彈簧制動(dòng)氣室端蓋表面處理的質(zhì)量改進(jìn)

李維勇 賈年紅 林開顏

瑞立集團(tuán)瑞安汽車零部件有限公司 浙江省溫州市 325200

1 研究背景

我公司彈簧制動(dòng)氣室產(chǎn)品主要應(yīng)用于公交車及商用車的制動(dòng)系統(tǒng)，我公司彈簧制動(dòng)氣室產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率為世界領(lǐng)先。彈簧制動(dòng)氣室端蓋零部件表面處理采用的是噴塑工藝。端蓋在表面噴塑后，涂層表面產(chǎn)生有顆粒狀的外觀缺陷，該產(chǎn)品在每月不良品記錄中，這類缺陷達(dá)到不良品總量的85.68%，且很長(zhǎng)時(shí)間沒有得到徹底解決。導(dǎo)致彈簧制動(dòng)氣室端蓋零件在磷化處理后，在噴塑前還要經(jīng)過人工機(jī)械擦拭等輔助手段才能確保產(chǎn)品外觀質(zhì)量。由此造成了增加在線的擦拭產(chǎn)品的人員最少在3名以上，效率較低，且還不能100%確保產(chǎn)品外觀無顆粒的質(zhì)問題量。為此，質(zhì)量部門成立了質(zhì)量攻關(guān)小組，對(duì)缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行了深入分析：

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，造成外觀質(zhì)量缺陷的主要原因是噴塑前的前處理鋅系磷化工序存在問題，特別是磷化液的選配和使用不當(dāng)所造成磷化膜表面有未完全清洗掉的磷化渣顆粒。

磷化工藝是鐵件類零件在噴塑、噴漆、電泳等表面涂裝前的重要前處理工序。該產(chǎn)品磷化膜的用途主要是作為增強(qiáng)涂裝膜層與工件間結(jié)合力，提高涂裝后工件表面涂層的耐蝕性，磷化膜還需要具有一定的防腐性。彈簧缸端蓋在磷化后噴涂前，需要將兩個(gè)螺紋進(jìn)行遮避不噴涂，最終噴涂烘烤完成后下件時(shí)，在螺紋處采用涂防銹油的方式進(jìn)行防腐，因此，該產(chǎn)品對(duì)磷化膜的防腐性也有一定的要求?？紤]到產(chǎn)品的具體要求及經(jīng)濟(jì)性，錳系磷化效率太低磷化渣多，鐵系磷化膜、鋯系及硅烷類轉(zhuǎn)化膜裸膜的防銹能力差，因此，對(duì)于我公司產(chǎn)品仍需要采用鋅系磷化來處理。為確保產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)效率，技術(shù)中心成立了以工程研發(fā)部門牽頭的課題研究小組，對(duì)彈簧制動(dòng)氣室端蓋磷化工藝展開研究攻關(guān)，在鋅系磷化體系的的基礎(chǔ)上，解決鋅系磷化的無渣化或少渣化。

2 項(xiàng)目目標(biāo)：解決彈簧制動(dòng)氣室端蓋鋅系磷化液不匹配帶來的各類缺陷

2.1 研發(fā)內(nèi)容

2.1.1 磷化槽液分析

（a）從以上圖片可以發(fā)現(xiàn)，涂裝生產(chǎn)線上使用的市售鋅系磷化液在產(chǎn)品磷化后產(chǎn)生很多的磷化渣，且磷化渣具有很強(qiáng)粘性，在噴淋管、噴淋棚內(nèi)壁等部位均有很厚結(jié)塊的磷化渣，在1個(gè)星期左右磷化棚體內(nèi)磷化渣就得積累很多、很厚。

（b）磷化槽里渣多，雖然槽液（清洗槽）每天更換，噴嘴安排每天清理，但該磷化渣很粘，很難清理，導(dǎo)致磷化膜表面上的磷化渣水洗不能徹底清洗干凈，磷化膜經(jīng)烘烤干水份后，渣就粘在工件表面，很難擦拭不到位，最終會(huì)導(dǎo)致顆粒狀物附著在彈簧缸端蓋表面，噴塑后的產(chǎn)品就出現(xiàn)了大量的表面顆粒不良品。

（c）與原磷化液供應(yīng)廠家溝通，廠家也安排相關(guān)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)，通過控制調(diào)整槽液參數(shù)，每班做一次槽液維護(hù)，每班化驗(yàn)兩次等手段，磷化液采用自動(dòng)添加方式，在線跟蹤了一個(gè)月，仍沒有解決此問題，磷化槽中磷化渣還是很多，磷化膜表面磷化渣也清洗不凈，說明是磷化液本身不太適應(yīng)該線的生產(chǎn)要求。

（d）最終研究發(fā)現(xiàn)：該磷化液需在40-50℃條件下使用，酸度低（游離酸在0.8-1.0，總酸度在20-25），如使用在常溫條件下來做磷化，酸度過低磷化膜不能完成成膜，產(chǎn)品易泛黃，上膜不佳，而要保證磷化質(zhì)量，只有將游離酸提高（1.8-2.5之間，總酸度提高到30-35），但酸度越高，產(chǎn)生的磷化渣就越多，消耗磷化液也就多，最終導(dǎo)致磷化膜表面不良且運(yùn)行成本高。

2.1.2 解決措施

在真因明確了以后，決定對(duì)涂裝生產(chǎn)線磷化液提出改進(jìn)。因市面上找不到恰好適合我司產(chǎn)品的常溫鋅系磷化液，故研究后決定，對(duì)此種常溫鋅系磷化液自己研究開發(fā)，參照中溫磷化液配方，研制適合我司產(chǎn)品的常溫磷化液配方，替代現(xiàn)行的常溫磷化液。

2.1.3 研制過程

在原中溫磷化配方的基礎(chǔ)上，進(jìn)行配方優(yōu)化改進(jìn)，增減各種藥品的配比數(shù)量，增減硝酸鎳。經(jīng)幾個(gè)月的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于摸索出適合我公司生產(chǎn)線的常溫磷化液的配方和磷化工藝參數(shù)：配槽總酸度45點(diǎn)，游離酸2.2點(diǎn)，溫度為常溫，磷化時(shí)間5分鐘。

磷化后的產(chǎn)品磷化膜為灰色，外觀均勻；磷化膜按產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)硫酯銅滴定檢驗(yàn)、耐蝕性檢測(cè)（中性鹽霧試驗(yàn)NSS）等均為合格。

2.1.4 放大實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室完成常溫磷化液的配方研制，并檢驗(yàn)合格后，將采用該配方配制的磷化液放在手動(dòng)磷化線上進(jìn)一步放大實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

（a）自制磷化液的配制：利用攪拌罐（1噸容積），將硝酸鋅、馬日夫鹽、硝酸鎳等藥品進(jìn)行稱取所需的數(shù)量，再依序加入進(jìn)行攪拌溶解、熟化，得到磷化液濃縮液。

（b）促進(jìn)劑的配制：亞硝酸鈉按50%的比例進(jìn)行配制。

（c）按5%的比例進(jìn)行開槽，連續(xù)生產(chǎn)使用了15天，得到的產(chǎn)品磷化膜均勻，結(jié)晶細(xì)致，無灰和顆粒吸附，且槽液參數(shù)易于控制，總酸度保持在29-45點(diǎn)，游離酸0.9-1.5點(diǎn)。

（d）組織評(píng)價(jià)：組織公司相關(guān)技術(shù)、工程、質(zhì)量、生產(chǎn)人員對(duì)磷化及噴塑的產(chǎn)品的進(jìn)行評(píng)價(jià)（評(píng)價(jià)磷化膜外觀、涂層附著力、耐蝕性等），對(duì)試產(chǎn)半個(gè)月的情況進(jìn)行總結(jié)，大家一致同意繼續(xù)做批量性的放大試驗(yàn)。

2.1.5 批量試生產(chǎn)驗(yàn)證

自配的常溫磷化液在手動(dòng)磷化線上的放大實(shí)驗(yàn)完全合格后，組織了在噴塑生產(chǎn)線的批量生產(chǎn)確認(rèn)驗(yàn)證。驗(yàn)證是在正常生產(chǎn)的噴塑線前處理磷化槽里完成，目的是驗(yàn)證自制鋅系常溫磷化液在正常生產(chǎn)線的應(yīng)用是否穩(wěn)定，槽液磷化渣是否得到有效控制，磷化膜上的磷化渣是否清洗干凈，以及表面最終處理（噴塑等）后的產(chǎn)品外觀表面是否真正得到改善，以及螺紋處涂油的磷化膜鹽霧性能是否得到滿足等。驗(yàn)證周期為半個(gè)月，嚴(yán)格按自配磷化液的工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)，每天實(shí)施跟蹤檢查，并做好相關(guān)過程的質(zhì)量記錄：

（1）磷化液和促進(jìn)劑濃縮液的配制和添加。

（a）先加1/3體積的水，按前述已驗(yàn)證好的配比方案投入所需藥品，將水加到所需液位，再開啟攪拌機(jī)攪拌，確保藥品完全溶解后，再熟化30分鐘，然后用泵打到藥品添加桶；（b）自動(dòng)添加：根據(jù)工藝要求，每天加入磷化液80-100Kg，促進(jìn)劑5-6kg，調(diào)整輸液管流量大小，在生產(chǎn)中緩慢滴入。

（2）磷化液槽液使用參數(shù)的最終確定：

最終明確的槽液控制工藝參數(shù)：游離酸：（0.6-2.2）點(diǎn)，最佳控制點(diǎn)為（1.0-1.2）點(diǎn)；總酸度：（18-35）點(diǎn)， 最佳控制點(diǎn)為（20-25）點(diǎn)；促進(jìn)劑氣值點(diǎn)：（3-6）點(diǎn)，最佳控制點(diǎn)為（4-5）點(diǎn)。

（3）效果驗(yàn)證：

（a）除渣機(jī)停用狀態(tài)，開線半個(gè)月，清理時(shí)槽底只有1cm左右厚度的渣；半個(gè)月倒槽清理一次，1個(gè)人只要2小時(shí)即可清理完畢，這與原來每天都要做槽液清理維護(hù)的狀況相比已得到了極大的改善；（b）磷化渣易于清洗，磷化后的零件經(jīng)線上噴淋清洗后無磷化渣，取消磷化烘干后的擦拭工序，減少了至少3名擦灰操作員工，且提升了工效；（c）抽檢彈簧制動(dòng)氣室端蓋磷化膜的表面質(zhì)量和耐蝕性：磷化后的產(chǎn)品表面形成均勻、結(jié)晶細(xì)致、表面無顆粒的灰色磷化膜。

（d）抽檢彈簧制動(dòng)氣室端蓋磷化膜的耐蝕性：涂油后的磷化膜鹽霧測(cè)試后96小時(shí)無生銹，滿足了產(chǎn)品工藝質(zhì)量要求。

（e）評(píng)審總結(jié)：組織公司相關(guān)技術(shù)、工程、質(zhì)量、生產(chǎn)人員對(duì)在自動(dòng)生產(chǎn)線的磷化及噴塑的產(chǎn)品的進(jìn)行評(píng)價(jià)（評(píng)價(jià)磷化膜外觀、涂層附著力、耐蝕性等），磷化膜外觀結(jié)晶細(xì)致，噴塑后的端蓋螺在裸露的磷化膜上涂上防銹油，滿足72小時(shí)中性鹽霧測(cè)試無紅銹的要求。對(duì)批量驗(yàn)證的情況進(jìn)行總結(jié)，對(duì)應(yīng)用情況評(píng)審?fù)ㄟ^，要求在后續(xù)的應(yīng)用中要繼續(xù)做好效果跟蹤。

2.1.6 固化措施

對(duì)策經(jīng)全面驗(yàn)證實(shí)施有效后，技術(shù)中心針對(duì)彈簧制動(dòng)氣室端蓋涂裝處理的自制常溫磷化液從配方、配制方法、過程控制計(jì)劃、工藝規(guī)程、作業(yè)指導(dǎo)書等文件進(jìn)行了編制和修訂，編制了彈簧制動(dòng)氣室端蓋生產(chǎn)線磷化液、前處理檢測(cè)和添加記錄表單、槽液與設(shè)備維護(hù)記錄表以及噴淋壓力記錄等過程控制用表，將對(duì)策措施進(jìn)行全面鞏固后指導(dǎo)后續(xù)生產(chǎn)。

3 研究成果

（1）成果一：通過對(duì)磷化液的研制，磷化前處理工藝得到了極大改善，彈簧制動(dòng)氣室端蓋最終表面處理（噴塑等）后的外觀質(zhì)量缺陷得到了解決，過程控制水平得到提升。從2020年9月正式投入生產(chǎn)應(yīng)用到2021年8月，一年來的統(tǒng)計(jì)顯示，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了設(shè)定的質(zhì)量目標(biāo)值：①滿足生產(chǎn)過程磷化后不需要擦灰的要求；②磷化膜滿足作前增強(qiáng)涂層結(jié)合力的要求，噴涂層防腐性的鹽霧要求，磷化后的螺紋處涂防銹油后達(dá)到防腐的鹽霧要求。

（2）成果二：與原外購(gòu)的液相比，彈簧制動(dòng)氣室端蓋生產(chǎn)線的自制磷化液的性能得到很大提升， 減少了擦灰操作維護(hù)人員和清理成本，減少了槽液清理和倒槽的頻次，減少了至少3名員工。

（3）成果三：磷化液的使用成本得到大幅下降，節(jié)省操作人員及倒槽次數(shù)等，可節(jié)省成本額達(dá)到70萬元/年。

4 項(xiàng)目總結(jié)

彈簧制動(dòng)氣室端蓋噴涂后的顆粒問題，通過將常常溫鋅系磷化液的進(jìn)行研發(fā)，終于攻克了各種技術(shù)難題，成功研發(fā)出符合我公司彈簧制動(dòng)氣室端蓋的前處理磷化液，完成了預(yù)定目標(biāo)，取得了可喜成績(jī)。彈簧制動(dòng)氣室端蓋自配常溫鋅系磷化液的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)起來有如下幾點(diǎn)：

（1）濃縮液、促進(jìn)劑配制和添加方便；（2）槽液使用范圍寬、質(zhì)量穩(wěn)定；（3）產(chǎn)渣少、易于清洗；（4）省人省時(shí)；（5）用量少、費(fèi)用低。

同時(shí)，在彈簧制動(dòng)氣室端蓋汽車零部件質(zhì)量改進(jìn)研發(fā)過程中，團(tuán)隊(duì)成員以及生產(chǎn)線員工得到了充分的鍛煉和學(xué)習(xí)成長(zhǎng)，主要有以下心得：

● 小組成員綜合能力得到提升，學(xué)會(huì)利用內(nèi)部有限資源去解決問題；

● 成員團(tuán)隊(duì)意識(shí)和節(jié)能降耗的思想更加成熟；

● 對(duì)彈簧制動(dòng)氣室端蓋生產(chǎn)線磷化液的配方設(shè)計(jì)及質(zhì)量改進(jìn)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)；

● 通過現(xiàn)場(chǎng)的培訓(xùn)指導(dǎo)，提高了生產(chǎn)員工的素質(zhì)，如生產(chǎn)人員對(duì)缺陷的判斷，槽液維護(hù)人員進(jìn)一步學(xué)會(huì)了磷化液添加及故障處理方法等，提升了項(xiàng)目管理人員的工作激情。