汽車變速器殼體離合器活塞壓裝質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)消除

滕海渤，劉桂鋒，孫家明,劉義法，黃樺

1.上汽通用東岳動(dòng)力總成有限公司 山東煙臺(tái) 264006

2.上汽通用動(dòng)力科技（上海）有限公司 上海 200131

某汽車九速自動(dòng)變速器殼體裝配線離合器活塞壓裝工位投產(chǎn)前期出現(xiàn)活塞壓裝報(bào)警問題。從收集的伺服壓機(jī)的壓裝曲線（見圖1）來看，報(bào)警活塞的壓裝曲線和正常曲線相比明顯離群，壓裝位移相比正常壓裝曲線約提前1.5mm達(dá)到目標(biāo)壓力。

圖1 壓裝異常曲線和正常曲線相比離群

檢查實(shí)物發(fā)現(xiàn)，活塞壓裝時(shí)有歪斜安裝不到位的情況，同時(shí)發(fā)現(xiàn)活塞鋼骨架表面有劃傷掉屑。根據(jù)產(chǎn)品潛在失效模式的分析，如果活塞壓裝過程中歪斜，容易導(dǎo)致活塞密封唇邊破損，活塞密封不嚴(yán)，進(jìn)而導(dǎo)致離合器的鋼片摩擦片配合不暢，變速器換擋時(shí)遲滯，嚴(yán)重情況下將導(dǎo)致離合器摩擦片燒蝕，影響變速器正常功能使用。同時(shí)，如果活塞劃落的雜質(zhì)掉落到殼體大腔中，有可能流入變速器油路，導(dǎo)致控制閥芯卡滯、變速器換擋卡滯、片組異常磨損等質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

每次活塞壓裝報(bào)警均需要人工檢查并拆解變速器進(jìn)行返工，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開通率。同時(shí)報(bào)警活塞做報(bào)廢處理。如何徹底解決此活塞壓裝報(bào)警問題，提升設(shè)備開動(dòng)率，減少?gòu)U品，保證產(chǎn)品清潔度及產(chǎn)品質(zhì)量成了現(xiàn)場(chǎng)亟待解決的問題。

設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝介紹

如圖2所示，設(shè)備夾爪首先從左側(cè)工件托盤上將活塞取出，放置到料座上，料座通過氣缸橫移機(jī)構(gòu)移動(dòng)到壓頭下方，壓頭向下移動(dòng)通過壓頭導(dǎo)向套將活塞包含在導(dǎo)套內(nèi)。導(dǎo)套內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，六個(gè)彈簧限位塊夾持在活塞骨架外圈，活塞角向位置通過角向限位塊插入活塞的角向缺口處保證活塞壓裝后的角向位置。

圖3 活塞導(dǎo)套內(nèi)部結(jié)構(gòu)

壓頭取料完成后，壓頭向下移動(dòng)，待活塞唇邊距離工件活塞安裝孔上邊緣2mm時(shí)，旋轉(zhuǎn)壓機(jī)起動(dòng)，帶動(dòng)活塞一邊旋轉(zhuǎn)一邊下壓。旋轉(zhuǎn)壓裝的目的主要為防止直接壓裝活塞唇邊翻邊破損，在至少保證唇邊進(jìn)入活塞內(nèi)腔上邊緣2mm后，旋轉(zhuǎn)壓機(jī)停止，壓機(jī)向下移動(dòng)使活塞骨架端面壓靠到殼體端面，達(dá)到目標(biāo)壓裝力后，完成整個(gè)壓裝動(dòng)作過程。整個(gè)壓裝過程共設(shè)置了三個(gè)壓裝窗口對(duì)壓裝過程進(jìn)行監(jiān)控，其中最終壓裝目標(biāo)壓力為2kN。

問題原因分析

結(jié)合壓裝曲線和實(shí)物缺陷分析，異常曲線相比正常曲線提前1.5mm位移建立了壓力，測(cè)量活塞鋼骨架的厚度約為1.5mm，故懷疑角向限位塊在壓裝過程中與活塞發(fā)生了分離（見圖4），或者開始取料階段就未準(zhǔn)確插入到活塞零件角向限位的缺口位置，導(dǎo)致導(dǎo)套上的角向限位塊底部和活塞鋼骨架上邊緣接觸。當(dāng)活塞旋轉(zhuǎn)一定角度后，角向限位塊碰到活塞鋼骨架上的突起部位后停止，且旋轉(zhuǎn)過程中角向限位塊和活塞鋼骨架摩擦產(chǎn)生了活塞骨架上的劃傷。因?yàn)榻窍蛳尬绘I下端突出，導(dǎo)致向下壓裝時(shí)活塞非均勻受力，發(fā)生高度方向的歪斜，進(jìn)而產(chǎn)生活塞壓裝不到位的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 壓裝報(bào)警直接原因分析

根據(jù)前述的分析，采用魚骨圖從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面對(duì)問題可能的原因進(jìn)行進(jìn)一步分解分析[1，2]，如圖5所示，并針對(duì)各種潛在原因逐項(xiàng)進(jìn)行分析驗(yàn)證。

圖5 壓裝報(bào)警原因分析魚骨圖

首先從人員操作、廠房環(huán)境、物料以及設(shè)備對(duì)中性方面進(jìn)行了排查（見圖6）。

圖6 魚骨圖各影響因素逐項(xiàng)排查

1）活塞在前道工序托盤上料時(shí)托盤角向有物理防錯(cuò)，安裝不到位有激光傳感器防錯(cuò)，相關(guān)防錯(cuò)裝置日常均有定期防錯(cuò)驗(yàn)證確保防錯(cuò)功能正常，故排除人工上料錯(cuò)誤因素。

2）對(duì)壓裝報(bào)警的殼體和活塞進(jìn)行全尺寸測(cè)量，均符合圖樣要求。對(duì)報(bào)警殼體進(jìn)行梳理后發(fā)現(xiàn)，報(bào)警殼體分布在不同加工線加工機(jī)床，與機(jī)加工機(jī)床無相關(guān)性，故排除物料因素。

3）增加活塞取料位壓裝曲線采集及監(jiān)控程序，跟蹤發(fā)現(xiàn)報(bào)警零件的取料曲線均正常，和正常壓裝取料曲線之間無分層離群情況，可判斷無取料歪斜情況，故排除壓頭取料歪斜的因素。

4）此變速器裝配線位于二樓廠房，考慮雙層廠房環(huán)境振動(dòng)因素，懷疑物流叉車振動(dòng)導(dǎo)致壓裝過程中活塞從導(dǎo)套中發(fā)生了分離。故調(diào)整物流叉車線路以避讓設(shè)備周圍區(qū)域，跟蹤一段時(shí)間后，活塞壓裝報(bào)警問題仍然發(fā)生，報(bào)警頻次無改善，排除物流叉車振動(dòng)等環(huán)境因素的影響。

5）采用壓頭對(duì)中工裝檢查設(shè)備壓裝對(duì)中性符合要求，排除設(shè)備對(duì)中性問題。

6）從導(dǎo)套結(jié)構(gòu)和壓裝程序等方面進(jìn)行系列分析驗(yàn)證。增大導(dǎo)套夾持彈簧對(duì)活塞外圈的夾持力；將角向限位鍵寬度尺寸由5mm改為3.5mm；降低壓機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和壓裝速度以及壓裝加速度等系列措施，跟蹤均對(duì)壓裝報(bào)警效果無明顯改善。

在相關(guān)因素排除后，問題根本原因仍未找到，但已排除活塞上料以及壓頭取料階段等工藝步驟的問題，并將問題原因初步鎖定在活塞壓裝導(dǎo)套設(shè)計(jì)上。

結(jié)合壓裝程序及活塞壓裝的詳細(xì)過程（見圖7）重新進(jìn)行分析：

圖7 活塞壓裝過程分析

1）圖7a是啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)壓裝時(shí)工況，此時(shí)壓機(jī)行程366.8mm，圖中橙色的活塞密封唇邊完全被包含在導(dǎo)套內(nèi)。

2）圖7b是旋轉(zhuǎn)壓裝完成工況，此時(shí)壓機(jī)行程370.8mm，圖中活塞密封唇邊進(jìn)入到殼體活塞安裝孔中。

3）圖7c疑似在活塞下降經(jīng)過下圖箭頭位置時(shí)，此時(shí)活塞導(dǎo)套前端導(dǎo)向部位和殼體活塞安裝內(nèi)孔之間高度方向上有約1mm間隙?；钊拿芊馊蛪貉b導(dǎo)套之間為過盈配合，當(dāng)活塞運(yùn)行到此間隙時(shí)，因?yàn)榛钊芊馊γ撾x活塞導(dǎo)套后的自身彈力和重力的影響，有一定概率會(huì)造成活塞在向下經(jīng)過此間隙位置時(shí)缺少有效夾持從而發(fā)生歪斜和掉落，進(jìn)而導(dǎo)致活塞本體和壓頭角向限位銷之間發(fā)生脫離。

結(jié)合以上分析，初步鎖定問題原因?yàn)閴貉b導(dǎo)套前端導(dǎo)向部位過短，導(dǎo)致過程中活塞本體在從壓頭中脫離的瞬間發(fā)生了脫離。

改進(jìn)方案及措施

如圖8所示，為減少導(dǎo)套前端和殼體活塞孔倒角處的間隙，優(yōu)化活塞導(dǎo)套末端導(dǎo)向角度，將活塞壓裝導(dǎo)套前端的倒角從30°改為25°。同時(shí)，優(yōu)化導(dǎo)套的前端圓弧倒角，從之前的R0.5mm改為R0.25mm，進(jìn)一步增加有效導(dǎo)向長(zhǎng)度，防止活塞經(jīng)過殼體活塞腔倒角時(shí)因?yàn)閷?dǎo)向不足發(fā)生傾斜和掉落的風(fēng)險(xiǎn)。改進(jìn)內(nèi)容和改進(jìn)前后效果對(duì)比如圖9所示。

圖8 活塞導(dǎo)向套導(dǎo)向部位改進(jìn)

圖9 活塞導(dǎo)向套導(dǎo)向部位改進(jìn)前Vs改進(jìn)后對(duì)比

同時(shí)，為了防止活塞壓裝導(dǎo)套長(zhǎng)期使用磨損，將導(dǎo)套材質(zhì)增加滲氮處理D0.3-500，進(jìn)一步提升導(dǎo)套長(zhǎng)期使用的耐久性。

最后結(jié)合活塞壓裝潛在的失效模式，經(jīng)過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析（見圖10），在不額外增加誤報(bào)警的情況下，對(duì)活塞壓裝的最終質(zhì)量表現(xiàn)即活塞泄露的控制限進(jìn)行收嚴(yán)控制，以便及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)離群的零件進(jìn)行檢查，進(jìn)一步強(qiáng)化最終產(chǎn)品質(zhì)量控制。

圖10 利用統(tǒng)計(jì)分析軟件收集泄露數(shù)據(jù)

改進(jìn)效果及結(jié)論

經(jīng)過以上的改進(jìn)措施，新的活塞壓裝導(dǎo)套更換實(shí)施完成后，累計(jì)已生產(chǎn)變速器25萬臺(tái)，徹底消除了活塞壓裝過程中劃傷以及活塞壓裝歪斜不到位的風(fēng)險(xiǎn)，每班報(bào)警數(shù)降為0；減少了報(bào)警導(dǎo)致的活塞異常報(bào)廢損失，提升了變速器制造質(zhì)量和設(shè)備開通率，改進(jìn)效果十分顯著。同時(shí)，導(dǎo)套設(shè)計(jì)改進(jìn)作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)輸入到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中，為后續(xù)同類型的活塞壓裝導(dǎo)套設(shè)計(jì)提供了極好的參照經(jīng)驗(yàn)。在活塞壓裝導(dǎo)套的設(shè)計(jì)中，為避免出現(xiàn)活塞安裝的各種缺陷，應(yīng)正確設(shè)計(jì)安裝導(dǎo)向角的結(jié)構(gòu)。此外，還應(yīng)正確選擇設(shè)置活塞壓裝程序，增加相關(guān)壓裝曲線的監(jiān)控窗口等。只有在前期做好設(shè)計(jì)，充分考慮到每個(gè)細(xì)節(jié)，才能避免后續(xù)批量生產(chǎn)時(shí)問題發(fā)生。