SPC在發(fā)動機裝配過程動態(tài)扭矩的分析和控制

覃奕，李紅艷

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，重慶401120）

SPC在發(fā)動機裝配過程動態(tài)扭矩的分析和控制

覃奕，李紅艷

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，重慶401120）

發(fā)動機裝配過程的螺栓擰緊受擰緊設(shè)備、零件本身材質(zhì)、質(zhì)量、表面等各項因素影響，零部件扭矩最終考核的是夾緊力是否符合要求，因此，裝配過程的扭矩監(jiān)控是一項重要又復雜的工作。運用SPC工具，對擰緊過程進行監(jiān)控，查找變異點，分析原因制定對策，使得過程能力符合要求。

SPC；發(fā)動機裝配；動態(tài)扭矩

緊固件的夾緊力是通過螺栓插入緊固件后，通過螺紋擰緊使螺栓拉伸變形，這種彈性變形產(chǎn)生的軸向拉力就是夾緊力，只要夾緊力足夠，就能保證緊固件安全的在震動、高溫等惡劣環(huán)境中工作[1]。夾緊力不方便在連續(xù)生產(chǎn)過程進行批量的測量和監(jiān)控，但是扭矩還是可以測量。

對于發(fā)動機而言，承接汽缸體和汽缸蓋的緊固螺栓的扭矩尤為重要，監(jiān)控該螺栓扭矩的穩(wěn)定性及合格性是質(zhì)量工作的重點。對四缸發(fā)動機，汽缸蓋螺栓共10顆，為獲得更穩(wěn)定的最終扭矩，汽缸蓋螺栓的擰緊工藝為扭矩加角度分步同軸擰緊[2]，在緊固螺栓作用時增加墊圈進行緩沖，即10根擰緊軸同時按照一定步驟在擰緊至相應扭矩后，再擰緊工藝角度，最終達到的扭矩便是質(zhì)量監(jiān)控的最終扭矩。

對發(fā)動機生產(chǎn)線扭矩監(jiān)控有兩種不同的方式：動態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩監(jiān)控。動態(tài)扭矩是在擰緊螺栓的過程通過傳感器測量螺栓的峰值扭矩即動態(tài)扭矩，一般通過Q-DAS（庫道斯，跨國軟件公司，研發(fā)各類制造業(yè)企業(yè)的統(tǒng)計分析及報告系統(tǒng)軟件，涵蓋了能在制造系統(tǒng)各層次有效實現(xiàn)六西格瑪制造策略的完整工具集，包括：數(shù)據(jù)收集、評估和過程質(zhì)量數(shù)據(jù)的SPC報告）。系統(tǒng)對動態(tài)扭矩進行實時監(jiān)控；靜態(tài)扭矩是對已處于擰緊狀態(tài)的螺紋緊固件繼續(xù)擰緊在螺紋接觸面之間剛剛出現(xiàn)轉(zhuǎn)動的摩擦扭矩，大部分采用順時針測量，一般通過扭矩扳手按照一定的頻次間隙性進行測量記錄。目前各大主機廠對扭矩采用的兩種監(jiān)控測量方法反饋的扭矩數(shù)據(jù)都是即時的扭矩，不能有效對整個擰緊系統(tǒng)進行分析，比如設(shè)備擰緊的穩(wěn)定性、零件加工/質(zhì)量的穩(wěn)定性等。為此，本文引入了SPC（Statistical Process Control，統(tǒng)計過程控制），對螺栓動態(tài)扭矩的擰緊系統(tǒng)進行預防性分析。

1 SPC的分析過程[3]

步驟一：確定控制圖類型，收集原始數(shù)據(jù)。

以N系列發(fā)動機汽缸蓋螺栓作為計量型數(shù)據(jù)，在連續(xù)生產(chǎn)8 h內(nèi)，收集25組數(shù)據(jù)。因此選用X-S控制圖進行分析，為更精確分析擰緊系統(tǒng)，本文僅分析單根軸數(shù)據(jù)。

發(fā)動機取樣，每100臺發(fā)動機取樣一次，每次連續(xù)測量10臺汽缸蓋螺栓扭矩。數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1.

表1 汽缸蓋螺栓扭矩表

步驟二：計算各組樣本數(shù)據(jù)并分析控制圖。

（1）計算樣本均值X軏和標準差S軈

（2）計算控制圖參數(shù)UCLX軍、LCLX軍UCLS、LULS在樣本量n為10的情況下，B4=1.716，B3=0.284，A3=0.975.如表2所示。

表2 控制圖的常數(shù)和公式表

根據(jù)以上參數(shù)制作的均值圖（圖1）和標準差圖（圖2）如下：

圖1 均值圖X

圖2 標準差圖S

根據(jù)控制圖判異8大原則分析，可知：（1）X圖和S圖共有3點子在控制界限之外；（2）S圖有連續(xù)6點下降，點子排列有異常。因此，判斷該過程存在異常，需進行分析處理。

為確定問題原因，分析根據(jù)七鉆流程（七鉆流程是一個用于推動問題解決的標準七步法，包括過程、工具、零件、零件質(zhì)量、工藝、設(shè)計、紅叉等七個分析步驟，每個步驟都有相應的分析重點）進行，從前三鉆正確的過程、正確的工具、正確的零件到第四鉆零件符合要求，以及第五鉆工藝設(shè)計和第六鉆設(shè)計符合要求。在穩(wěn)態(tài)的生產(chǎn)過程，工藝及設(shè)計變動不大，X-S圖不規(guī)律存異常鎖定在前四鉆：工裝工具的磨損，零件批次的差異均會導致扭矩波動。

在鎖定扭矩波動問題定義后，針對性的實施整改措施，再次收集擰緊數(shù)據(jù)，得到的控制圖（圖3、圖4）如下。

圖3 扭矩趨勢圖（整改前）

圖4 扭矩趨勢圖（整改后）

步驟三：收集改進過后的扭矩數(shù)據(jù)，重新計算均值-標準差控制圖參數(shù)

（1）重新計算均值-標準差控制圖參數(shù)

（2）制作均值圖（圖5）和標準差圖（圖6）如下。

圖5 均值圖X

圖6 標準差圖S

3 控制圖分析

（1）無子點超差控制線。

（2）無連續(xù)7點單邊；無連續(xù)6點上升或下降；無連續(xù)15點在C區(qū)；無集中90%點在控制線1/3區(qū)域；根據(jù)控制圖的8項判異原則，極差圖和均值圖內(nèi)所有點均處于受控狀態(tài)。

步驟四：計算過程能力指數(shù)。

缸蓋螺栓扭矩規(guī)范，Usl=80，Lsl=50，查詢控制圖常數(shù)可知C4為0.972 7，計算：

過程能力Cpk4.53滿足≥1.33要求，因此過程能力滿足技術(shù)要求。

4 SPC的控制過程

在過程能力符合要求的情況下，可延長控制線對后續(xù)的動態(tài)扭矩進行監(jiān)控。過程可采用3Σ計算方式進行計算，扭矩監(jiān)控范圍優(yōu)化過程需考慮兩點：

（1）Range（公差帶）小于均值的70%.

（2）Meanshift（公差中心與動態(tài)扭矩差異）小于15%.

若以上兩點均符合要求，則可進行限定值優(yōu)化。

從質(zhì)量的控制手段分析，質(zhì)量預防工作開展在各個生產(chǎn)之前的環(huán)節(jié)進行，主要有：

（1）零部件清潔度監(jiān)控：通過批次抽檢監(jiān)控清潔度測量的趨勢，當然，這個過程也可以運用SPC進行監(jiān)控。

（2）擰緊機的預防性維修：擰緊軸涉及的套槍、潤滑塊、滑動塊、密封圈、螺栓等加入日常的PM點檢。

（3）傳感器/電槍的定期標定：定期標定和校準擰緊軸及傳感器，確保數(shù)據(jù)采集和輸出差異最小化。

（4）根據(jù)實際生產(chǎn)情況運用3Σ優(yōu)化公差帶范圍：公差帶范圍設(shè)置太寬，影響到過程能力計算，存在X-S/X-R圖不規(guī)律，但過程能力符合要求的情況。

5 結(jié)束語

在開展發(fā)動機質(zhì)量預防工作中，通過SPC工具對發(fā)動機各項扭矩進行分析和控制十分必要，因此，需要整理分析日常扭矩數(shù)據(jù)，判定擰緊設(shè)備的穩(wěn)定性；通過檢測、標定和測量手段，監(jiān)控設(shè)備傳感器、擰緊軸及零部件清潔度的穩(wěn)定性；持續(xù)改進過程控制手段，提高質(zhì)量預防工作，進而達到提升制造質(zhì)量水平的目的。

[1]初泰安.螺栓擰緊方法及預緊力控制[J].化工設(shè)備與管道，2005，42（03）：8-10.

[2]鄭勁松.發(fā)動機缸蓋螺栓擰緊工藝與試驗研究[D].上海：上海交通大學，2008.

[3]張建偉，于洪濤，李志穎，等.統(tǒng)計過程控制SPC參考手冊[M].北京：中國汽車公司技術(shù)研究中心，2000：65-67.

The SPC Analysis And Control Of Dynamic Torque in the Engine Assembly Process

QIN Yi，LI Hong-yan
（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Chongqing 401120，China）

Bolt torque affected by screw equipment，parts texture，parts quality and parts surface in engine assembly process.If the clamp force meets the requirement or not was final check of torque，so torque control is a importance and complex work in engine assembly process.Use the SPC，find the change point，analyze the root cause and action to make process capability meets the requirement.

SPC；engine assembly；dynamic torque

U464.9

A

1672-545X（2017）06-0230-03

2017-03-13

覃奕（1988-），女，廣西環(huán)江人，本科，助理工程師，研究方向：機械動力學；李紅艷（1989-），女，廣西桂林人，本科，工程師，研究方向：機械動力學。