B19型鉛酸蓄電池COS工藝改進(jìn)

尹學(xué)柱

摘 要：B19型鉛酸蓄電池廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型轎車及輕型貨車，其生產(chǎn)量占總產(chǎn)量的一半以上。在售后服務(wù)過程中我們發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品的缺陷中超過40%是由于飛鉛造成的電池短路引起的。本文探討了電池生產(chǎn)過程中飛鉛產(chǎn)生的主要原因，應(yīng)用流程能力分析直觀地了解工藝現(xiàn)狀，確立改進(jìn)方向，并通過DOE試驗(yàn)指導(dǎo)優(yōu)化工藝控制參數(shù)以達(dá)成質(zhì)量提升的目的。

關(guān)鍵詞：B19型鉛酸蓄電池；COS；流程能力；Gage R&R；DOE；箱形圖

1 COS生產(chǎn)工藝流程示意圖及關(guān)鍵影響因素

COS是Case-On-Strap的縮寫，是指用鉛將各組電池單元極板的極耳熔鑄在一起，其品控的好壞體現(xiàn)在良好的浸潤及平整的外觀，量化的檢測指標(biāo)是COS厚度。

2 COS外觀及厚度檢測規(guī)范

在生產(chǎn)實(shí)踐中，為了避免虛焊，操作工傾向于添加過量的鉛漿，提高COS厚度。雖然這樣做看起來比較安全，但其實(shí)只是掩蓋了導(dǎo)致極耳不齊、浸潤不良、設(shè)備失常等的深層次的問題，此外，添加過量的鉛漿還容易引起飛鉛并進(jìn)而導(dǎo)致電池短路、鉛消耗量增加等問題。過去雖然對這一問題有過很多討論，但由于種種原因沒有基于數(shù)據(jù)和試驗(yàn)的研究報(bào)告。本文基于大量實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)和DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)闡述了我們在這一領(lǐng)域的研究結(jié)果。

COS熔鑄過程時(shí)間很短，每個(gè)周期僅有15-20秒的時(shí)間，但過程中有很多的影響因素會(huì)對COS厚度均值及一致性產(chǎn)生影響。

在深入研究各影響因素與COS厚度均值及一致性的關(guān)系之前，先來看一下當(dāng)前（生產(chǎn)工藝改進(jìn)前）COS實(shí)際流程能力水平。

3 COS厚度流程能力分析

從下圖可以直觀地看出COS厚度均值為8.2毫米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了6-7毫米的規(guī)格指標(biāo)范圍，而且厚度波動(dòng)極大，如果僅僅簡單地減少鉛漿注入量以降低COS厚度將產(chǎn)生大量虛焊而導(dǎo)致電池報(bào)廢，因此首先要找出影響COS厚度波動(dòng)的關(guān)鍵因素并加以改善，縮小波動(dòng)范圍，然后再調(diào)整工藝參數(shù)，降低鉛漿注入量來減小COS厚度到規(guī)格指標(biāo)范圍內(nèi)。

經(jīng)過反復(fù)觀察和研究，我們確定了以傾注時(shí)間、排空時(shí)間、泵速、液位等因素對COS厚度一致性的影響來進(jìn)行DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

4 COS厚度流程能力分析（DOE優(yōu)化后）

從上述分析可以看出，均值及波動(dòng)范圍都有所降低，厚度減少了0.7毫米，但所有樣品的測試結(jié)果均大于6.0毫米，沒有超過下偏差而產(chǎn)生的不合格，比之前有明顯的改善，但與規(guī)格范圍相比依然存在很大差距。

此外，上述結(jié)果也表明除了我們之前所研究的各項(xiàng)可控因素之外，還有一些過去忽略的噪聲因素在發(fā)揮著更大的影響，因此必須對哪些之前被判斷為不可控的噪聲因素重新加以研究。這其中最主要的噪聲因素就是COS模具脫模劑的使用，而這一因素就像屋子里的大象，雖然明明是一個(gè)巨大的存在，但由于諸如高昂的替換成本、技術(shù)保護(hù)等原因往往不在一般的改善項(xiàng)目之內(nèi)加以考慮。

5 不同脫模劑對厚度影響的對比

使用TBS脫模劑，各單元格組內(nèi)偏差很小，說明生產(chǎn)的一致性較高；而組間偏差相對組內(nèi)為大，這主要是模腔之間的微小差異導(dǎo)致的，無需調(diào)整。而使用原有的脫模劑組內(nèi)偏差明顯大于組間偏差，說明產(chǎn)品的一致性（可重復(fù)性）較差，換言之，就是同一模腔所反復(fù)澆鑄出的COS厚度變化無常，無法控制。經(jīng)過前面對工藝控制參數(shù)的優(yōu)化并改用新型脫模劑后，COS厚度波動(dòng)范圍顯著降低，使得降低均值成為可能。

6 COS厚度流程能力分析

與最初的COS厚度流程能力分析相比，厚度分布的主體已經(jīng)大部分落在規(guī)格上下限之間，流程能力指數(shù)由原來的負(fù)數(shù)提升到了0.69，取得了巨大的進(jìn)步。經(jīng)半年多的運(yùn)行，沒有再發(fā)生由于飛鉛而導(dǎo)致的缺陷件，而且每個(gè)電池減少了81.7克鉛使用量，單單此項(xiàng)每年可節(jié)省成本2萬4千美元，這些研究成果逐步擴(kuò)展到其他型號的產(chǎn)品后將帶來超過11萬美元的成本節(jié)約。