一種自粘鐵心生產(chǎn)工藝的改進(jìn)

朱斌 周燕紅 宋建強(qiáng) 俞偉峰

（南通通達(dá)矽鋼沖壓科技有限公司）

0 引言

在電機(jī)鐵心生產(chǎn)領(lǐng)域，用帶有自粘涂層的電工鋼制成的自粘鐵心具有固定牢靠，電機(jī)效率高，振動(dòng)小，噪音低等許多優(yōu)點(diǎn)，原多用于磁懸浮列車長(zhǎng)定子鐵心，高能離子加速器鐵心和變壓器鐵心等，現(xiàn)正向新能源汽車電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等高效電機(jī)領(lǐng)域發(fā)展。國(guó)內(nèi)外開發(fā)、生產(chǎn)這種新涂層電工鋼的廠家有德國(guó)蒂森、美國(guó)阿拉甘尼、日本川崎制鐵、中國(guó)的寶武和太鋼等，鋼帶及涂層材料不同，電機(jī)鐵心生產(chǎn)工藝區(qū)別很大。某公司在某一客戶的大型電機(jī)自粘鐵心生產(chǎn)過(guò)程中，曾因?yàn)椴牧献兏?，一度面臨產(chǎn)品合格率的大幅下降，生產(chǎn)成本的大幅上升，最終通過(guò)六西格瑪立項(xiàng)，成功解決了這一難題。

1 界定

質(zhì)量要求：鐵心開縫＜0.05mm，壓斷力≥26t等；原生產(chǎn)工藝：疊壓壓力36t，加熱溫度170℃，保持時(shí)間略；問(wèn)題現(xiàn)象：產(chǎn)品缺陷開縫、壓斷力不夠，一次交檢合格率76.2%，經(jīng)返修后報(bào)廢率15.4%。

鐵心生產(chǎn)的主要過(guò)程如圖1所示。

圖1 自粘鐵心生產(chǎn)流程圖

Y及缺陷定義如圖2所示。

圖2 Y及缺陷定義

2 測(cè)量

分析認(rèn)為缺陷1有可能導(dǎo)致缺陷2的發(fā)生，兩者有一定聯(lián)系，所以，合在一起，針對(duì)鐵心不合格繪制了魚骨圖，如圖3所示。

圖3 魚骨圖

對(duì)魚骨圖選出的輸入因子進(jìn)行打分，繪制矩陣圖，初步篩選關(guān)鍵因子，如表1所示。

表1 因果矩陣表

通過(guò)如圖4所示的C&E矩陣的Pareto圖，找出了影響80%的重要因子，采用FMEA對(duì)上述因子進(jìn)行細(xì)化分析，如表2所示。

圖4 C&E矩陣的Pareto圖

表2 第一次FMEA分析表

通過(guò)FMEA對(duì)上述因子進(jìn)行細(xì)化以及Pareto圖分析（見圖5），找出了其中占80%份額的重要因子，通過(guò)技術(shù)、工藝、質(zhì)量和生產(chǎn)車間的討論研究后，認(rèn)為這些因子中的油污、變形等是可以控制和改善的，通過(guò)對(duì)鐵心生產(chǎn)流程優(yōu)化進(jìn)行快速改善，予以消除。消除后因子轉(zhuǎn)化如表3所示，消除這幾個(gè)可控因子后，產(chǎn)品的一次合格率提升至88.5%。

表3 快速改善后的因子轉(zhuǎn)化表

圖5 第一次FMEA分析的Pareto圖

針對(duì)快速改善后的剩余因子進(jìn)行了第二次FMEA分析，如表4所示。

表4 快速改善后的第二次FMEA表

通過(guò)第二次FMEA分析的Pareto圖（見圖6），找到了影響80%的關(guān)鍵因子有材料同板差、加熱溫度、疊壓壓力， 將此3個(gè)關(guān)鍵因子確定為A階段分析驗(yàn)證的項(xiàng)目輸入。

圖6 第二次FMEA的Pareto圖

3 分析

原工藝文件要求：疊壓壓力（鎖緊力）36t，加熱溫度170℃，對(duì)同板差沒有要求，經(jīng)討論，設(shè)計(jì)了以下試驗(yàn)方案，結(jié)果如表5所示。

表5 壓斷力開縫全因子試驗(yàn)結(jié)果表

3.1 針對(duì)壓斷力的全因子分析結(jié)果

針對(duì)壓斷力的全因子分析結(jié)果如圖7和圖8所示。

圖7 壓斷力的估計(jì)效應(yīng)和系數(shù)

圖8 壓斷力的方差分析

從顯著性來(lái)看，A因子疊壓壓力、B加熱溫度、C同板差、AB（疊壓壓力×加熱溫度）對(duì)應(yīng)的p值都小于顯著性水平0.05，因此可以判斷這四項(xiàng)效應(yīng)是顯著的，而其余各項(xiàng)皆不顯著。

從因子正態(tài)效應(yīng)圖（見圖9）和因子效應(yīng)的帕累托圖（見圖10）同樣得出： A因子疊壓壓力、B加熱溫度、C同板差、AB（疊壓壓力×加熱溫度）四項(xiàng)效應(yīng)是顯著的，而其余各項(xiàng)皆不顯著。

圖9 標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的正態(tài)圖

圖10 標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的Pareto圖

殘差診斷：殘差對(duì)于以觀察值順序的散點(diǎn)圖、殘差對(duì)于響應(yīng)變量壓斷力的散點(diǎn)圖分布正常。殘差基本服從正態(tài)分布。試驗(yàn)有效，如圖11所示。

圖11 壓斷力殘差診斷圖

由壓斷力主效應(yīng)圖（見圖12）和交互作用圖（見圖13）可以看出：

圖12 壓斷力主效應(yīng)圖

圖13 壓斷力交互作用圖

1）在加熱溫度165 ～175 ℃，疊壓壓力36～40t范圍內(nèi)，加熱溫度、疊壓壓力對(duì)于響應(yīng)變量壓斷力的影響非常顯著；且疊壓壓力取40t、加熱溫度取165 ℃時(shí)，壓斷力較大。

2）在同板差0.003～0.013范圍內(nèi)，同板差對(duì)于響應(yīng)變量開縫的影響顯著，同板差越小，壓斷力越大。

3）加熱溫度、疊壓壓力的交互作用對(duì)于響應(yīng)變量壓斷力的影響顯著，其余不顯著。

由壓斷力的等值線圖（見圖14）可以看出：當(dāng)溫度取165～165.5 ℃，壓力取38.5～40t，同板差＜0.005時(shí)，壓斷力最大（大于40t，遠(yuǎn)大于26t的客戶要求）。

圖14 壓斷力的等值線圖

3.2 開縫的全因子分析

針對(duì)開縫的全因子分析如圖15和圖16所示。

圖15 開縫的估計(jì)效應(yīng)和系數(shù)

圖16 開縫的方差分析

從顯著性來(lái)看，C因子同板差對(duì)應(yīng)的p值小于顯著性水平0.05，因此可以判斷其效應(yīng)是顯著的，而其余各項(xiàng)皆不顯著。

從因子正態(tài)效應(yīng)圖（見圖17）和因子效應(yīng)的帕累托圖（見圖18）同樣得出： C因子同板差效應(yīng)是顯著的，而其余各項(xiàng)皆不顯著。

圖17 標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)正態(tài)圖

圖18 標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的Pareto圖

殘差診斷：殘差對(duì)于以觀察值順序的散點(diǎn)圖、殘差對(duì)于響應(yīng)變量壓斷力的散點(diǎn)圖分布正常。殘差基本服從正態(tài)分布。試驗(yàn)有效，如圖19所示。

圖19 開縫殘差圖

由開縫主效應(yīng)圖（見圖20）和交互作用圖（見圖21）可以看出：

圖20 開縫主效應(yīng)圖

圖21 開縫交互作用圖

1）同板差對(duì)于響應(yīng)變量開縫的影響非常顯著，同板差越小，開縫越?。?/p>

2）在加熱溫度165～175 ℃，疊壓壓力36～40t范圍內(nèi)，加熱溫度、疊壓壓力對(duì)于響應(yīng)變量開縫的影響不顯著；

3）因子同板差、加熱溫度、疊壓壓力的交互作用對(duì)于響應(yīng)變量開縫的影響不顯著。

由開縫等值線圖可以看出（見圖22）：

圖22 開縫的等值線圖

1）在加熱溫度165～175 ℃，疊壓壓力36～40t范圍內(nèi)，開縫和加熱溫度、疊壓壓力基本無(wú)關(guān)；

2）在上述加熱溫度和疊壓壓力范圍內(nèi)，同板差＜0.006時(shí)，開縫＜0.05，符合客戶要求。

由開縫與加熱溫度、疊壓壓力的曲面圖可以看出（見圖23）：

圖23 開縫加熱溫度、疊壓壓力的曲面圖

1）在加熱溫度165～175 ℃，疊壓壓力36～40t范圍內(nèi)， 加熱溫度、疊壓壓力對(duì)響應(yīng)變量開縫的影響范圍很??；

2）在上述加熱溫度和疊壓壓力范圍內(nèi)，加熱溫度取165 ℃ 、疊壓壓力取40t時(shí)，開縫最小。

3.3 同板差因子分析

開料方式及排樣圖如圖24和圖25所示。

圖24 開料方式

圖25 排樣圖

產(chǎn)品混料方式及開料位置（見圖26）：開縫位置多位于鐵心頭尾兩端處，即A卷和C卷沖片處。

圖26 產(chǎn)品混料方式及開縫位置

其他混料方式及結(jié)果如表6所示。

表6 其他混料方式及結(jié)果

綜上分析，鐵心開縫主要由于A或C卷沖片導(dǎo)致。某材料分卷后同板差測(cè)量如表7所示。

表7 某材料分卷后同板差測(cè)量數(shù)據(jù)

A、C卷同板差分別平均為0.0094、0.0078，并且在原材料邊緣30mm范圍內(nèi)，材料變薄最明顯，B卷同板差平均為0.0048。通過(guò)A、B、C卷沖片同板差的測(cè)量及Xbar-R圖分析，B卷沖片的各點(diǎn)厚度相對(duì)穩(wěn)定一致（同板差相對(duì)較?。?。這也加強(qiáng)證明了之前全因子分析中材料同板差對(duì)開縫的影響。

分析階段小結(jié)：通過(guò)A階段的驗(yàn)證與分析，基本確定了加熱溫度、疊壓壓力、同板差是壓斷力的關(guān)鍵因子；同板差是鐵心開縫的關(guān)鍵因子，即鐵心開縫關(guān)鍵影響因素是同板差，同板差越小開縫越小。

4 改進(jìn)

通過(guò)A階段的驗(yàn)證與因子分析，確定了影響鐵心合格率的關(guān)鍵因子為加熱溫度、疊壓壓力、材料同板差。根據(jù)鋼卷基本常識(shí)，同板差不可完全消除。因此可以通過(guò)改變疊壓鐵心時(shí)沖片配比的方法，或者減小沖片同板差的方法，來(lái)降低鐵心開縫情況的風(fēng)險(xiǎn)。

1）通過(guò)前述試驗(yàn)，選溫度165℃，壓力40t。

2）同板差減小——開料工藝改變（見圖27）。

圖27 原材料開料方式優(yōu)化

3）減小同板差影響并簡(jiǎn)化疊壓工藝——混料工藝改變。原混料方式：Aa+Ab+Ba+Bb+Ca+Cb 每段各占六分之一；改進(jìn)后混料方式：QAa+QAb+QAa+QAb+QAa+QAb 每段各占六分之一；Or： QBa+QBb+QBa+QBb+QBa+QBb 每段各占六分之一。

說(shuō)明：原混料方案也能在一定程度上消除同板差影響，但需要6種沖片混料，改進(jìn)后只要2種沖片混料，工藝更簡(jiǎn)單，便于更好地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制。

4）改進(jìn)后的效果：一次合格率提升至98%，經(jīng)返修后報(bào)廢率降到0%。

5 控制

1）進(jìn)行了工藝文件的優(yōu)化、下發(fā)和培訓(xùn)落實(shí)。

2）改進(jìn)半年后的收益：①硬性收益。一次合格率由76.2%提高至98%，報(bào)廢率由15.4%降至0%，改善后生產(chǎn)5套產(chǎn)品，實(shí)際節(jié)約成本 =(15.4%-0%)×（144×5）×（12000-0.3×2500）+ (98%-76.2%)×（144×5）×200=249.48+6.2784≈128萬(wàn)元。②軟性收益。鐵心的一次合格率由76.2%提升至98% ，報(bào)廢率由15.4%降至0%，減少在整理工序時(shí)的修補(bǔ)，提升了效益，同時(shí)鐵心質(zhì)量的提升，對(duì)公司的產(chǎn)品聲譽(yù)和品牌力等都會(huì)帶來(lái)巨大的無(wú)形收益。

6 結(jié)束語(yǔ)

沖片的同板差一直是影響鐵心形位尺寸的一個(gè)關(guān)鍵因素，在自粘鐵心的生產(chǎn)制造過(guò)程中依然如此，并且和自粘鐵心的疊壓壓力、加熱溫度、保持時(shí)間等一起，決定了鐵心粘結(jié)固化的效果，包括開縫和壓斷力大小。通過(guò)選裁材料減小同板差或者混料減小同板差的影響，可以有效提升自粘鐵心的一次交檢合格率。