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    高精度孔加工質量控制研究
    2013-7-12  來源:  作者:吳昊

          飛機所需零件精度要求很高,我公司某高精度零件(以下簡稱飛機用零件) 在生產過程中, 出現了大量不良品。通過對不良現象的分析, 65. 5 % 的不良是由于零件中精孔內徑尺寸超差造成的。進一步的調查發現, 精孔數控加工過程產生的精孔內徑尺寸超差不良率為19 % , 表面處理過程中產生的精孔內徑尺寸超差不良率為46. 5 % ( 見圖1 )。出現這種情況, 十分令人吃驚。在以前對同類零件的質量控制中, 從未考慮過表面處理對零件精孔內徑最終尺寸的影響, 僅要求表面處理后零件表面的鍍層完整, 但對鍍層的厚度從未做要求。表面處理對零件孔質量控制的影響也從未顯現出來。

     

     

          將現在生產的飛機用零件和以前生產的類似零件進行對比, 飛機用零件特性值的數量級為0. 0 lm m ,較以前生產零件孔的特性值的數量級0. 0l m m , 精度增加了一個數量級。因此, 由于表面處理后零件表面鍍層厚度的波動對高精度的孔徑的影響就顯著了。

     

    一、確定控制方向

     

         精孔內徑尺寸是由數控加工尺寸和表面處理變動尺寸共同影響的結果, 對精孔內徑尺寸進行控制, 就是對數控加工尺寸或表面處理變動尺寸進行控制, 或對二者同時進行質量控制。

     

          表面處理變動尺寸是溶液濃度、溶液溫度、表面處理時間、電流強度的函數。在實際生產中, 表面處理的質量控制只能將溶液濃度通過工藝試驗控制在一個范圍內;溶液溫度的控制也不可能是一個固定的值, 也是根據溫控系統的響應能力而有一個相應溫度區間; 可以控制的參數是表面處理時間(零件人槽時間) , 但如果為保證表面處理變動尺寸, 時間參數又是隨溶液濃度、溫度變化的因變量。因此,對表面處理再作進一步的精細質量控制可行性很低。如果僅從現有的調查結果, 4 6. 5 % 在表面處理過程中產生的不良品率難以實施改善。

     

          為更深人了解問題的實質, 在隨后的加工過程中進一步收集數控加工尺寸、表面處理變動尺寸和精孔最終尺寸的數據后, 對這些數據進行回歸分析(見表1)。

     

     

          尺寸和表面處理變動尺寸對精孔最終尺寸的影響關系和實際生產加工過程中不良情況的表現是不一樣, 見表2 。

     

          通過對數據的分析認為, 出現這種情況的原因在于, 工藝設計人員根據經驗, 在制造工藝設計中將精孔最終尺寸的公差全部分配給數控加工工序, 對表面處理工序未分配公差, 導致在生產過程中不良信息反映不準確。因此, 希望通過調整數控加工尺寸公差, 僅對數控加工工序進行質量控制, 從而對精孔內徑尺寸作很好的質量控制。

     

          通過以上分析, 得出結論: 表面處理變動尺寸和數控加工尺寸要統一考慮, 將表面處理變動尺寸作為數控加工尺寸中不可控因素(過程中的隨機波動), 視為隨機誤差, 不做新的控制, 但要從數控加工尺寸中排除表面處理變動尺寸變化的影響, 確保精孔尺寸的質量控制。

     

    二、確定數控加工尺寸公差

     

          通過對表面處理變動尺寸和精孔尺寸的擬合線圖可以看出, 當表面處理變動尺寸介于0. 0 02 ~0. 0l 6 m m 區間內, 精孔尺寸可以控制在公差帶內(見圖2)。

     

     

          對表面處理變動尺寸進一步以0. 0 2 ~0. 01 6 mm為公差范圍, 分析其現在的工序能力, 得出其短期工序能力Z bench = 2. 4 5 (見圖3) , 可以滿足現在生產要求。這樣可以確定表面處理變動尺寸的公差范圍取0. 00 2 ~0. 01 6 m m 是合理的。

     

     

           數控加工尺寸等于精孔尺寸減去表面處理變動尺寸, 通過上面分析, 得出表面處理變動尺寸公差帶為0. 0 2 ~0. 01 6 mm , 那么數控加工尺寸公差帶為7. 9 2 3-7. 9 34 m m。再通過于精孔尺寸和數控加工尺寸擬合線圖分析數控尺寸最佳范圍: 7. 92 3 -7. 94 4 ~ (見圖4)。實際數控加工尺寸控制的公差帶就取上述兩種方法分別得出公差帶的交集, 也就是7. 9 2 3 -7.9 34 m m。

     

     

     

    三、數控加工質盆控制

          通過數據分析, 調整了數控加工尺寸的公差范圍, 調整的結果是大大縮小了公差范圍,區間由調整前的0. 0 25 mm變為調整后的0. 0 1 1 m m ,對數控加工的要求也更高了。按照以前的公差帶計算數控加工的工序能力, 短期能力僅為Zbench=0. 3 2 ( 見圖5 ) ;公差帶調整后, 短期能力z =0. 0 5 (見圖5 ),說明工序能力不足, 需要提高。

     

     

          將提高數控尺寸加工工序能力作為一個六西格瑪項目交于工藝人員具體實施。通過項目的實施, 發現刀具規格和切削參數對數控尺寸加工的影響最大。用線形回歸模型分析, 二者總的貢獻率為79 % (見表4 )。

     

      

         分別對刀具規格和切削參數用方差分析(見表4), 確定了最佳使用的刀具規格和切削參數。

     

          經過對刀具規格和切削參數實施改善后, 精孔數控加工能力有了較大提高, 短期能力Z =2.05 (見圖6)。已經可以滿足生產要求。

      

     

          通過對飛機用零件高精度孔加工質量控制的研究, 在高精度零件的制造過程中, 在以前普通制造過程中許多可以忽略的影響因素將會凸現出來。在某些情況下(因素貢獻率< 3 0 % ) , 可將這些影響因素作為制造過程的隨機波動進行處理,不做專門的控制, 但必須要通過公差分配等方法去除這些因素的影響,才能使質量控制更有效。

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