QC工具在降低某车型横拉杆连接螺母返工率的应用

2023-02-18 11:16亮,刘涛,王
汽车实用技术 2023年3期
关键词:盖帽内切圆压块

雍 亮,刘 涛,王 枫

QC工具在降低某车型横拉杆连接螺母返工率的应用

雍 亮,刘 涛,王 枫

(上汽大众汽车有限公司,上海 201805)

某车型生产线在新车型批量投产后,频繁出现横拉杆连接螺母不合格问题,导致月度返工率激增。针对该问题,通过应用质量管理(QC)工具进行原因分析,调查确定了套筒找螺母失败、锁止孔找锁止销失败是导致横拉杆连接螺母返工的关键因素。按照 5W1H 原则制定对策并组织优化改善措施,使返工率由攻关前的12.53%降低至1.25%。

质量管理(QC)工具;横拉杆连接螺母;套筒;改善返工率

长久以来汽车制造业被誉为“工业火车头”,是我国工业体系中的重要组成部分。想要在日趋激烈的汽车市场中获得客户的认可并据一席之地,整车质量和生产效率就必须发挥不可替代的作用。如何持续减少新车型投产过程中生产装配的质量问题、提高生产效率是汽车生产企业所面临的最大挑战。

质量控制(Quality Control, QC)于1962年被日本质量管理专家石川馨博士第一次提出[1],在世界质量管理体系中发挥了重要的作用。近几十年随着质量管理方法的不断发展,人们根据实际问题将QC管理体系应用到具体的工程项目当中。其目的是针对生产、服务或管理中出现的失败或不满意问题进行质量改进,或用新的思维方式开发新的产品、服务和项目,以应对现有的技术、流程、技能和方法无法满足的实际需求[2]。QC工具在流程改善特别是QC活动中取得了巨大成功,已经发展成为发现问题、解决问题、作出决策及改善流程的通用语言[3-4]。

本文针对某汽车企业生产过程中,下线返修车辆存在的返工率高问题,通过运用QC工具的分析方法对该问题进行系统性的分析,寻找出要因并针对性地进行改善,有效地降低了该工位的返工率[5]。

1 研究背景

1.1 课题选择

某新车型批量投产后,根据返修工段月度缺陷显示,横拉杆连接螺母返工月总计不合格数为2 458台,占总缺陷数的39.02%,缺陷排名第一,如表1所示。结合生产现场底盘模块工段反馈此车型横拉杆连接螺母周不合格数量均在600以上,周平均不合格率高达12.53%。此问题严重影响了公司现行的生产计划,若无法及时将返工率降低到一定标准,将会使得车辆生产周期在原基础上进一步拉长,无法按时按量和其他零件进行配套装配工作,成为生产环节中的瓶颈问题,最终将会导致新车交付延迟并影响企业效益。因此,选定“降低某车型横拉杆连接螺母返工率”为本次攻关课题。

表1 返修工段返工缺陷调查表

1.2 现状调查

横拉杆连接螺母是固定转向机构横拉杆与轮毂支架的关键所在。若车辆使用过程中出现松脱,将影响车辆转向功能,存在安全隐患。针对上述问题,技术人员通过缺陷车辆数据的整理绘制成如表2所示的排列表。从表中能够发现,造成横拉杆连接螺母返工最主要的缺陷为套筒找螺母失败和锁止孔找锁止销失败,累计占总缺陷的比例为89.41%,为主要因素。因此,将降低横拉杆连接螺母返工率的主攻方向确定为降低套筒找螺母失败和锁止孔找锁止销失败的发生率。

表2 返修工段横拉杆连接螺母返工缺陷模式调查表

1.3 目标设定

与本车型横拉杆螺母周平均返工率对比,某同类车型周平均返工率仅为2.10%,故计划将本次车型横拉杆螺母周平均返工率下降至同类车型水准2.10%。从上文中可知,只要套筒找螺母失败、锁止孔找锁止销失败等问题被解决,横拉杆连接螺母不合格率将会下降89.41%。经统计,目前横拉杆连接螺母不合格率为12.53%,若完全解决套筒找螺母失败、锁止孔找锁止销失败的问题,横拉杆连接螺母不合格率将降低到12.53%-12.53%× 89.41% =1.33%,小于目标计划的2.10%。

2 原因分析与要因确认

2.1 原因分析

从图1(a)可以看到,横拉杆连接螺母打紧零件由转向机构横拉杆、球头螺柱、轮毂连接孔、固定螺母组成。设备由气缸、连杆、压块、高精度枪组成,如图1(b)所示。为进一步分析横拉杆连接螺母套筒找螺母失败、锁止孔找锁止销失败的原因,QC小组成员对横拉杆连接螺母打紧过程进行了原理分析。根据运作原理分析,可以锁定套筒找螺母失败出现在高精枪上升套筒找螺母的环节中,如图2(a)所示,锁止孔找锁止销失败出现在螺柱锁止孔找止位销,如图2(b)所示。

图1 横拉杆连接螺母

图2 失败原因分析示意图

小组成员运用头脑风暴法分析套筒找螺母失败、锁止找锁止销失败的原因,并绘制关联图,确定了8个末端要素,如图3所示。

图3 找螺母失败及锁止销失败原因分析关联图

通过关联图的梳理,基本明确8个末端要素,分别是:

(1)悬挂连接孔三坐标尺寸偏差;

(2)悬挂总成件安装定位孔偏位;

(3)锁止孔与锁止销达不到锁止力矩;

(4)套筒机构上升对准度偏差;

(5)套筒与锁止销找帽度超差;

(6)锁止销导向头选用不合理;

(7)气缸压力设置不合理;

(8)压块未全部压到球头盖帽凸台面。

并绘制最初要因确认表,如表3所示。

表3 初始要因确认图

注:PDM:产品数据管理(Product Data Management)。

2.2 要因确认

1.悬挂连接孔三坐标尺寸偏差

随机抽样悬挂连接支架进行三坐标测量(班次10%),并统计公差带±0.2 mm的分布频率。通过统计可以看出,三坐标尺寸测量值波动未超出允许范围,分布中心和散差均在要求范围内,过程能力适当,故为非要因。

2.悬挂总成件安装定位孔偏位

悬挂总成件安装定位孔偏位将通过重新标定的验证方式,验证检具套顺畅套入底盘前托板小车的MP35、MP36定位销。查阅历史标定记录,以及检验标定MP35、MP36左右装配定位销点,全部合格,故为非要因。

3.锁止孔与锁止销达不到锁止力矩

锁止孔与锁止销达不到锁止力矩会导致螺母跟转现象。将扭矩监控窗口的扭矩设定值41 Nm~91 Nm作为锁止力矩的验证依据。模拟测试螺栓锁止孔与锁止销的锁止力,手动拧紧10件横拉杆球头机构进行测试。经过上限91 Nm扭矩模拟拧紧试验,均未发现螺母跟转现象,说明锁止力矩满足要求,故为非要因。

4.套筒机构上升对准度偏差

为检测套筒机构上升对准偏差,封样件测试被用于验证高精度枪套筒是否顺畅套入螺母。使用测试合格的封样件悬挂总成、转向横拉杆机构及新压块进行对准测试。高精度枪经20次上升测试,套筒均能套入螺母,故为非要因。

5.套筒与锁止销认帽度偏差

根据套筒与锁止销认帽度偏差验证依据,套筒认帽度应为0.2 mm~2 mm。QC小组成员使用游标卡尺测量计算套筒认帽度活动量,周向选取8个测量点。认帽度都在范围,发现8个测量点均在套筒认帽度范围内,故为非要因。

6.锁止销导向头选用不合理

通过缺陷车分析,造成相当比例缺陷问题的原因是锁止销未能插入转向机构的所锁止孔,使得螺母空转。进一步分析,发现无法进入锁止孔的原因是锁止销导向头的内切圆较大(实测5 mm),与对手件尺寸相似,使得其不易进入。

为了测试分析是否正确,小组选用较小导向头试验进行对比验证。在锁止销未进入锁止孔的缺陷车上,将现使用的六边锁止销替换六齿花型锁止销进行对比验证,试验结果表明,缺陷车换上六齿花型锁止销全部合格。套筒转动带动螺柱锁止孔找锁止销,如图4所示,6边型锁止销导向内切圆直径为5 mm,6齿花型锁止销导向内切圆直径为4 mm,因6齿花型锁止销导向内切圆更小,螺柱锁止孔在旋转找锁止销时,6齿花型锁止销更容易进入锁止孔。对比验证后导向内切圆小的锁止销更容易进入锁止孔,故为要因。

7.气缸压力设置不合理

判定气缸压力设置是否合理,需要将实际压力与标准压力对比,并验证是否符合PDM图纸要求。经计算得知,实际气缸压力符合PDM要求,连续三天所测气压均在标准气压范围内,故为非要因。

8.压块未全部压到球头盖帽凸台面

为判断压块是否全部压到球头盖帽凸台面,需要对比验证是否符合PDM图纸要求。观察缺陷车,发现盖帽角度偏位,压块未完全压住盖帽凸台面且有磨损,套筒未套入螺母。查看球头机构图纸,计算得知盖帽可单边转动20.5°,凸台面积283.4 mm2。小组成员利用内部有限资源进行试验,当盖帽角度变化时与压块所压面积进行变量关联试验。从图5可以看出,盖帽角度越大压块所压凸台面积越小,呈现负相关关系,套筒难以套入螺母,反之套筒容易套入螺母,故为要因。

图5 盖帽角度与凸台面积分布图

3 制定对策

针对上述两条要因,分别按照5W1H(即原因(Why)、对象(What)、地点(Where)、时间(When)、人员(Who)、方式(How))方法制定相应策略,并列举改进每条问题的目标和应对措施,如表4所示。

4 对策实施

4.1 选用合理的锁止销导向头

在对比验证中已知锁止导向头内切圆(4± 0.1)mm,更容易进入螺柱锁止孔。又因为锁止孔为六边型结构,因此,锁止销的选取条件为(1)边数为6或者6的倍数的锁止销;(2)导向内切圆直径为(4±0.1)mm。

小组成员寻找可用的同类型的锁止销,共发现如图6所示的3种锁止销。

图6 锁止销实物图

基于锁止销导向内切圆直径和成本因素考虑,如表5所示,选用6齿花型227-40GTX和12齿花型225-6M锁止销进行试验,对比验证结果如表6所示。

表5 锁止销对比评估表

表6 6齿花型与和12齿花型锁止销试验结果对比

6齿花型锁止销与12齿花型锁止销都能进入锁止孔。由于12齿花型锁止销有明显磨损痕迹,而6齿花型锁止销无明显磨损,满足工艺要求。因此,选用6齿花型锁止销对策目标达成。

4.2 改善压块覆盖球头盖帽凸台面

气缸旋转过程中压块碰擦横拉杆球头表面,造成压块严重磨损,且压块圆柱体结构的底座圆形面难以适应球头盖帽角度的变化。因此,需要对现有压紧装置进行改进,改进方向如表7所示。

表7 球头盖帽压紧装置改进方向

90°旋转气缸运动轨迹造成压块碰擦球头连杆机构,压块严重磨损且变形。项目成员展开头脑风暴,想到90°旋转气缸运动轨迹犹如关闭推拉门时旋转90°,极易碰触障碍物,卷帘门垂直上下运动则不会碰触障碍物,根据这一原理可以采用垂直式下压气缸,如图7所示。

图7 改进前后气缸示意图

原压块为尼龙材质,球头机构为铸铁金属材质,磨损严重。根据金刚石切割玻璃原理,选取硬度接近球头机构的压块材质,既不会损伤球头机构零件,又降低了压块磨损量。根据材质分析表评估,选取铜质材料最佳。

压块为圆柱体结构,接触面为圆形平面,难以适应球头盖帽角度变化。QC小组成员展开头脑风暴,以戴帽子的方式实现全包式无死角压住盖帽,如图8所示。

图8 压块结构示意图

小组自行完成压块型面仿形设计环节,并交由供应商完成试样生产。试样经2 500台试验后套筒顺畅进入螺母,但发现金属压块内壁磨损严重。经小组分析,压块为刚性连接在气缸连杆上,压块向下运动,垂直硬着陆压在盖帽凸台上,盖帽左右自调整,使得压块全包式压住盖帽凸台。但由于凸台调整过程中与金属压块硬磨擦,导致金属压块内壁出现严重的磨损。针对此问题,小组内部进行头脑风暴以及仿真测试后得出结论,万向节套筒可以实现压块的自适应调整姿态,优化方案如图9所示。下压过程如图10所示,压块可在一定角度内实现自适应调整并完全压住盖帽凸台。

图9 压块改进示意图

图10 优化后的压块下压过程示意图

安装优化后的压块得到新的球头盖帽压紧装置,实现压块左右自调整及全覆盖压住球头盖帽凸台面,如图11所示。经2 500台(盖帽极限角度20.5°)有效试验后套筒顺畅进入螺母未发现金属压块磨损。

图11 优化后的球头盖帽压紧装置示意图

5 效果检查与巩固措施

5.1 效果检查

实施上述改善措施并将装置应用于实际生产,以周为单位,统计某月的横拉杆连接螺母返工率统计表(表8)。返工数由改进前的2 458台降至巩固期的245台,缺陷率由改进前的12.53%降至巩固期的1.25%,完成既定目标。该车型横拉杆扭矩不合格率与目标值比较如图12所示。

表8 某月该车型横拉杆扭矩周不合格率统计表

再次抽查了某月返修工段的横拉杆连接螺母缺陷情况,返工缺陷模式的周平均返工率如表9所示。经统计,改善后套筒找螺母失败、锁止孔找锁止销失败的缺陷数为0,已经不是造成横拉杆连接螺母返工的主要缺陷模式。此外,改善后横拉杆螺母不合格占拧紧数据智能管理系统主要问题总比例由39.02%降至6.57%,完成预定目标。

图12 改善后该车型横拉杆扭矩不合格率与目标值比较

表9 某月返修工段横拉杆连接螺母返工缺陷调查表

5.2 巩固措施

根据效果检查结果,将改善结果制定成为标准化措施,确保改善效果持续应用且有效,具体如表10所示。

表10 对策措施巩固表

6 结论

针对在生产线设备升级后某车型横拉杆连接螺母返工率激增、频繁出现套筒找帽失败以及锁止孔找锁止销失败等问题,通过应用QC工具,调查确定了两大要因:锁止销导向头选用不合理、压块未能全覆盖压住球头盖帽凸台面。QC小组迅速组织原因调查并制定了优化改善措施。经过效果检查,返工率由攻关前的12.53%降低至1.25%,完成项目目标。

[1] WARNER M.管理思想全书[M].韦福祥,译.北京:人民邮电出版社,2009.

[2] 焦文钰,杨晨.工程项目管理中的QC小组活动策划浅析[J].商品与质量,2020(2):53,55.

[3] 王为人.质量管理QC新七大工具[J].中国卫生质量管理,2018,25(1):131-132.

[4] 王尧,周炳海.基于QC的发动机缸体加工质量问题改善[J].精密制造与自动化,2018(2):57-59.

[5] 南车戚堰机车有限公司配件三公司精密螺栓班QC小组.降低280连杆螺栓返工率[J].中国质量,2014(2): 77-82.

The Application of QC Tools in Reducing the Rework Rate of Tie Rod Connection Nuts

YONG Liang, LIU Tao, WANG Feng

( Saic Volkswagen Automotive Company Limited, Shanghai 201805, China )

After a certain model was put into mass production, the production line frequently had the problem of unqualified tie rod connection nuts, which led to a sharp increase in the monthly rework rate. Therefore, through the application of quality control(QC)tools, adopting the brainstorming method and the simple chart method to analyze the causes, the investigation determined that the failure of the sleeve to find the nut and the failure of the lock hole to find the lock pin were the key factors causing the rework rate of tie rod connection nuts. According to the 5W1H principle, countermeasures were formulated and improvement measures were optimized to reduce the rework rate from 12.53% to 1.25%.

Quality control(QC) tools; Tie rod connection nuts; Sleeve; Improvement of the rework rate

U466

B

1671-7988(2023)03-142-08

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.03.027

雍亮(1986—),男,硕士,工程师,研究方向为汽车整车制造,E-mail:yongliang@csvw.com。

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