車橋緩沖塊支架失效分析與改進(jìn)*

康榜聯(lián)

(陜西重型汽車有限公司質(zhì)量管理部，陜西 西安 710200)

1 引言

根據(jù)我公司2011年質(zhì)量目標(biāo)及質(zhì)量工作要點(diǎn)的要求，降低單車外部質(zhì)量損失是質(zhì)量管理部承擔(dān)的一項(xiàng)公司級指標(biāo)。據(jù)售后質(zhì)量信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計:某車型后橋緩沖塊支架售后失效率較高，售后三包索賠高，僅2011年1月～2011年10月，緩沖塊支架三包期內(nèi)售后索賠34.3萬元，對公司造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。車橋緩沖塊支架承受頻繁沖擊出現(xiàn)疲勞斷裂或變形，損壞后影響行車安全，影響出車率，用戶抱怨強(qiáng)烈。

2 問題概述

(1)各供應(yīng)商所供的緩沖塊支架售后失效率統(tǒng)計如表1，計算2011.1.1 ～2011.10.25 時間段內(nèi)各供應(yīng)商產(chǎn)品失效率較高，平均失效率為0.97%，抽取該產(chǎn)品裝車的總數(shù)為樣本數(shù)，隨車輛運(yùn)行時間增加，失效率顯著增加，如不改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，索賠金額會逐漸增大。

表1 各供應(yīng)商所供產(chǎn)品售后失效率統(tǒng)計

(2)對連續(xù)10個月售后市場返回的緩沖塊支架失效模式進(jìn)行了識別，緩沖塊支架失效模式統(tǒng)計如表2所列。

表2 緩沖塊支架失效模式統(tǒng)計

圖1 緩沖塊支架失效模式排列

從緩沖塊支架失效模式排列圖1可以看出，開裂損壞，變形故障累積頻率為98.9%，超過了80%，按照“關(guān)鍵的少數(shù)”原則，將其列為本次改進(jìn)的項(xiàng)目。

圖2 緩沖塊支架變形

圖3 緩沖塊支架疲勞斷裂

(3)確定關(guān)鍵的質(zhì)量特性(CTQ)

緩沖塊支架關(guān)鍵質(zhì)量特性展開如表3所列。

表3 緩沖塊支架關(guān)鍵質(zhì)量特性展開

3 緩沖塊支架失效分析[1]

(1)緩沖塊支架失效因果矩陣分析(見表4)，即對輸入可控因素與輸出的失效模式的相互關(guān)聯(lián)性進(jìn)行評估打分，評分高者，相關(guān)性越高。

表4 緩沖塊支架失效因果矩陣分析

對于重要度分?jǐn)?shù)大于等于90的可控因子進(jìn)行下一步潛在失效模式分析。

(2)潛在失效模式及后果分析

對可能的關(guān)鍵因子進(jìn)行潛在失效模式及后果分析(見表5)，經(jīng)風(fēng)險度RPN打分分析，對風(fēng)險度RPN值大于300的關(guān)鍵因子進(jìn)行下一步分析驗(yàn)證。

表5 潛在失效模式及后果分析

經(jīng)潛在失效模式與后果分析，得出兩個關(guān)鍵影響因子:①緩沖塊結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理;②零件材料成分不符合技術(shù)要求。

(3)驗(yàn)證關(guān)鍵因子

對返回的緩沖塊支架DZ9114521011失效件進(jìn)行理化分析:材料化學(xué)成分、硬度及微觀金相組織符合鑄鋼技術(shù)要求。驗(yàn)證結(jié)果:零件材料成分，不是緩沖塊失效的關(guān)鍵因子。

對緩沖塊支架現(xiàn)設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析:緩沖塊支架產(chǎn)品在批量使用中出現(xiàn)斷裂，變形質(zhì)量問題。同結(jié)構(gòu)在陜汽三家供應(yīng)商均有發(fā)生，其中C供應(yīng)商產(chǎn)品失效率為6.47%。經(jīng)分析原因如下:A現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計抗側(cè)向力強(qiáng)度不足，易扭曲變形;B車輛超載或路況惡劣，該產(chǎn)品受非正常頻繁沖擊，發(fā)生疲勞斷裂;

因此緩沖塊結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理是影響緩沖塊失效的關(guān)鍵因子。因此要降低緩沖塊支架失效率，可考慮對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)，在相同工況下減小緩沖塊支架所承受的最大應(yīng)力。

4 設(shè)計改進(jìn)并對改進(jìn)前后的緩沖塊支架進(jìn)行有限元分析[2]

緩沖塊支架原結(jié)構(gòu)為筋板結(jié)構(gòu)，對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力有限元分析(原結(jié)構(gòu)工況一作用下靜力分析應(yīng)力云圖4)最大應(yīng)力發(fā)生在筋板及支架根部，是設(shè)計薄弱點(diǎn)。對此需要加強(qiáng)設(shè)計，現(xiàn)改進(jìn)為殼體結(jié)構(gòu)(圖5所示結(jié)構(gòu))。對改進(jìn)前后的緩沖塊結(jié)構(gòu)在同樣受力情況下進(jìn)行有限元分析如圖4、5所示。

圖4 原結(jié)構(gòu)工況一作用下靜力分析應(yīng)力云圖

圖5 改進(jìn)結(jié)構(gòu)工況一作用下靜力分析應(yīng)力云圖

(1)緩沖塊支架DZ9114521011改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)在同樣受力邊界一條件下(固定4個螺栓，下底面豎直向上施加50000N)最大應(yīng)力顯著減小。改善前拉伸筋最大應(yīng)力值124MPa根部最大應(yīng)力為127MPa，改善后拉伸筋最大應(yīng)力降為93MPa，根部最大應(yīng)力116MPa(見圖4、5 所示)。

(2)緩沖塊支架DZ9114521011改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)在同樣受力邊界二條件下(固定4個螺栓下底面豎直方向成30°角方向施加50000N)最大應(yīng)力顯著減小。拉伸筋最大應(yīng)力改善前為125MPa，改善后為100MPa，根部應(yīng)力改善前為 152MPa，改善后為116MPa(見圖6、7 所示)。

(3)緩沖塊支架DZ9114521011改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)在同樣受力邊界二條件下(固定4個螺栓下底面豎直方向成30°角方向施加50000N)剛度云圖如圖8、9所示，原結(jié)構(gòu)在受到?jīng)_擊時筋板已發(fā)生扭曲變形，符合實(shí)際情況;新結(jié)構(gòu)采用殼體結(jié)構(gòu)，抗扭曲性能較好，無明顯變形。

圖6 原結(jié)構(gòu)工況二作用下靜力分析應(yīng)力云圖

圖7 改進(jìn)結(jié)構(gòu)工況二作用下靜力分析應(yīng)力云圖

圖8 原結(jié)構(gòu)邊界條件二下剛度云圖

圖9 改進(jìn)結(jié)構(gòu)邊界條件二下剛度云圖

5 結(jié)論

對比緩沖塊支架改進(jìn)前后，在材質(zhì)ZG270－50不變的條件下，結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后總體質(zhì)量均為2.7kg不增加材料成本。對改進(jìn)后的產(chǎn)品在整車上小批量試裝路試驗(yàn)證，在規(guī)定的路試時間段內(nèi)失效率幾乎為零，現(xiàn)該產(chǎn)品改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)已批量切換。經(jīng)統(tǒng)計計算售后數(shù)據(jù)，優(yōu)化、改進(jìn)后的產(chǎn)品在三包期內(nèi)失效率顯著減少，幾乎零缺陷，改進(jìn)效果顯著。

[1]馬 林，何 楨.六西格瑪管理[M].第2版.北京:中國人民大學(xué)出版社，2007.

[2]王宵鋒.汽車底盤設(shè)計[M].北京:清華大學(xué)出版社，2010.