動力總成制造壓裝工藝質量控制應用

姜松伶 盧從堅 經偉明 陳鑫 唐彬

柳州賽克科技發展有限公司 廣西柳州市 545000

1 引言

在汽車動力總成的裝配過程中，存在諸多零件需要通過過盈配合進行裝配，并且裝配的壓裝動力較大，現有氣缸無法滿足壓裝力要求。故工廠會在裝配線壓裝工位布置壓裝壓機（液壓缸或者伺服壓缸）及一個對應的壓頭，由壓裝壓機提供壓裝動力。如何精益有效合理設定壓機參數，是壓裝工藝設計需重點考慮的課題。下文以筆者所在動力總成工廠參數為例，列舉設備同軸度、垂直度的確認方法，壓裝力/行程的標定、設置及優化。

2 生產啟動前期準備

2.1 設備同軸度、垂直度狀態確認

同軸度就是定位公差，理論正確位置即為基準軸線。簡單理解就是：零件與壓頭在同一豎直方向上的兩根軸線，它們之間存在多大程度的偏離，兩軸的偏離通常是三種情況(基準軸線為理想的直線)的綜合——被測軸線彎曲、被測軸線傾斜（垂直度）和被測軸線偏移。

裝配現場通常使用百分表或者便攜式三坐標對壓頭同軸度進行測量。①百分表：安裝好百分表、表座、表架，對百分表進行調節，使測頭接觸工件的被測外表面，并達到1～2圈的壓縮量。均勻并緩慢地轉動工件一周，觀察百分表指針的波動范圍，取最大讀數Mmax與最小讀數Mmin的差值的一半，作為該截面的同軸度誤差。轉動被測零件，按上述方法測量四個不同截面（截面A、B、C、D），取各截面測得的最大讀數Mmax與最小讀數Mmin差值之半中的最大值（絕對值）作為該零件的同軸度誤差。②便攜式三坐標：在被測元素和基準元素上測量多個橫截面的圓，再將這些圓的圓心構造出一條3D直線，作為公共軸線，每個圓的直徑可以不一致，然后分別計算基準圓柱和被測圓柱對公共軸線的同軸度，取其最大值作為該零件的同軸度。這條公共軸線近似于一個模擬心軸，因此這種方法接近零件的實際裝配過程。目前筆者所在動力總成工廠已廣泛使用方法②，即便攜式三坐標測量設備同軸度。

2.2 壓裝力標定與設置

不同壓機的壓裝力范圍，由PE計算相應零件的過盈量輸入。在設定壓機壓裝力范圍前，需先對壓機壓力進行標定，以此衡量壓裝力范圍的有效性。以動力總成工廠軸承外圈壓裝工位為例。

壓力標定流程：

①將壓力傳感器平穩擺放于待標定壓頭的下方（可將傳感器放置于底座、工件或工裝上），傳感器受力面盡可能與壓頭對中，位置調整后將壓力顯示儀校零。

②點動操作電缸下行（空行程可快速點動，壓頭靠近壓力傳感器后務必將點動速度放慢，以免壓機瞬間過載損壞）。

③選取5個或以上適宜的壓力值（應涵蓋工藝要求的最大壓力）記錄好設備示值與傳感器示值，同一組數據的差異值不得超過壓機最大壓力的1%，見下表1。

表1 壓力標定示例

2.3 壓裝行程標定與設置

不同壓機的壓裝行程，由PE計算相應零件的尺寸鏈輸入。在設定壓機行程范圍前，需對壓機行程進行標定，以此衡量壓裝深度范圍的有效性。以動力總成工廠軸承外圈壓裝工位為例。

行程標定流程：

①壓頭處于原點時，使用便攜式三坐標測量儀在壓頭上采集一個平面作為基準面（基準面應易采點且與電缸硬連接）。

②點動操作壓頭至目標行程（一般參考工藝要求最大行程），再次用便攜CMM測量同一個平面，并求取該平面與原點基準面的高度差，記錄對應數據。

③電缸的行程計量分辨率為0.01mm，同一組數據的最大偏差應小于0.03mm，見表2。

表2 行程標定示例

2.4 壓裝監控窗口設置

在壓裝力與壓裝行程標定并設置完成后，需要對壓裝過程設置監控窗口，用以評判壓裝狀態是否符合要求。壓力-位移曲線控制下限和控制上限通常是根據極限樣件的實際壓裝過程的壓力-位移曲線設置而成，控制下限極限樣件的過盈量和配合面粗糙度均按最小值為目標進行制造，控制上限極限樣件的過盈量和配合面粗糙度均按最大值為目標進行制造，為了避免制造誤差的影響，控制下限極限樣件和控制上限極限樣件的數量一般為各 20～30套。將所有控制下限極限樣件的實際壓力-位移曲線取平均值作為最終的控制下限曲線，將所有控制上限極限樣件的實際壓力-位移曲線取平均值作為最終的控制上限曲線。

3 生產運行過程

3.1 設備壓頭同軸度、垂度檢測確認

在生產過程中，需要定期對壓裝設備進行維護保養，其主要內容包括：清潔、檢查、緊固、潤滑、校準（調整）。最重要的是要保證設備壓頭的同軸度、垂度在標準范圍內。一般使用前文提及的百分表測量法進行測量。

圖1 壓裝力參數示例

3.2 壓裝力/行程優化

設備的壓裝參數不是永恒不變的，而是在生產中收集數據，進行分析并優化。壓裝力/行程的優化，有助于確保零件壓裝到底，同時不會對零件造成損傷；能夠更好地識別出壓裝尺寸超標零件。

壓裝力/行程優化的條件：①有較多的產品生產數據，②大數據涵蓋較長時間段產品，③大數據與設定值的裕度過大或過小。

壓裝力優化方法：

①產品大數據行程數值分析讀取F3值

②找出大數據F3最大值F3m

③比較F3m、F3max、F4

④當F3m/F3max＞1.1或F4/F3m＜1.2時，優化F4=1.3*F3m

壓裝行程優化方法：

①產品大數據行程數值分析讀取

±4σ區間值，均值：X，中值：M

②計算確認壓裝零件尺寸鏈

C=Mc±&

③初步優化行程，按：

S=M±&

④當±4σ區間大于±&范圍時，調整：

S=M±&（1+10%）

圖2 壓裝行程數據收集示例

4 生產過程壓裝監控實例

4.1 壓裝力監控

某動力總成工廠壓裝深溝球軸承時，設備出現壓裝冠輪初始壓裝力超上差，表現為：設備行程已達到設定范圍299.5～301.5mm內，實際為300.7mm，冠輪初始壓裝力標準0～8KN，實際壓裝力8.75KN。問題攻關團隊基于設備壓裝報警曲線（圖5）分析可疑原因：

（1）冠輪未水平放置到取料夾爪內，導致壓裝時冠輪偏壓；（2）壓裝設備變化：同軸度超差；（3）零件尺寸超差：冠輪內徑、差速器外徑、冠輪倒角等。

跟蹤壓裝工位員工放料狀態，操作符合標準化要求，檢查冠輪安裝后的狀態，未發現冠輪存在歪斜情況，壓裝仍出現報警，排除冠輪未水平放置因素。

維修人員檢測設備同軸度，在合格范圍內，且數值較前幾個月更小，排除設備變異因素。

送檢故障件及正常件冠輪、差速器，測量相關尺寸。檢測報告顯示：故障件與正常件冠輪的內徑無差異，故障件倒角處無過渡圓弧，壓裝過程中冠輪與差速器剛開始接觸時，壓力出現陡升，與故障報警模式對應，判定為主要原因。反饋供應商整改倒角位置尺寸，物料斷點后，問題未再出現，見圖3。

圖3 壓裝報警示例1——壓裝力報警

4.2 壓裝行程監控

某動力總成工廠壓裝軸瓦時，設備出現壓裝力報警面板顯示壓裝行程達到設定上限值時，壓裝力超下差，實測13.7KN，標準15-17KN。問題攻關團隊基于設備壓裝報警分析可疑因素：1.零件尺寸超差，如軸瓦外徑超下差、輪軸內徑超上差等；2.壓裝設備變化，壓頭/底座磨損等。

查詢該工位的歷史壓裝數據，發現問題發生前，壓裝行程已經接近上極限。送檢故障件軸瓦及輪軸測量相關尺寸，尺寸均在合格范圍內且未偏向極限，且零件使用多家供應商不同批次，壓裝行程均接近上極限，排除零件尺寸異常。

維修人員排查設備壓頭及底座，設備壓頭無異常，輪軸支撐底座存在磨損。更換輪軸支撐底座后，設備壓裝行程有所下降，措施有效。同時，從更換輪軸支撐底座前后壓裝數據可以看出：壓裝行程整體仍接近上公差限，公差上下限有待優化，見圖4。

圖4 壓裝報警示例2——支撐底座更換前后行程對比

5 結語

本文列舉了壓裝工藝的前期準備工作，并結合實際生產過程，進行壓裝參數優化示例。在數據樣本足夠多的前提下，對壓裝監控窗口進行修正/優化。同時，在不斷收集數據優化監控范圍的過程中，我們也通過監控窗口識別出了一些問題：如零件尺寸超差、設備變異以及人為操作影響等。我們可以通過監控曲線快速識別出需要確認的方向：壓裝力報警與過盈量相關，可優先確認影響過盈量的因素；行程報警與壓裝位置有關，可優先確認設備是否磨損。隨著監控的不斷優化和完善，識別故障因素所需時間也將更短，使得分析響應更為快捷、高效。僅僅依靠設備識別缺陷并不是最終目標，我們需要在零件出現變異的第一時間，將其遏制，并反饋整改，避免出現批量問題。真正做到：使壓機在完成壓裝工作的同時，還能夠識別出異常狀態的零件，并作出相應的提前預防，使制造過程的管理水平不斷推向新的高度。