運(yùn)用六西格瑪法分析圓錐滾子表面燒傷

鄒從國(guó) ，梅亞莉，馬春磊，吳雙

(1.萬(wàn)向集團(tuán)公司 技術(shù)中心，杭州 311215；2.洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039； 3.哈爾濱萬(wàn)向汽車部件有限公司，哈爾濱 150060)

圓錐滾子的質(zhì)量好壞直接影響圓錐滾子軸承的最終質(zhì)量，特別是滾子表面的燒傷，會(huì)導(dǎo)致圓錐滾子軸承在使用過(guò)程中早期失效，降低使用壽命[1]。

六西格瑪是為了達(dá)到零缺陷和減少浪費(fèi)及過(guò)程變差而在整個(gè)組織范圍內(nèi)進(jìn)行革新的方法，有很多不同的派別，下文采用謝林DOE(Design of Experiments，試驗(yàn)設(shè)計(jì))作為基于數(shù)據(jù)的分析工具，以找到變差的根本原因，其步驟可以概括為D(Definition，定義)-MA(Measure and Analyze，測(cè)量和分析)-I(Improve，改進(jìn))-C(Control，控制)[2]。

1 六西格瑪分析過(guò)程

1.1 定義

1.1.1 燒傷的主要表現(xiàn)形式

圓錐滾子在磨削加工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)表面燒傷問(wèn)題[3]，控制不當(dāng)時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)批量燒傷現(xiàn)象，較常見的是在滾動(dòng)面上存在線狀燒傷(圈狀和螺旋線狀)[4]。某企業(yè)生產(chǎn)的圓錐滾子HM218248在精磨工序的燒傷比例為35%。

1.1.2 影響燒傷的因素

產(chǎn)生燒傷的可能影響因素有：產(chǎn)品精磨加工前的直徑及硬度；產(chǎn)品加工前是否已存在燒傷；精磨加工過(guò)程參數(shù)值設(shè)定的合理性(砂輪的硬度及粒度，修整砂輪的頻率及冷卻水的流量)。

1.2 測(cè)量與分析

1.2.1 加工前直徑對(duì)燒傷的影響

運(yùn)用DOE 之PPC(Product/Process Search，產(chǎn)品和過(guò)程研究)工具[2]，按規(guī)定方案對(duì)加工前產(chǎn)品直徑進(jìn)行抽樣，檢測(cè)是否存在燒傷。從中選取8個(gè)最好的(GOG)和8個(gè)最差的(BOB)產(chǎn)品。通過(guò)分析得知，加工前的直徑不是產(chǎn)生燒傷的原因(加工前直徑最小值和最大值對(duì)應(yīng)的燒傷均合格，COUNT=0；根據(jù)DOE理論，如果計(jì)數(shù)和COUNT+<6，則不會(huì)產(chǎn)生燒傷，下同)，分析結(jié)果見表1。

表1 加工前產(chǎn)品直徑分析(COUNT=0)

1.2.2 硬度對(duì)燒傷的影響

運(yùn)用DOE之PC(Paired Comparison，成對(duì)比較)工具[2]，按規(guī)定方案對(duì)加工前產(chǎn)品硬度進(jìn)行抽樣，檢測(cè)是否存在燒傷，分析結(jié)果同樣確定加工前產(chǎn)品硬度不是產(chǎn)生燒傷的原因(分析數(shù)據(jù)中硬度最小值和最大值對(duì)應(yīng)的燒傷均合格，COUNT=0)，分析結(jié)果見表2。

表2 加工前產(chǎn)品硬度分析(COUNT=0)

1.2.3 加工前燒傷對(duì)后續(xù)燒傷的影響

運(yùn)用DOE 之PPC工具[2]，對(duì)100個(gè)加工前的產(chǎn)品進(jìn)行燒傷檢測(cè)，并按照利克特度量尺度[2]對(duì)燒傷長(zhǎng)度、面積和數(shù)量進(jìn)行0～5綜合評(píng)級(jí)，其中0為沒(méi)有燒傷，5為燒傷最大。從中選取8個(gè)最好的(GOG)和8個(gè)最差的(BOB)產(chǎn)品，COUNT=0，分析結(jié)果見表3。

表3 加工前產(chǎn)品燒傷分析(COUNT=0)

1.2.4 加工過(guò)程對(duì)燒傷的影響

運(yùn)用DOE工具之MVA(Multi Vari Analysis，多變差分析)[2]分析精磨加工過(guò)程對(duì)燒傷的影響。因?yàn)闊齻菍傩蕴匦?，為方便?shù)據(jù)收集及測(cè)量，運(yùn)用利克特度量尺度[2]根據(jù)燒傷的嚴(yán)重度按0～5進(jìn)行量化，0為沒(méi)有燒傷，1為輕微燒傷，5為嚴(yán)重?zé)齻?，并?duì)檢驗(yàn)人員進(jìn)行了燒傷判定培訓(xùn)，以確保燒傷判定的準(zhǔn)確性。

按規(guī)定方案對(duì)現(xiàn)行精磨工序進(jìn)行抽樣，用多變差分析工具分析零件對(duì)零件的變差、時(shí)間對(duì)時(shí)間的變差、人員對(duì)人員的變差及設(shè)備對(duì)設(shè)備的變差。結(jié)果表明，零件對(duì)零件的變差最大，根據(jù)DOE理論，可以確定加工過(guò)程的參數(shù)設(shè)定不合理是造成燒傷的主要原因。分析結(jié)果見表4。

表4 多變差分析結(jié)果

2 改進(jìn)措施

通過(guò)分析可知，產(chǎn)品精磨加工前的直徑、硬度及燒傷情況均已被排除，故重點(diǎn)應(yīng)從加工過(guò)程的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行改進(jìn)。

該工序的主要過(guò)程參數(shù)為：砂輪的硬度和粒度，修整砂輪的頻率及冷卻水的流量。運(yùn)用DOE工具之全因子(Full Factorial)進(jìn)行分析并重新設(shè)定這4個(gè)參數(shù)，見表5。

表5 磨加工參數(shù)設(shè)定對(duì)照表

按照規(guī)定方案進(jìn)行因子互換試驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)并檢測(cè)燒傷情況，結(jié)果見表6(表中A+R-表示砂輪粒度(A)為新設(shè)定的值，其他的參數(shù)為現(xiàn)工藝參數(shù)值，為方便起見，簡(jiǎn)化為R-)。運(yùn)用Minitab軟件對(duì)現(xiàn)有加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的燒傷比例為23%。其中優(yōu)化后的砂輪硬度為中硬和粒度120。通過(guò)對(duì)過(guò)程參數(shù)的全因子進(jìn)行分析和優(yōu)化，使燒傷的不合格率從改進(jìn)前的35%下降到改進(jìn)后的23%，雖然有很大程度改善，但距目標(biāo)還有很大的差距。為徹底解決燒傷問(wèn)題，選擇不同牌號(hào)的砂輪，運(yùn)用DOE之PPC工具[2]，分別選擇E(原供應(yīng)商，粒度120、硬度中硬、磨料為棕剛玉的砂輪)，F(xiàn)(新供應(yīng)商，粒度120、硬度中硬、磨料為白剛玉的砂輪)，G(新供應(yīng)商，粒度100、硬度中軟、磨料為棕剛玉的砂輪)3家廠商的砂輪按照新設(shè)定的參數(shù)(不包括砂輪的硬度和粒度)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，采用F廠家的砂輪能使燒傷的不合格率降低到1%以下，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。分析結(jié)果見表7。

表6 因子互換試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 3種不同砂輪加工的產(chǎn)品燒傷拒收情況

綜上所述，推薦采取以下改進(jìn)措施：

(1) 選用F廠家的粒度120、硬度中硬和磨料為白剛玉的砂輪。

(2) 將砂輪的修磨頻次由以前的每加工4 500件修磨1次，調(diào)整為每加工3 000件修磨1次。

3 結(jié)束語(yǔ)

金屬零件機(jī)械加工燒傷具有普遍性，加工方法不同，產(chǎn)生燒傷的原因也不相同。運(yùn)用六西格瑪方法和DOE工具，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)分析，能準(zhǔn)確找到導(dǎo)致圓錐滾子表面燒傷的根本原因，通過(guò)采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，使燒傷合格率得到了顯著改進(jìn)。

對(duì)于復(fù)雜的問(wèn)題，涉及的數(shù)據(jù)有時(shí)候會(huì)很多，如果能熟練運(yùn)用Minitab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，會(huì)得到事半功倍的效果。