隨著汽車工業的飛速發展,汽車年產銷已突破2700萬輛,在這一背景下汽車的召回也日益頻繁,數量也日益增多。據統計,2019年1—8月國內召回汽車超100次,其中與緊固件扭矩相關涉及13次共計114351輛車。
以上汽通用五菱重慶分公司生產的某車型為例,總裝車間裝配螺栓(螺母)超230顆,任一點位緊固件扭矩不合格,輕則造成鬆動異響,重則可能危及駕駛員與乘客安全,造成嚴重的質量後果,如何對緊固件扭矩開展有效管控成為總裝車間的重點工作。
01
總裝車間的扭矩等級管理
總裝車間按照對顧客安全和車輛功能的影響程度將緊固件扭矩進行等級管理,通過該表格可對整車的緊固件進行分類,建立扭矩管理清單,便於識別關鍵控制點,如表1所示。
02
動靜態扭矩的定義及測量方法
2.1動態扭矩
設計工程師依據零件緊固所需要的軸向預緊力進行計算、要求緊固過程執行的扭矩控制範圍,工具設定一般以動態扭矩範圍的中值進行設定。
2.2靜態扭矩
對擰緊狀態的螺紋緊固件繼續擰緊、螺紋副發生相對轉動瞬間的扭矩,靜態扭矩也稱檢測扭矩。
2.3動態扭矩測量方法
將傳感器套在擰緊工具與緊固件之間,裝配現場使用動態扭矩的中值設定好擰緊工具進行擰緊,達到動態扭矩設定值時的所測得的扭矩值(帶傳感器及顯示裝置的擰緊槍可直接在擰緊過程中顯示動態扭矩)。
2.4靜態扭矩測量方法
用扭矩測量工具對已擰緊螺栓或螺母施加一個順著螺栓或螺母擰緊方向逐漸增大扭矩,直至螺栓或螺母再一次產生擰緊運動的瞬間(一般要求該轉動角度小於5°),記錄下剛產生運動的扭矩值。[1](一般要求在動態扭矩施加完成5分鐘內進行靜態扭矩檢測)。
03
靜態扭矩釋放
由於汽車行業中整車的試生產通常量很小,且企業一般要求在量產前發布靜態扭矩進行日常監控,所以企業通常收集30個數據來進行過程能力研究。
3.1數據收集
以總裝車間生產的某車型為例,該車中排安全帶螺栓緊固定義為PS1點,扭矩控制等級為12級,動態扭矩範圍為(50±15)N·m,工藝安排為員工使用設定值50N·m的阿特拉斯電槍打緊。
工藝工程師在靜態扭矩數據收集前,先對動力工具進行驗證,通常先記錄5次動態數據與名義值比較,滿足差值在5%以內方能開展靜態扭矩測量,同樣在靜態扭矩數據收集完成後再次對動力工具進行驗證,前後驗證通過方能採用收集的靜態扭矩數據。中排安全帶靜態扭矩數據如表2。
3.2控制限計算
根據上述數據,計算中排安全帶螺栓靜態扭矩均值X 為43.59,極差均值R 為3.53。通過查詢SPC手冊附錄E[2],根據子組大小為3,查詢相關參數得A2=1.023,D3=0,D4=2.574,UCLX =X +A2R =43.59+1.203×3.53≈47,LCLX =X -A2R =43.59-1.023×3.53≈40,UCLR =D4R=2.574×3.53≈9,LCLR =D3R=0。
3.3控制圖繪製與分析
將上述數據導入Minitab專用分析軟體,選擇「統計→控制圖→子組間的變量控制圖→Xbar-R」,生成控制圖如圖1所示。通過觀察控制圖,發現各點變化趨勢不符合《常規控制圖》(GB/T4091—2001)中規定的八種判異準則[3],故可判定該過程受控,無異常,可轉為控制用控制圖。(注:若製圖後發現有違反控制圖判異準則的點需先剔除異點再重新製作控制圖。)
3.4規格限計算
PPAP手冊中要求在做初始過程研究時,在受控條件下,Cpk 應≥1.33[4],該要求不僅適用於供方,同樣適用於整車廠。
根據Cpk公式逆向推算出安全帶螺栓靜態扭矩的規格限,根據子組大小為3,查詢相關參數得d2=1.693 。
σ=R/d2=3.53/1.693=2.08,USL=X +3σ×Cpk=43.59+3×2.08×1.33≈52
LSL =X -3σ×Cpk=43.59-3×2.08×1.33≈35
則靜態扭矩規格範圍為:[(51.91+35.28)/2]±[(51.91-35.28)/2]≈44±8。
通用汽車根據經驗總結,要求在靜態扭矩規格限計算時滿足兩個條件:(1)靜態上(下)偏差與靜態扭矩名義值的比值小於35%;(2)動、靜態扭矩名義值的差值與動態扭矩名義值的比值小於15%。[5]
要求(1):8/44=18.2%<35%,滿足。要求(2):(50-44)/50=12%<15%,滿足。故該安全帶螺栓靜態扭矩釋放合格。(注:若進行判斷時兩個要求有任一不符合,均需開展分析,鎖定原因採取措施後按照靜態扭矩釋放的步驟重新開展。此外,若產品設計扭矩變更、工具變更等情況也需按照靜態扭矩釋放的步驟重新開展。)
04
動靜態扭矩智能管理
4.1規動態扭矩監控
4.1.1 動態扭矩平臺智能監控
按照圖2動態扭矩監控平臺邏輯,完成硬體布置和軟體開發,實現動態扭矩智能監控。具體步驟如下:(1)實施擰緊:電槍根據生產信息識別車型、配置,選取擰緊程序,相關擰緊上傳至擰緊伺服器;(2)數據計算:扭矩監控平臺實時讀取擰緊伺服器數據,通過計算得出質量結果;(3)扭矩結果目視:更新看板,顯示不合格點位信息。
4.1.2 動態扭矩過程能力分析
為確保關鍵扭矩的控制,總裝車間通過每天開展動態扭矩抽檢,每月開展能力分析,計算過程能力指數,以某車型8月中排安全帶螺栓為例,每日連續抽樣4件,抽查25組共100個樣本見表3,首先將數據導入Minitab,選擇「統計→基本統計量→正態性檢驗」得到排安全帶螺栓動態扭矩概率圖見圖2。
從圖3可知,P 值為0.262>0.05,故證明符合正態分布,對此數據開展過程能力分析,在Minitab中選擇「統計→質量工具→能力分析→正態」,輸入子組4,動態扭矩規格下限35,上限65,得出中排安全帶螺栓動態扭矩的過程能力見圖4。
從圖4可知,樣本均值為49.8671,整體標準差為0.431566,Cp 為11.59,Cpk 為11.48,代表能力較高,過程穩定。
4.2靜態扭矩監控
4.2.1 靜態扭矩智能監控
車間制定靜態扭矩抽檢規則,各工段針對扭矩控制等級6級及以上點位每2小時開展一次扭矩抽查並記錄相關數據,以中排安全帶螺栓抽檢數據為例共27組×4個數據,見表4。
圖2 動態扭矩監控平臺邏輯
圖3 中排安全帶螺栓動態扭矩概率圖
圖4 中排安全帶螺栓動態扭矩的過程能力
圖5 中排安全帶螺栓靜態扭矩控制圖
圖6 中排安全帶螺栓靜態扭矩過程能力
圖5中上下實線代表該點位扭矩的規格限制,上下黃色線代表該點位扭矩的控制限,在數據採集完成後導入靜態扭矩只能監控平臺,平臺自動計算並更新,準確反映靜態扭矩的運行趨勢。
結合圖4可知,8月靜態扭矩無超出控制限與規格限的情況,且8月靜態扭矩走勢不滿足《常規控制圖》(GB/T4091—2001)中規定的8種判異準則,因此可判斷該過程運行良好。
4.2.2 靜態扭矩過程能力分析
總裝車間針對每月抽檢的靜態數據開展過程能力分析,將表4數據導入Minitab,在Minitab中選擇「統計→質量工具→能力分析→正態」,輸入子組4,靜態扭矩規格下限36,上限52,得出中排安全帶螺栓靜態扭矩的過程能力見圖5。從圖6可知,樣本均值為43.2103,整體標準差為1.44956,Cp 為3.13,Cpk 為2.82,代表能力較高,過程穩定。
05
總 結
目前,汽車製造企業及其供方均對動、靜態扭矩有一定的研究並應用於生產管控環節。總裝車間通過扭矩的分級管理,搭建扭矩智能監控平臺,開展動靜態扭矩日常抽檢、進行過程能力研究,綜合評價擰緊結果的可靠性與穩定性,該模式對總裝車間的其他關鍵點如液體加注、玻璃打膠也有參考意義,後續總裝車間將擴大對此類工藝參數的管控,全面提升整車質量。