寸(Y)的FTY为42%，产品合格率较低，顾客抱怨，要求改进。将某项目的该类零件的厚度尺寸的DPMO从580000降低到116000，改善80%。以数据为基础，从而确定缺陷定义———用精度0.01mm超声波测厚仪对端面100mm内厚度尺寸进行检测3次，记录最大值和最小值，如图1所示，团队成员经过对出现该类零件的故障进行调查，发现厚度尺寸整体偏小，因此将最小值作为研究对象。

　　2.3解题思路

　　进一步分析发现，DM阶段历史数据均值(8.52mm)，相对理论均值(8.89mm)小0.37mm，为了提高厚度尺寸合格率，首先需要解决厚度偏小问题，提高准度。在Minitab软件中，将历史数据整体增大0.37mm后，从图2可以看出：理论上均值往目标区间移动，且大部分厚度尺寸落入规格线内，但是波动较大。通过数据初步分析，考虑先移动厚度尺寸平均值，再减小尺寸波动，提高精度。

　　2.4工艺路线分析(图3)

　　分析该零件的工艺路线，该零件的工艺路线主要包含“粗加工→拉弯成形→人工时效处理→精加工”4个步骤，其中厚度尺寸形成于精加工工序。进一步分析精加工内所有工艺路线，发现加工主要流程为“装夹零件→精铣外型，A面内型→精铣B面内型”，厚度尺寸由精铣外型和精铣B面内型共同形成。

　　2.5原因分析

　　团队成员运用头脑风暴法，从5M1E(即人、机、料、法、环、测)6个方面入手，分析可能导致厚度超差的原因，如图4所示，并确定了可能影响明显的尺寸，X1粗加工余量、X2定位面间隙、X3原点偏移方式、X4刀长调整值、X5操作人员，作为收据收集的对象，制定了数据收集计划表。经过数据验证，通过Minitab中进行回归分析，发现X1、X2对厚度Y的贡献率分别为23.2%、55.8%，贡献度达到79%，从而从数据上，找到了影响Y的关键Xs(图4)。

　　2.6机理分析

　　通过数据分析可以得到，粗加工余量、定位面间隙是影响Y的关键Xs，接着从机理对Xs对Y的影响进行分析。2.6.1粗加工余量零件理论边界最大处要求为14mm，而粗加工后，实际材料最大处仅14mm，由于材料曲率与零件曲率不同，且拉弯后，所有表面均要进行去除加工，因此粗加工余量不足会导致厚度尺寸整体偏小，如图5所示。2.6.2定位面间隙常规的精加工方案，将滚弯、人工时效后毛坯面作为加工外形的基准面，由于拉弯后表面凹凸不平，导致定位面不平整，加工中缘条容易晃动，导致厚度尺寸波动较大，如图6所示。通过机理分析可看出，粗加工余量和定位面间隙分别是导致厚度尺寸超差的原因，与基于数据的原因分析结论相同，因此，将粗加工余量调整和定位面间隙控制作为项目主要改进对象。

　　2.7流程梳理与改进

　　团队成员对加工流程进行分析后，发现在“精铣外型和A面内型面”时，直接采用拉弯时定位面，加工时不稳定，从而造成缘条尺寸波动，因此在精铣前，增加了“修基准面B”工序，保证定位面间隙受控，改进前后流程如图7所示。

　　2.8项目改善

　　2.8.1增加粗加工余量更改工艺方案，经过3次试验验证，确定粗加工留余量3.3mm，减少了精加工时余量不足的现象，能够较好的保证厚度尺寸的合格率。试验验证时，因钣金拉弯机和模具需根据余量变化进行返修，返修周期较长，无法实现单件分析，所以取3个余量增加尺寸，分别为0.3mm、2mm、3.3mm进行验证，最终当余量取至3.3mm时，厚度尺寸均值达到8.90mm，与理论均值大0.01mm，因此选3.3mm作为改善目标。2.8.2控制定位面间隙增加修基准B面工序，将毛坯面修平后用作A面定位基准面，根据拟合线图，间隙控制在0.1mm范围内，厚度尺寸稳定。通过修改车间交接、制造大纲。

　　2.9项目控制计划

　　根据改善要点，在流程中增加粗加工余量、定位面检查的环节，对关键因素进行控制，项目的控制计划见表1。

　　2.10项目改善效果

　　通过上述的流程改善，完善关键的X1粗加工余量、X2定位面间隙的因素后，项目的改善情况对比如图8所示，项目的改进控制阶段完成情况较好。项目改善后，实际将95204零件厚度尺寸的DPMO从580000降到62500，改善89.2%。

　　2.11风险评估及管理

　　在对关键因素增加粗加工余量、修基准面改善后，需事先评估改善关键因素可能带来的风险。采用FMEA方法进行风险评估分析(表2)，经分析后，RPN<120，属于低风险，无需继续改进。

　　3结束语

　　通过对六西格玛项目的开展，团队成员紧密合作，通过对数据统计、分析，找到了影响该问题的关键Xs，提高了该零件的一次合格率，使零件整体的质量得到了提升，并为后续T型材拉弯后机械加工尺寸保证、企业六西格玛应用积累经验。

　　参考文献

　　[1]刁可山，周贤宾，金朝海.铝合金型材拉弯成形研究进展[J].塑性工程学报，2003(6)：38-42.

　　[2]迈克尔·L·乔治编著.方海萍，魏青江译.精益六西格玛[M].北京：机械工业出版社，2005.

　　[3]黄艳.六西格玛绿带培训教材[M].北京：中航工业精益六西格玛研究所，2015.

　　[4]何桢.六西格玛绿带手册[M].北京：中国人民大学出版社，2020.

　　《基于六西格玛的零件厚度尺寸控制的研究与应用》来源：《设备管理与维修》，作者：张钱钱 贺皑

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