PFMEA技術(shù)在機(jī)加工工藝過程中的應(yīng)用

南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 （江蘇 210031） 李立華

PFMEA（Process Failure Mode and Effects Analysis）——過程失效模式及后果分析是針對(duì)產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中每個(gè)工藝步驟可能發(fā)生的故障形式、原因及其對(duì)產(chǎn)品造成的所有影響，按照故障模式的風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)（RPN）值的大小，對(duì)工藝薄弱環(huán)節(jié)制定改進(jìn)措施，是提高產(chǎn)品可靠性的一項(xiàng)重要技術(shù)。

轉(zhuǎn)向架是車體最重要的部件，而構(gòu)架是各種零部件聯(lián)接的主體，起著承受并傳遞力的作用，構(gòu)架的加工質(zhì)量直接影響車輛的動(dòng)力性能和安全性能。本文重點(diǎn)介紹PFEMA技術(shù)在CRH1動(dòng)車組構(gòu)架加工工藝過程中的應(yīng)用，通過PFEMA分析對(duì)工藝薄弱環(huán)節(jié)實(shí)施改進(jìn)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

1. PFEMA分析

國(guó)內(nèi)某動(dòng)車組動(dòng)車構(gòu)架結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由彈簧筒、節(jié)點(diǎn)座、電動(dòng)機(jī)吊座、制動(dòng)吊座、齒輪箱吊座、空簧座及排石器座等部件組成。

對(duì)所有部件進(jìn)行PFEMA分析，得到關(guān)鍵工序的風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)（RPN）值，其結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，動(dòng)車構(gòu)架加工工藝過程中的部分工序RPN值相對(duì)較大，節(jié)點(diǎn)座加工過程RPN值高達(dá)120。

對(duì)節(jié)點(diǎn)座加工工序進(jìn)行詳細(xì)的PFEMA分析，得到表2分析結(jié)果。根據(jù)表2可知：高嚴(yán)重度和高發(fā)生度同時(shí)存在于這道工序中，該部分工藝存在薄弱環(huán)節(jié)，需要實(shí)施改進(jìn)。

圖1 動(dòng)車構(gòu)架

2. 工藝改進(jìn)

節(jié)點(diǎn)座部位的加工如圖2所示。為了有效降低節(jié)點(diǎn)座加工工序的RPN值，優(yōu)化加工工藝，針對(duì)潛在失效起因，提出以下改進(jìn)方案：①工裝改進(jìn)，加強(qiáng)構(gòu)架裝夾后的抗振強(qiáng)度，減少加工過程中的振動(dòng)。②刀具改進(jìn)，提高刀具剛性，減小加工過程中的抖動(dòng)，降低加工表面粗糙度值。

表1 動(dòng)車構(gòu)架關(guān)鍵工序RPN值統(tǒng)計(jì)

圖2 節(jié)點(diǎn)座加工示意圖

表2 節(jié)點(diǎn)座PFEMA（部分工序）

圖4 壓緊裝置

圖5 浮動(dòng)支撐裝置

圖3 構(gòu)架裝夾示意圖

（1）工裝設(shè)計(jì)。由于構(gòu)架自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工受力后節(jié)點(diǎn)座部位抖動(dòng)明顯，嚴(yán)重影響φ83mm孔加工質(zhì)量。對(duì)此考慮在構(gòu)架側(cè)梁中部增加壓緊裝置（見圖3、圖4），增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)座部位抗振性，并在側(cè)梁外端增加浮動(dòng)支撐裝置（見圖5）。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用150N?m的力矩，加工過程中可以有效消除振動(dòng)，快速而有效地改善了節(jié)點(diǎn)座加工工況。

（2）刀具設(shè)計(jì)。針對(duì)節(jié)點(diǎn)座φ83mm孔的鏜孔加工提出以下方案：①同一位從兩個(gè)方向鏜孔，采用短刀柄提高刀具剛性，降低φ83mm孔表面粗糙度值，存在同一位兩φ83mm孔同軸度難以保證的問題。②同一位從一側(cè)進(jìn)刀同時(shí)鏜兩孔，刀長(zhǎng)須在350mm以上，現(xiàn)有模塊式鏜刀剛性較差，高速切削顫振嚴(yán)重，無法保證孔表面粗糙度。綜合考慮兩種方案，采用將模塊式刀柄設(shè)計(jì)成非標(biāo)整體式刀柄，如圖6所示，整體式刀柄與模塊式刀柄相比，不受聯(lián)接精度和聯(lián)接剛性的影響，動(dòng)平衡性較好。精鏜加工刀片刀尖半徑選用0.2mm，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，節(jié)點(diǎn)座φ83mm孔同軸度及表面粗糙度滿足工藝要求。

針對(duì)節(jié)點(diǎn)座內(nèi)外側(cè)面加工，改變傳統(tǒng)工藝方法，將節(jié)點(diǎn)座內(nèi)外側(cè)面粗加工刀具φ63mm玉米銑刀改為φ63mm插銑刀，有效減小工件變形，降低作用于銑床的徑向切削力；外側(cè)面精加工φ63mm棒銑刀改為φ125mm面銑刀，剛性好，能采用較大的進(jìn)給量，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，加工質(zhì)量及效率顯著提高。

圖6 非標(biāo)整體式刀柄

3. 實(shí)施效果

通過上述改進(jìn)措施，重新對(duì)節(jié)點(diǎn)座加工相關(guān)工序進(jìn)行PFEMA分析，分析結(jié)果如表3所示。

表3 節(jié)點(diǎn)座PFEMA（部分工序）

對(duì)比表2、表3可以看出，節(jié)點(diǎn)座加工工序的RPN值從原來的120降到了60，在嚴(yán)重度較大的情況下降低了故障的發(fā)生度，成功地控制了該工序的風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)（RPN值），達(dá)到了工藝改進(jìn)的目的。

改進(jìn)工藝后，對(duì)該動(dòng)車組項(xiàng)目構(gòu)架批量生產(chǎn)實(shí)施的隨時(shí)監(jiān)控表明，該產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性得到很大提升，生產(chǎn)效率得到顯著提高。

4. 結(jié)語

實(shí)踐證明，利用PFMEA技術(shù)能夠更早發(fā)現(xiàn)問題并提出預(yù)防措施。合理運(yùn)用PFEMA技術(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工藝改進(jìn)，在降低產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)、提高產(chǎn)品成品率及保證產(chǎn)品質(zhì)量可靠性等方面效果顯著，值得推廣。

[1] GB/T 7826―2012 系統(tǒng)可靠性分析技術(shù) 失效模式和影響分析（FMEA）程序[S].

[2] 王紹印. 故障模式和影響分析（FMEA）[M]. 廣州：中山大學(xué)出版社，2003：2-130.

[3] 李兆山. FMEA生產(chǎn)潛在失效模式分析[M/CD]. 北京：東方音像電子出版社，1970.