蓄壓器產品質量提升管理方法探索與實踐

/北京宇航系統工程研究所

近年來，中國運載火箭技術研究院正處于航天型號高密度研制和發射任務階段。蓄壓器作為液體增壓輸送系統的重要單機產品，對抑制箭體結構的POGO振動現象發揮著重大作用，其在研究院既有液體型號增壓輸送系統中均有應用。但由于蓄壓器產品具有設計難度大、生產工藝流程長、試驗驗證周期長等特點，已成為增壓輸送系統產品在高密度發射階段生產交付的短線。同時，由于蓄壓器產品的合格率低，檢測手段欠缺，也成為增壓輸送系統產品質量管控的薄弱環節。

在蓄壓器產品研制階段，型號隊伍根據型號的使用需求進行設計，但由于各型號蓄壓器性能指標要求和使用環境不同，以及產品狀態復雜，產品驗收試驗條件仍按各型號的要求開展相關試驗，加大了質量管控難度和產品生產周期。此外，蓄壓器的金屬膜盒由多組平板錐型金屬膜片焊接而成，但因金屬膜片沖壓成型和膜盒焊接的技術難度均較大，導致長期以來產品生產合格率較低，不僅增加了生產成本，而且制約了蓄壓器產品的生產配套能力，不能適應型號高密度發射的需要。因此，亟待探索蓄壓器產品質量提升管理方法體系，以解決產品質量管控與產品配套問題。

一、產品質量提升管理方法

為解決研究院高密度發射期間蓄壓器產品交付短線的矛盾問題，北京宇航系統工程研究所增壓輸送系統型號隊伍針對蓄壓器產品質量管控方法開展研究，根據對產品精細化管理、質量全過程控制的要求，從產品設計源頭、工藝生產過程、試驗驗證流程和產品數據包管理等方面開展探索，并形成了蓄壓器產品質量提升管理方法。

1.推進產品化設計體系建設

一是現階段運載型號蓄壓器產品種類已達10余種，而且隨著型號的不斷發展還在不斷擴展產品種類。研究所型號隊伍根據蓄壓器膜盒容積的大小，對現有產品規格和種類進行合并與優化，制定了蓄壓器產品系列型譜，其型譜代號及應用需求見表1。其中，蓄壓器產品以“蓄壓器”三個字漢語拼音的首個字母縮寫XYQ命名，代號形式為：XYQ-A-B-C-D，并將膜盒容積、膜盒能量是否可變、工作介質等關鍵參數作為特征代號的依據。

二是各型號總體力熱環境條件的梳理統一。從各型號蓄壓器產品設計狀態統計情況來看，目前造成產品差異化較大的原因主要在于總體的指標要求與力熱環境條件要求不同。為從設計源頭提高產品的質量管理能力，型號隊伍圍繞產品力熱環境條件驗收要求統一這個核心目標開展設計分析，摸索產品薄弱環節和設計余量，形成蓄壓器產品力熱環境條件梳理統一思路，如圖1所示。

·參照總體條件要求，梳理出每項產品相關條件要求，并與現有驗收條件比對；

·對改變的條件和新增的條件要求開展分析，若改變條件或新增條件不涉及本產品應用型號，則重新審視條件，向系統或總體提出反饋，并建議給出適用本產品的條件；

·對跨運載和武器應用的產品，若新條件不能包絡實際使用條件，則需要向系統或總體提出反饋，給出適用本產品的條件；

·梳理出需要滿足的條件后，查詢以往研制歷史資料（含設計分析和試驗驗證情況），通過比對進一步確定需要滿足的新條件；

·針對確定的新條件，逐一開展對改變條件的設計分析，必要時對外提出分析任務書；

表1 增壓輸送系統蓄壓器產品型譜

·設計分析的同時，提出需要試驗驗證的項目，并將其劃分為通過研制試驗驗證的條件和產品驗收試驗需要驗證的條件兩大類，其中，產品驗收試驗需要驗證的條件又可細分為產品性能試驗條件和產品典型試驗條件；

圖1 蓄壓器產品力熱環境統一技術思路

·提出試驗方案，包括設計余量摸底方案，設計多循環或大量級試驗條件，并開展產品相關試驗驗證和摸底；

·形成每種產品的力熱環境條件統一驗收要求、產品薄弱環節及設計余量。

2.改進優化產品生產工藝

蓄壓器產品生產過程較為復雜，主要難點在于膜盒組件的生產工藝過程，在膜盒組件的生產過程中，膜片的成型和膜盒組件的焊接質量及合格率是產品生產的瓶頸問題。

一是膜片成型工藝。以1L蓄壓器為例，自2008年以來共計生產30余批，累計交付45000余件產品，由于膜片表面質量差、成型波高不足等原因，一直存在合格率較低的問題，膜片產品成型的平均合格率只有50%左右。

二是膜盒焊接工藝。對于膜盒的膜片焊接，原有工藝主要存在焊接環境控制難度大的問題，容易導致焊接缺陷的產生，而且在焊接過程中穩定性較差，焊接系統自動控制能力相對較弱，所以需要在焊接過程中實時手動調節焊接軌跡。另外，內、外圓焊接過程和焊縫成型穩定性相對較差，容易出現焊縫弧坑以及焊縫不連續等缺陷。

表3中Freundlich模型的平均r2=0.957，故Freundlich模型優于Langmuir模型(平均r2=0.804)，能較好地擬合Cd在9個地區土壤中的等溫吸附數據。根據1/n值與吸附等溫線的形狀關系可知[16-17]，Cd在1號、2號、5號、6號、8號和9號土樣中的吸附強度1/n<1，屬于“L型”吸附等溫線；Cd在3號、4號和7號土樣中的吸附強度1/n>1，屬于“S型”吸附等溫線。引起吸附等溫線出現非線性的關鍵因素是土壤有機質的非均質性。

3.規范統一試驗項目、要求

結合各型號蓄壓器產品的結構特點，為保證批次驗證試驗的有效性和合理性，型號隊伍針對蓄壓器產品的試驗項目開展梳理，形成了規范統一的試驗項目和要求。

一是膜盒充放氣試驗。通過包絡各型號同種系列的蓄壓器產品膜盒充放氣壓力和動作次數使用要求，開展蓄壓器膜盒充放氣試驗和充放氣壽命試驗。

二是力、熱環境試驗。按同種系列的蓄壓器產品的環境條件(如環境高低溫、振動條件、工作壓力、工作電壓等)進行試驗，考核產品在包絡環境條件下的性能，從而形成批次產品狀態有效包絡。

三是可靠性試驗。根據蓄壓器產品的特點，產品的工作壓力和隨機振動環境對產品性能的影響較大。蓄壓器可靠性試驗分為壓力循環試驗和隨機振動試驗，其按照2個流程進行3個循環的試驗。全部產品完成第1個循環后若無失效，則可靠性達到0.999，后2個循環可作為裕度摸底試驗；若3個循環后均無失效，則可靠性達到0.9999。

四是極限能力試驗。蓄壓器產品的極限能力定義為蓄壓器膜盒組合件的動作壽命極限和爆破強度極限，其按包絡的工作壓力和環境溫度條件開展蓄壓器產品的壽命極限和爆破壓力極限試驗。

4.建立產品規范和數據包

一是制定產品規范。根據產品的特點制定各種系統蓄壓器產品的產品規范，主要內容包括規范范圍、規范性引用文件、要求、質量保證規定、交貨準備等，規定了蓄壓器產品的功能、性能、接口、使用范圍和適用環境范圍等。

二、產品質量提升管理方法實踐

型號隊伍探索的蓄壓器產品質量提升管理方法，已應用于XX型號1L/3L蓄壓器產品的質量管理過程。

1.形成蓄壓器系列化管理和統一的驗收要求

1L/3L蓄壓器產品已按產品化圖號進行設計管理，同時通過整合1L/3L蓄壓器在各型號上的使用要求和總體的力熱環境條件，形成統一的驗收條件，并針對膜盒、膜片等關鍵組件驗收要求形成驗收標準。

2.開展蓄壓器膜片成型及膜盒焊接工藝優化

一是優化膜片成型工藝。將原來的聚氨酯模具改為鋼模，由于膜片的內外徑精度均為0.1mm，所以將復合沖模改為分道次沖壓和落料成型，以保證成型質量和膜片內外徑的高精度要求。通過優化膜片尺寸測量方法來提高測量精度，以滿足零件尺寸要求。同時，建立獨立的膜片加工單元，對膜片生產進行單元式管理，并固定人員、設備。

二是針對膜盒焊接質量，從焊接環境條件控制、焊接參數優化、焊縫質量檢測和工裝設備穩定性控制等方面進行改進優化。

3.試驗項目及流程優化

結合1L/3L蓄壓器產品的使用要求，形成統一的驗收試驗和鑒定試驗項目，明確具體試驗要求，形成1L/3L蓄壓器產品制造驗收技術條件，同時編寫《1L系列蓄壓器產品試驗大綱》和《3L系列蓄壓器產品試驗大綱》，用于指導產品系列試驗驗證。

4.產品規范和數據包建立

編制“1L/3L”型系列蓄壓器產品規范，主要內容包括明確蓄壓器產品型譜狀、產品制造和試驗操作要求、產品檢驗要求、質量保證規定、產品包裝要求、使用維護要求以及產品相關文件要求等。同時，對“1L/3L”型系列蓄壓器產品設計、工藝文件、圖紙的細化操作和檢驗文件進行了固化，確定了成功數據包絡線參數，形成了信息化數據庫，實現了產品研制生產全過程可追溯的要求。

三、應用效果

自“十二五”以來，蓄壓器產品質量提升管理方法已在XX型號首飛試驗中成功應用，并在以下3個方面取得了顯著成效。

1.產品合格率提高

通過對1L/3L蓄壓器膜片沖壓及膜盒焊接工藝薄弱環節進行改進，產品的沖壓合格率由50%提升到了80%，焊接合格率由60%提升到了90%，蓄壓器產品的生產配套能力較工藝改進前提升了1.4倍，實現了本項目的預期目標。

2.質量問題顯著減少

通過實施蓄壓器產品的質量提升管理方法，產品的質量問題有明顯減少，截至目前，應用于XX型號的1L/3L蓄壓器產品在總裝測試、靶場測試和飛行試驗過程中質量管理零問題。

3.生產配套能力增強

按照目前生產單位反饋的統計數據，蓄壓器產品系列化管理和統一驗收要求得到落實，產品生產檢驗措施得到優化，膜盒產品的生產效率顯著改善，在提高產品備料、生產、檢驗和驗收等環節效率的同時，蓄壓器產品的生產配套能力提升了1.4倍。