鋼結構產品試制工藝行程研究

常州鐵道高等職業技術學校 李妍

為確保新產品試制順利進行，在質量、交付期、成本等方面滿足圖紙、技術條件及合同相關要求，充分、合理的生產技術準備工作是重要前提。生產技術準備工作一般包含設計準備、工藝準備、產品試制、鑒定固化等其他準備工作，其中工藝準備工作是為實現產品設計提供制造方法和工藝裝備的一系列工作，是生產技術準備工作的主要環節，其工作量約占全部生產技術準備工作量的60%以上，本文主要結合鋼結構產品的特點介紹如何開展新產品試制工藝準備工作。

工藝準備工作主要包含5 個方面：①產品設計的工藝性審查和分析；②擬定工藝方案；③編制工藝文件、質量記錄；④工藝裝備準備；⑤人員培訓。

1 產品設計的工藝性審查和分析

產品設計的工藝性審查和分析目的是在保證產品的設計要求的前提下，從工藝角度分析和審查產品設計的結構工藝性和制造經濟性。一般與產品方案設計、施工設計同步進行，工藝師提前介入，以提高產品設計的工藝性，減少后期因工藝性問題而產生的更改，縮短試制周期并降低成本，審查的主要內容有：

材料選用是否合理和經濟；

零件的形狀結構是否符合鍛、鑄、鉚焊、沖壓、機械加工、熱處理和其他加工方式的工藝性要求，且便于加工；

產品零部件的精度等級、表面質量和公差配合選擇是否經濟合理，符合工藝性要求；

零部件和整機的測量檢查可行性；

零部件在公司現有設備上加工的可能性；

產品是否便于裝配、拆卸、調整、維護和吊運，并符合安全、環保要求。

2 擬定工藝方案

2.1 編制工藝流程圖

根據前期的圖樣審查及工藝分析確定產品試制工藝路線，編制產品試制工藝流程圖（PFD）。

2.2 進行過程失效模式及后果分析（PFMEA）

該工作主要是用來分析和識別工藝生產或產品制造過程中可能出現的失效模式，以及這些失效模式發生后對產品質量的影響，從而針對性地制定控制措施，降低風險。

鋼結構產品的工藝流程從大的方面講主要包含落料、成型、加工、組焊以及二次加工，具體的還包含裝配及焊接步驟、順序，PFMEA 分析通常是由制造團隊針對工藝流程中的每個步驟進行的系統分析，主要包含以下9 個步驟。

（1）列出流程步驟、工作內容及功能要求；

（2）識別可能的失效錯誤、缺陷等；

（3）描述每個失效的可能影響（嚴重程度）；

（4）識別潛在的失效原因；

（5）識別目前所采取的預防控制措施，分析潛在的發生率；

（6）識別目前的檢測方法，評估失效發生時的可檢測率；

（7）計算并確定風險優先順序，從嚴重程度（S）、發生率(O)、探測率 (D)3 個方面分別給出1～10 分的評分，三者相乘即RPN=S×O×D(預防或檢測出不良事件的能力)；

（8）根據風險分析重點從降低失效發生率或改進檢測方法提高失效發生時的可檢測率，制定改進措施；

（9）針對制定的改進措施再次評估結果。

3 編制工藝文件、質量記錄

鋼結構工藝文件主要包含：編制產品工藝行程表、組焊工藝文件、下料及成型工序卡片、EN15085 焊接質量管理體系貫標所要求的焊接WPS 等文件、質量檢查記錄等。

3.1 編制產品工藝行程表

產品工藝行程表主要是針對零部件的制作，內容通常包含：產品的圖號、產品名稱、材料規格、工藝過程。具體如表1 所示。

（1）材料規格包括材質、尺寸規格、重量，需要對零部件進行展開，明確下料尺寸或下料卡片，標明重量明確工藝定額。

（2）工藝過程，主要明確零部件制作內部分工及產品流轉順序，同時明確落料方式（閘剪、數割、激光等）、成型內容（折彎、機加工內容、鉆孔攻絲等）以及最后流轉到組焊班組。

表1 產品工藝行程卡

3.2 編制下料及成型工序卡片

首先要對產品圖紙進行工藝分析，分析時除了對單獨零件進行展開放樣外，還要充分考慮后工序加工及組焊要求，預留出合理的機加工余量和焊接收縮余量，然后繪制展開圖，明確下料方式，編制下料卡片，最后按照相同材質、厚度、下料方式的零部件進行統一排版，提高材料利用率。在編制下料卡片時還要考慮本單位各種下料方式的生產能力，零件的下料有數割、激光、閘剪等方式，在滿足產品技術要求的情況下應盡量使各種下料方式負荷均衡，消除生產瓶頸，提高生產效率。成型工序一般包含折彎、壓型、卷圓、機加工等工序。

3.3 編制組焊工藝文件

組焊工藝文件可以是工藝規程、作業指導書、作業要領書等多種形式，一般來講結構復雜、工序較多的產品需要編制工藝規程，按照工藝流程圖的每個工序詳細描述產品裝配、焊接、探傷、加工、檢查等作業過程及質量控制措施；而對于具體的工序或相對簡單的零部件一般編制作業指導書或作業要領書，根據需要進行圖文結合，更加直觀明了地指導現場作業。

3.4 EN15085 焊接質量管理體系貫標工作

針對企業EN15085 焊接質量管理體系貫標要求，在新產品試制工藝準備時還需完成以下主要工作。

（1）編制焊接工程圖，對焊縫進行編號及標注；

（2）編制焊接接頭清單及檢驗計劃，內容包含焊縫編號、零部件名稱及圖號、焊接位置描述、接頭類型、焊縫符號、空間位置、焊縫等級、檢測方法、WPS 編號、焊接方法、填充材料、保護氣體、母材等；

（3）針對每條焊縫編制焊接WPS，明確電流、電壓、氣體流量等焊接工藝參數，當然，編制焊接WPS 的依據必須是企業有覆蓋其材料組別、板材厚度、接頭類型、焊接方法的焊接工藝評定報告（WPQR），如果原有的WPQR 不能覆蓋，必須先按照標準要求做工藝評定試驗；

（4）焊接工作試件，焊接工作試件的目的主要有：檢驗焊接結構、驗證特殊焊接工藝、檢驗焊接質量、檢驗焊工水平（如關鍵焊縫焊工、新焊工上崗或焊工轉崗等）。

4 編制檢查記錄

根據產品技術要求，編制質量檢驗計劃及質量檢查記錄，明確各階段質量檢查項點、檢查方法、計量器具，包括各階段尺寸公差控制、焊接外觀檢查、焊縫無損檢測、可追溯性等記錄。質量記錄的編制依據主要是工藝文件，鋼結構產品由于存在焊接收縮變形，在零部件制作及大部件組焊時都要考慮工藝余量，因此在編質量檢查記錄時要按照工藝文件確定的各階段控制公差進行編制，而產品焊接完之后的最終檢查須符合圖紙要求。

5 工藝裝備準備

鋼結構產品生產所需的工藝裝備主要有通用類和個性類兩種，通用類的工藝裝備包含廠房基礎設施、起重設備、電焊機、下料成型機加工通用設備等。個性類的工藝裝備主要有折彎或壓型模具、機加工刀具、定位或檢測樣板、裝配及焊接胎膜，對于個性類的工藝裝備需要工藝人員結合具體每個零部件進行分析確認。

6 人員培訓

在完成上述相關工藝準備工作后需要對參與產品試制的相關人員進行培訓，包含管理人員和操作人員，對管理人員主要培訓內容是總體工藝方案、工藝流程與以往產品的差異性以及針對產品試制所涉及的主要風險和應對措施等，主要目的是便于后續試制生產的組織以及重點工作的提醒，如涉及工藝裝備新增、工裝管理人員要及時介入跟進等。對操作人員的培訓重點是圖紙技術交底，工藝的難點、要點交底，同時還要對作業人員的資質進行確認，尤其是電焊工要確認已取得相應焊縫焊接證書，并按照焊接工作試件工作計劃焊接工作試件進行驗證。

做好以上工藝準備工作是確保產品試制工作順利進行的重要前提，要真正完成產品試制還需要在試制過程中進行跟蹤驗證，同時對試制工作進行總結、完善運用于批量化生產。