采用精益六西格瑪降低鋼鐵件電鍍鉻鍍層的起皮缺陷率

楊改航 *，李福軍

（1.中航太原航空儀表有限公司，山西 太原 030006；2.山東共達(dá)電聲股份有限公司，山東 濰坊 261200）

電鍍銅鎳鉻一直是筆者所在公司的主要表面處理工藝之一，其加工產(chǎn)值占到了總產(chǎn)值的一半以上。因此，電鍍銅鎳鉻的質(zhì)量對(duì)于產(chǎn)品整體質(zhì)量具有非常重要的意義。

自2008年以來，電鍍銅鎳鉻產(chǎn)品的一次不合格品率一直保持在50%左右，其中因鍍層表面存在起皮而返工的占總不合格品的45%左右，已嚴(yán)重影響到電鍍銅鎳鉻加工的質(zhì)量及最終產(chǎn)品的交付。本文通過工藝改進(jìn)，使DPMO(每百萬次采樣數(shù)的缺陷率)由225 000減少到34 000，改善了84.8%。

1 問題分析

1.1 確定主要缺陷及改善焦點(diǎn)

經(jīng)過對(duì)公司的電鍍產(chǎn)品進(jìn)行分析，形成了如圖1所示的產(chǎn)品樹圖。

圖1 電鍍產(chǎn)品樹圖Figure 1 Electroplating product tree

經(jīng)過對(duì)鍍鉻的不合格情況進(jìn)行分析，得到如圖2所示的柏拉圖(電鍍鉻的缺陷圖)。

圖2 電鍍鉻缺陷的柏拉圖Figure 2 Pareto chart about the defects of chromium plating

經(jīng)過查閱各類標(biāo)準(zhǔn)以及與顧客溝通，對(duì)起皮作如下界定：

在電鍍鉻的每槽零件中，抽取10%逐一進(jìn)行檢驗(yàn)，即在自然光或40 W日光燈下使零件表面與眼睛約呈45°角，距離約500 mm 目視觀察，鍍層任意部位若有呈片狀脫離基體的現(xiàn)象則視為起皮缺陷。若有1 個(gè)產(chǎn)品有起皮現(xiàn)象，則該槽零件進(jìn)行100%檢驗(yàn)，最終記錄產(chǎn)品的不合品數(shù)。

本文主要通過解決電鍍鉻的起皮缺陷來提高鋼鐵件電鍍鉻的一次交驗(yàn)合格率。

1.2 原因分析

工藝人員在一線跟蹤，梳理了鋼鐵件電鍍鉻的工藝流程如圖3 所示。

圖3 鋼鐵件電鍍鉻的流程圖Figure 3 Flow chart of chromium plating on iron and steel parts

在流程圖的基礎(chǔ)上，經(jīng)過召開工藝分析會(huì)，運(yùn)用魚刺圖(見圖4)最終找到了影響起皮的主要因素為：活化時(shí)間(X1)，電源設(shè)備(X2)，電流升降速度(X3)，槽液使用周期(X4)。

圖4 鋼鐵件電鍍鉻起皮魚刺分析圖Figure 4 Fishbone diagram for analyzing the peel-off problem of chromium plated iron and steel parts

1.3 機(jī)理分析

電鍍鉻是鉻離子在電場(chǎng)作用下沉積在零件表面的過程。由于電場(chǎng)會(huì)受零件形狀的影響，導(dǎo)致金屬鉻的沉積面出現(xiàn)凹凸不規(guī)則形狀。隨著電流的增大，凸起的部位逐漸增大，而鉻層也會(huì)在凸起的部位繼續(xù)沉積。當(dāng)凸起部位累積到一定程度，就會(huì)在凸起部位產(chǎn)生裂縫，從而產(chǎn)生起皮缺陷。脈沖電源有一個(gè)返向通電的過程，它能通過短時(shí)間的反向供電將凸起的尖端部位去除，使整個(gè)鍍鉻層表面光滑平整，從而有效地避免了起皮缺陷的產(chǎn)生。

此外，由于電鍍鉻時(shí)先要電鍍鎳，而鎳易在空氣中氧化，因此鍍鉻前應(yīng)通過活化除去鎳表面的氧化層。活化時(shí)間越長，氧化皮的去除越干凈。但是時(shí)間過長會(huì)對(duì)鎳層造成輕微腐蝕，所以工藝一般規(guī)定活化時(shí)間為2～8 s。若活化時(shí)間不足，表面殘留氧化物的零件在鍍鉻時(shí)，鉻層會(huì)優(yōu)先在沒有氧化物的地方沉積，從而產(chǎn)生凹凸不一的高低面，隨著電鍍鉻的繼續(xù)，就會(huì)形成起皮缺陷。

2 改善措施及其效果

在找到影響起皮的主要因素后，結(jié)合Minitab 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(一元線性分析)，對(duì)X2 電源設(shè)備分析如下：

P=0.000 <0.05，說明起皮缺陷與X2 電源設(shè)備的回歸方程式存在。R-Sq(調(diào)整)=69.33%，說明電鍍電源設(shè)備對(duì)起皮缺陷的貢獻(xiàn)率占到69.33%。

對(duì)X2 活化時(shí)間分析如下：

P=0.015 <0.05，說明起皮缺陷與X1 活化時(shí)間的回歸方程式存在。R-Sq(調(diào)整)=16.5%，說明活化時(shí)間對(duì)起皮缺陷的貢獻(xiàn)率占到16.5%。

對(duì)X1?X4 全因子進(jìn)行一元線性分析(假設(shè)檢驗(yàn)分析)，其結(jié)果如下：

活化時(shí)間及電源設(shè)備的P 均<0.05，說明它們對(duì)起皮缺陷在統(tǒng)計(jì)上有顯著影響。

根據(jù)以上分析，只要對(duì)X1 與X2 進(jìn)行改進(jìn)控制，就可以將起皮缺陷減少80%以上，因而決定只對(duì)X1與X2 進(jìn)行改進(jìn)，具體措施見圖5。

圖5 鋼鐵件電鍍鉻起皮的措施實(shí)施圖Figure 5 Diagram showing the implementation of measures for reducing peel-off of chromium plating on iron and steel parts

按照上述措施進(jìn)行糾正控制后，對(duì)措施執(zhí)行情況進(jìn)行跟蹤，如圖6 所示。從圖6 可以看出，電鍍鉻起皮缺陷得到了有效的控制，改善后維持在3.4%以下。

圖6 改進(jìn)后生產(chǎn)時(shí)間序列圖Figure 6 Time-series diagram after improvement

3 結(jié)語

按照精益六西格瑪?shù)乃悸芳敖鉀Q問題的五步流程(DMAIC，即界定─量測(cè)─分析─改進(jìn)─控制)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)現(xiàn)狀、生產(chǎn)水平等因素，結(jié)合Minitab 軟件進(jìn)行定性、定量的分析，比以前靠技術(shù)和實(shí)驗(yàn)去分析及解決問題要更準(zhǔn)確、更到位，改進(jìn)措施的評(píng)估更清晰，并且在某種程度上拓展了分析和解決問題的模式，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。