彈簧制動氣室端蓋表面處理的質量改進

李維勇 賈年紅 林開顏

瑞立集團瑞安汽車零部件有限公司 浙江省溫州市 325200

1 研究背景

我公司彈簧制動氣室產品主要應用于公交車及商用車的制動系統，我公司彈簧制動氣室產品的市場占有率為世界領先。彈簧制動氣室端蓋零部件表面處理采用的是噴塑工藝。端蓋在表面噴塑后，涂層表面產生有顆粒狀的外觀缺陷，該產品在每月不良品記錄中，這類缺陷達到不良品總量的85.68%，且很長時間沒有得到徹底解決。導致彈簧制動氣室端蓋零件在磷化處理后，在噴塑前還要經過人工機械擦拭等輔助手段才能確保產品外觀質量。由此造成了增加在線的擦拭產品的人員最少在3名以上，效率較低，且還不能100%確保產品外觀無顆粒的質問題量。為此，質量部門成立了質量攻關小組，對缺陷產生原因進行了深入分析：

經分析發現，造成外觀質量缺陷的主要原因是噴塑前的前處理鋅系磷化工序存在問題，特別是磷化液的選配和使用不當所造成磷化膜表面有未完全清洗掉的磷化渣顆粒。

磷化工藝是鐵件類零件在噴塑、噴漆、電泳等表面涂裝前的重要前處理工序。該產品磷化膜的用途主要是作為增強涂裝膜層與工件間結合力，提高涂裝后工件表面涂層的耐蝕性，磷化膜還需要具有一定的防腐性。彈簧缸端蓋在磷化后噴涂前，需要將兩個螺紋進行遮避不噴涂，最終噴涂烘烤完成后下件時，在螺紋處采用涂防銹油的方式進行防腐，因此，該產品對磷化膜的防腐性也有一定的要求。考慮到產品的具體要求及經濟性，錳系磷化效率太低磷化渣多，鐵系磷化膜、鋯系及硅烷類轉化膜裸膜的防銹能力差，因此，對于我公司產品仍需要采用鋅系磷化來處理。為確保產品質量，提升生產效率，技術中心成立了以工程研發部門牽頭的課題研究小組，對彈簧制動氣室端蓋磷化工藝展開研究攻關，在鋅系磷化體系的的基礎上，解決鋅系磷化的無渣化或少渣化。

2 項目目標：解決彈簧制動氣室端蓋鋅系磷化液不匹配帶來的各類缺陷

2.1 研發內容

2.1.1 磷化槽液分析

（a）從以上圖片可以發現，涂裝生產線上使用的市售鋅系磷化液在產品磷化后產生很多的磷化渣，且磷化渣具有很強粘性，在噴淋管、噴淋棚內壁等部位均有很厚結塊的磷化渣，在1個星期左右磷化棚體內磷化渣就得積累很多、很厚。

（b）磷化槽里渣多，雖然槽液（清洗槽）每天更換，噴嘴安排每天清理，但該磷化渣很粘，很難清理，導致磷化膜表面上的磷化渣水洗不能徹底清洗干凈，磷化膜經烘烤干水份后，渣就粘在工件表面，很難擦拭不到位，最終會導致顆粒狀物附著在彈簧缸端蓋表面，噴塑后的產品就出現了大量的表面顆粒不良品。

（c）與原磷化液供應廠家溝通，廠家也安排相關技術人員到現場，通過控制調整槽液參數，每班做一次槽液維護，每班化驗兩次等手段，磷化液采用自動添加方式，在線跟蹤了一個月，仍沒有解決此問題，磷化槽中磷化渣還是很多，磷化膜表面磷化渣也清洗不凈，說明是磷化液本身不太適應該線的生產要求。

（d）最終研究發現：該磷化液需在40-50℃條件下使用，酸度低（游離酸在0.8-1.0，總酸度在20-25），如使用在常溫條件下來做磷化，酸度過低磷化膜不能完成成膜，產品易泛黃，上膜不佳，而要保證磷化質量，只有將游離酸提高（1.8-2.5之間，總酸度提高到30-35），但酸度越高，產生的磷化渣就越多，消耗磷化液也就多，最終導致磷化膜表面不良且運行成本高。

2.1.2 解決措施

在真因明確了以后，決定對涂裝生產線磷化液提出改進。因市面上找不到恰好適合我司產品的常溫鋅系磷化液，故研究后決定，對此種常溫鋅系磷化液自己研究開發，參照中溫磷化液配方，研制適合我司產品的常溫磷化液配方，替代現行的常溫磷化液。

2.1.3 研制過程

在原中溫磷化配方的基礎上，進行配方優化改進，增減各種藥品的配比數量，增減硝酸鎳。經幾個月的反復實驗，終于摸索出適合我公司生產線的常溫磷化液的配方和磷化工藝參數：配槽總酸度45點，游離酸2.2點，溫度為常溫，磷化時間5分鐘。

磷化后的產品磷化膜為灰色，外觀均勻；磷化膜按產品檢驗標準經硫酯銅滴定檢驗、耐蝕性檢測（中性鹽霧試驗NSS）等均為合格。

2.1.4 放大實驗

在實驗室完成常溫磷化液的配方研制，并檢驗合格后，將采用該配方配制的磷化液放在手動磷化線上進一步放大實驗驗證：

（a）自制磷化液的配制：利用攪拌罐（1噸容積），將硝酸鋅、馬日夫鹽、硝酸鎳等藥品進行稱取所需的數量，再依序加入進行攪拌溶解、熟化，得到磷化液濃縮液。

（b）促進劑的配制：亞硝酸鈉按50%的比例進行配制。

（c）按5%的比例進行開槽，連續生產使用了15天，得到的產品磷化膜均勻，結晶細致，無灰和顆粒吸附，且槽液參數易于控制，總酸度保持在29-45點，游離酸0.9-1.5點。

（d）組織評價：組織公司相關技術、工程、質量、生產人員對磷化及噴塑的產品的進行評價（評價磷化膜外觀、涂層附著力、耐蝕性等），對試產半個月的情況進行總結，大家一致同意繼續做批量性的放大試驗。

2.1.5 批量試生產驗證

自配的常溫磷化液在手動磷化線上的放大實驗完全合格后，組織了在噴塑生產線的批量生產確認驗證。驗證是在正常生產的噴塑線前處理磷化槽里完成，目的是驗證自制鋅系常溫磷化液在正常生產線的應用是否穩定，槽液磷化渣是否得到有效控制，磷化膜上的磷化渣是否清洗干凈，以及表面最終處理（噴塑等）后的產品外觀表面是否真正得到改善，以及螺紋處涂油的磷化膜鹽霧性能是否得到滿足等。驗證周期為半個月，嚴格按自配磷化液的工藝要求進行生產，每天實施跟蹤檢查，并做好相關過程的質量記錄：

（1）磷化液和促進劑濃縮液的配制和添加。

（a）先加1/3體積的水，按前述已驗證好的配比方案投入所需藥品，將水加到所需液位，再開啟攪拌機攪拌，確保藥品完全溶解后，再熟化30分鐘，然后用泵打到藥品添加桶；（b）自動添加：根據工藝要求，每天加入磷化液80-100Kg，促進劑5-6kg，調整輸液管流量大小，在生產中緩慢滴入。

（2）磷化液槽液使用參數的最終確定：

最終明確的槽液控制工藝參數：游離酸：（0.6-2.2）點，最佳控制點為（1.0-1.2）點；總酸度：（18-35）點， 最佳控制點為（20-25）點；促進劑氣值點：（3-6）點，最佳控制點為（4-5）點。

（3）效果驗證：

（a）除渣機停用狀態，開線半個月，清理時槽底只有1cm左右厚度的渣；半個月倒槽清理一次，1個人只要2小時即可清理完畢，這與原來每天都要做槽液清理維護的狀況相比已得到了極大的改善；（b）磷化渣易于清洗，磷化后的零件經線上噴淋清洗后無磷化渣，取消磷化烘干后的擦拭工序，減少了至少3名擦灰操作員工，且提升了工效；（c）抽檢彈簧制動氣室端蓋磷化膜的表面質量和耐蝕性：磷化后的產品表面形成均勻、結晶細致、表面無顆粒的灰色磷化膜。

（d）抽檢彈簧制動氣室端蓋磷化膜的耐蝕性：涂油后的磷化膜鹽霧測試后96小時無生銹，滿足了產品工藝質量要求。

（e）評審總結：組織公司相關技術、工程、質量、生產人員對在自動生產線的磷化及噴塑的產品的進行評價（評價磷化膜外觀、涂層附著力、耐蝕性等），磷化膜外觀結晶細致，噴塑后的端蓋螺在裸露的磷化膜上涂上防銹油，滿足72小時中性鹽霧測試無紅銹的要求。對批量驗證的情況進行總結，對應用情況評審通過，要求在后續的應用中要繼續做好效果跟蹤。

2.1.6 固化措施

對策經全面驗證實施有效后，技術中心針對彈簧制動氣室端蓋涂裝處理的自制常溫磷化液從配方、配制方法、過程控制計劃、工藝規程、作業指導書等文件進行了編制和修訂，編制了彈簧制動氣室端蓋生產線磷化液、前處理檢測和添加記錄表單、槽液與設備維護記錄表以及噴淋壓力記錄等過程控制用表，將對策措施進行全面鞏固后指導后續生產。

3 研究成果

（1）成果一：通過對磷化液的研制，磷化前處理工藝得到了極大改善，彈簧制動氣室端蓋最終表面處理（噴塑等）后的外觀質量缺陷得到了解決，過程控制水平得到提升。從2020年9月正式投入生產應用到2021年8月，一年來的統計顯示，產品質量達到了設定的質量目標值：①滿足生產過程磷化后不需要擦灰的要求；②磷化膜滿足作前增強涂層結合力的要求，噴涂層防腐性的鹽霧要求，磷化后的螺紋處涂防銹油后達到防腐的鹽霧要求。

（2）成果二：與原外購的液相比，彈簧制動氣室端蓋生產線的自制磷化液的性能得到很大提升， 減少了擦灰操作維護人員和清理成本，減少了槽液清理和倒槽的頻次，減少了至少3名員工。

（3）成果三：磷化液的使用成本得到大幅下降，節省操作人員及倒槽次數等，可節省成本額達到70萬元/年。

4 項目總結

彈簧制動氣室端蓋噴涂后的顆粒問題，通過將常常溫鋅系磷化液的進行研發，終于攻克了各種技術難題，成功研發出符合我公司彈簧制動氣室端蓋的前處理磷化液，完成了預定目標，取得了可喜成績。彈簧制動氣室端蓋自配常溫鋅系磷化液的優點總結起來有如下幾點：

（1）濃縮液、促進劑配制和添加方便；（2）槽液使用范圍寬、質量穩定；（3）產渣少、易于清洗；（4）省人省時；（5）用量少、費用低。

同時，在彈簧制動氣室端蓋汽車零部件質量改進研發過程中，團隊成員以及生產線員工得到了充分的鍛煉和學習成長，主要有以下心得：

● 小組成員綜合能力得到提升，學會利用內部有限資源去解決問題；

● 成員團隊意識和節能降耗的思想更加成熟；

● 對彈簧制動氣室端蓋生產線磷化液的配方設計及質量改進積累了豐富的經驗；

● 通過現場的培訓指導，提高了生產員工的素質，如生產人員對缺陷的判斷，槽液維護人員進一步學會了磷化液添加及故障處理方法等，提升了項目管理人員的工作激情。