丁永軍,范 強(qiáng)
(中國(guó)人民解放軍駐黎陽(yáng)機(jī)械公司軍事代表室,貴州平壩 561102)
某型發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪導(dǎo)向葉片是由大、小安裝板及左、右葉身片4個(gè)部件組合焊接而成的雙聯(lián)體復(fù)雜結(jié)構(gòu)葉片。安裝板及葉身片上需用電火花工藝加工上千個(gè)直徑0.5~0.7 mm的微孔,這些微孔的深徑比最高達(dá)16,且葉片材料為難加工的DZ40M,因此給微孔加工帶來(lái)了很大難度。生產(chǎn)過(guò)程中常因微孔加工質(zhì)量問(wèn)題造成整個(gè)葉片報(bào)廢,既影響了葉片交付進(jìn)度,同時(shí)也造成了巨大浪費(fèi)。該問(wèn)題一度成為制約某型發(fā)動(dòng)機(jī)正常交付的瓶頸問(wèn)題之一。
為了徹底解決電火花微孔加工質(zhì)量問(wèn)題,運(yùn)用六西格瑪原理和方法對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行分析研究。六西格瑪是一套系統(tǒng)的、集成的業(yè)務(wù)改進(jìn)方法體系,是旨在持續(xù)改進(jìn)企業(yè)業(yè)務(wù)流程、實(shí)現(xiàn)客戶滿意的管理方法。它通過(guò)對(duì)現(xiàn)有過(guò)程進(jìn)行定義(Define)、測(cè)量(Measure)、分析(Analyze)、改進(jìn)(Im prove)、控制(Control)——簡(jiǎn)稱DMAIC流程,消除過(guò)程缺陷和無(wú)價(jià)值作業(yè),從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本、縮短生產(chǎn)周期,最終使顧客完全滿意[1]。
電火花加工的微孔出現(xiàn)不合格,主要有孔徑不合格、孔不通及重熔層超標(biāo)等幾種表現(xiàn)形式。通過(guò)對(duì)微孔加工中出現(xiàn)的不合格數(shù)據(jù)用排列圖(圖1)進(jìn)行分析可知,孔徑不合格占所有不合格的73.2%;進(jìn)一步用排列圖(圖2)分析可知,第三排微孔的孔徑不合格占所有(共19排)孔徑不合格的39.1%,因此第三排微孔的孔徑為關(guān)鍵質(zhì)量特性,即第三排微孔的孔徑就是需要改善的對(duì)象(Y)。
第三排微孔(圖3)孔徑的技術(shù)要求是直徑0.5+0.10mm,測(cè)量方法是用塞規(guī)進(jìn)行檢查??讖讲缓细竦呐袚?jù)是:用塞規(guī)檢查孔徑,過(guò)端0.5mm不過(guò)或止端0.6mm不止,即為不合格(或缺陷)。
圖1 不合格種類分布排列圖
圖2 不合格孔徑位置分布排列
圖3 高導(dǎo)葉片第三排孔位置圖
流程圖是展現(xiàn)過(guò)程步驟和決策點(diǎn)順序的圖形文檔,是將一個(gè)過(guò)程的步驟用圖的形式表現(xiàn)出來(lái)的一種圖示技術(shù)。一張好的流程圖必須根據(jù)過(guò)程的實(shí)際情況進(jìn)行繪制,只有這樣的流程圖才有助于識(shí)別問(wèn)題所在和關(guān)鍵影響因素產(chǎn)生的環(huán)節(jié),才有助于對(duì)問(wèn)題進(jìn)行測(cè)量、分析和改進(jìn)。圖4是電火花微孔加工過(guò)程的流程圖。
圖4 電火花微孔加工流程圖
微孔孔徑的測(cè)量是用塞規(guī)進(jìn)行的,規(guī)格 0.5 mm的塞規(guī)能通過(guò)微孔、且規(guī)格0.6 mm的塞規(guī)不能通過(guò)微孔,即判該微孔合格,反之則不合格。因此,微孔的測(cè)量沒(méi)有實(shí)測(cè)值,只有合格或不合格,屬于離散數(shù)據(jù)。按照離散數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)分析方法,可選用專家評(píng)估法對(duì)微孔的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分析,以確定該測(cè)量系統(tǒng)是否可用。
表1是對(duì)隨機(jī)選取的39個(gè)微孔先由檢驗(yàn)員測(cè)量,再由專家進(jìn)行復(fù)核得到的測(cè)量結(jié)果。對(duì)比檢驗(yàn)員和專家的測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)結(jié)論一致。按照專家評(píng)估的計(jì)算方法可知,不合格被接收數(shù)和合格被拒收數(shù)均小于目標(biāo)值5%和10%,且正確判斷數(shù)為100%,因此認(rèn)為該測(cè)量系統(tǒng)可用。
表1 測(cè)量系統(tǒng)分析表
過(guò)程能力是評(píng)價(jià)過(guò)程滿足預(yù)期要求的能力及其表現(xiàn)的方法。只有了解了目前過(guò)程能力如何,才能有針對(duì)性地制定改進(jìn)方向和目標(biāo)。根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同,過(guò)程能力通常用過(guò)程能力指數(shù) Cp、不合格率P(d)、一次通過(guò)率FTY及流程的西格瑪水平Z值(長(zhǎng)期過(guò)程能力ZLT,短期過(guò)程能力ZST)等來(lái)衡量。
對(duì)于微孔加工過(guò)程能力的計(jì)算,統(tǒng)計(jì)了30件葉片共390個(gè)微孔的質(zhì)量數(shù)據(jù)。經(jīng)計(jì)算并查表得出該過(guò)程的長(zhǎng)期過(guò)程能力ZLT=0.57,短期過(guò)程能力Z ST=1.58。
當(dāng)前的流程能力確定以后,就需制定流程改善目標(biāo)。通常的做法是尋找流程短期最佳表現(xiàn),即短期過(guò)程能力。尋找短期過(guò)程能力的目的是為流程的改善找到量化的改進(jìn)空間。在上面的計(jì)算中已得出微孔加工的短期過(guò)程能力ZST=1.58,ZST與ZLT之間的差值用Z shift表示。Z shi ft反映了過(guò)程的控制水平,其值越大,說(shuō)明過(guò)程控制水平越差,也說(shuō)明過(guò)程改善的空間越大;Z shift值越小,說(shuō)明過(guò)程長(zhǎng)短期能力非常接近,控制水平很好,過(guò)程改善的空間也相對(duì)較小。微孔加工的過(guò)程能力表現(xiàn)用控制-技術(shù)圖表示(圖5)。
圖5 微孔加工控制-技術(shù)圖
電火花加工技術(shù)是利用電極與導(dǎo)電工件間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法。本文研究的導(dǎo)向葉片微孔孔徑不合格,其實(shí)就是孔徑的加工精度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。那么是什么原因影響了電火花加工的精度呢?主要有3個(gè)方面原因(圖6):①隨著微孔加工深度的逐漸增加,電極的損耗使電極的有效放電區(qū)域變小,從而使微孔內(nèi)部的去除量逐漸減小,因此微孔形狀帶有一定的斜度,從而影響了加工精度;②當(dāng)電極加工到小孔末端時(shí),入口處的放電間隙由于電蝕產(chǎn)物的存在而發(fā)生再次非正常放電,稱為“二次放電”,它使加工表面產(chǎn)生斜度,從而影響了加工精度;③導(dǎo)套內(nèi)徑的磨損,使導(dǎo)套與電極之間的間隙逐漸變大,從而使電極在打孔時(shí)發(fā)生偏心旋轉(zhuǎn),且偏離軸心越來(lái)越大,無(wú)形中使電極“變粗”,最終導(dǎo)致孔徑變大,影響了加工精度。
圖6 微孔加工機(jī)理分析示意圖
基于對(duì)電火花微孔加工機(jī)理的分析,初步認(rèn)為微孔孔徑的不合格跟電極和導(dǎo)套的影響有很大關(guān)系。
經(jīng)過(guò)頭腦風(fēng)暴等方法,最終用魚(yú)刺圖(圖7)列出了可能導(dǎo)致問(wèn)題產(chǎn)生的5個(gè)影響因素X,分別是:操作者 X1、導(dǎo)套規(guī)格 X2、電極廠家X3、單孔加工時(shí)間X 4、加工深度X 5。在對(duì)上述5個(gè)影響因素X進(jìn)行了一段時(shí)間的數(shù)據(jù)收集后,運(yùn)用假設(shè)檢驗(yàn)、二元邏輯回歸分析、運(yùn)行圖、散點(diǎn)圖等工具進(jìn)行分析,排除了操作者 X1、單孔加工時(shí)間 X4、加工深度 X5是關(guān)鍵影響因素的可能性,而導(dǎo)套規(guī)格X2和電極廠家X3對(duì)問(wèn)題產(chǎn)生的貢獻(xiàn)率(倍率)遠(yuǎn)高于其他3個(gè)影響因素,因此最終確定導(dǎo)套規(guī)格X2和電極廠家X3為影響問(wèn)題產(chǎn)生的關(guān)鍵X,也是下一步改善的主要方向。
圖7 微孔加工影響因素分析魚(yú)刺圖
對(duì)于微孔加工過(guò)程,改善階段的主要工作是對(duì)流程進(jìn)行完善,即在設(shè)備回零環(huán)節(jié)增設(shè)了控制點(diǎn),規(guī)定只使用內(nèi)徑為0.52~0.54mm的導(dǎo)套,而改善前并沒(méi)有對(duì)導(dǎo)套內(nèi)徑作嚴(yán)格的限制。另外,在裝夾電極環(huán)節(jié)也增加了控制點(diǎn),規(guī)定只能使用臺(tái)灣電極進(jìn)行該葉片微孔的電火花加工。對(duì)微孔加工流程進(jìn)行改善以后,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示孔徑不合格率DPMO從285 000降低到3 077,改善率達(dá)99%。,達(dá)到了提高電火花微孔加工質(zhì)量的目的。
該階段的主要工作是將改善階段的措施納入工藝,使改善措施得以固化。同時(shí)還針對(duì)孔徑不合格Y、關(guān)鍵影響因素導(dǎo)套規(guī)格X2和電極廠家 X3,編制了詳細(xì)的控制計(jì)劃,明確了測(cè)量方法、控制方法、測(cè)量頻率、控制信號(hào)及措施等內(nèi)容(表2),使改善階段的成果能繼續(xù)保持,最終使電火花微孔加工過(guò)程受控。
表2 微孔加工控制計(jì)劃
通過(guò)運(yùn)用六西格瑪方法順利解決某型發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪導(dǎo)向葉片電火花微孔加工質(zhì)量問(wèn)題,充分證明六西格瑪?shù)南冗M(jìn)性,它為我們提供了一種解決問(wèn)題的思路和方法。六西格瑪是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的管理方法和分析工具,沒(méi)有了數(shù)據(jù)作支撐,六西格瑪便成了“無(wú)米之炊”,可見(jiàn)數(shù)據(jù)對(duì)于解決質(zhì)量、管理等方面問(wèn)題的重要性。作為主管產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量方面的軍方代表,應(yīng)督促工業(yè)部門(mén)大力推進(jìn)六西格瑪在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)管理以及質(zhì)量體系等方面的全方位應(yīng)用,使企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力得以提升,最終滿足顧客的要求。
[1]馬林,何楨.六西格瑪管理(2版).北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社,2007.