QC工具在降低某車型橫拉桿連接螺母返工率的應用

雍 亮，劉 濤，王 楓

QC工具在降低某車型橫拉桿連接螺母返工率的應用

雍 亮，劉 濤，王 楓

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

某車型生產線在新車型批量投產后，頻繁出現橫拉桿連接螺母不合格問題，導致月度返工率激增。針對該問題，通過應用質量管理（QC）工具進行原因分析，調查確定了套筒找螺母失敗、鎖止孔找鎖止銷失敗是導致橫拉桿連接螺母返工的關鍵因素。按照 5W1H 原則制定對策并組織優化改善措施，使返工率由攻關前的12.53%降低至1.25%。

質量管理（QC）工具；橫拉桿連接螺母；套筒；改善返工率

長久以來汽車制造業被譽為“工業火車頭”，是我國工業體系中的重要組成部分。想要在日趨激烈的汽車市場中獲得客戶的認可并據一席之地，整車質量和生產效率就必須發揮不可替代的作用。如何持續減少新車型投產過程中生產裝配的質量問題、提高生產效率是汽車生產企業所面臨的最大挑戰。

質量控制（Quality Control, QC）于1962年被日本質量管理專家石川馨博士第一次提出[1]，在世界質量管理體系中發揮了重要的作用。近幾十年隨著質量管理方法的不斷發展，人們根據實際問題將QC管理體系應用到具體的工程項目當中。其目的是針對生產、服務或管理中出現的失敗或不滿意問題進行質量改進，或用新的思維方式開發新的產品、服務和項目，以應對現有的技術、流程、技能和方法無法滿足的實際需求[2]。QC工具在流程改善特別是QC活動中取得了巨大成功，已經發展成為發現問題、解決問題、作出決策及改善流程的通用語言[3-4]。

本文針對某汽車企業生產過程中，下線返修車輛存在的返工率高問題，通過運用QC工具的分析方法對該問題進行系統性的分析，尋找出要因并針對性地進行改善，有效地降低了該工位的返工率[5]。

1 研究背景

1.1 課題選擇

某新車型批量投產后，根據返修工段月度缺陷顯示，橫拉桿連接螺母返工月總計不合格數為2 458臺，占總缺陷數的39.02%，缺陷排名第一，如表1所示。結合生產現場底盤模塊工段反饋此車型橫拉桿連接螺母周不合格數量均在600以上，周平均不合格率高達12.53%。此問題嚴重影響了公司現行的生產計劃，若無法及時將返工率降低到一定標準，將會使得車輛生產周期在原基礎上進一步拉長，無法按時按量和其他零件進行配套裝配工作，成為生產環節中的瓶頸問題，最終將會導致新車交付延遲并影響企業效益。因此，選定“降低某車型橫拉桿連接螺母返工率”為本次攻關課題。

表1 返修工段返工缺陷調查表

1.2 現狀調查

橫拉桿連接螺母是固定轉向機構橫拉桿與輪轂支架的關鍵所在。若車輛使用過程中出現松脫，將影響車輛轉向功能，存在安全隱患。針對上述問題，技術人員通過缺陷車輛數據的整理繪制成如表2所示的排列表。從表中能夠發現，造成橫拉桿連接螺母返工最主要的缺陷為套筒找螺母失敗和鎖止孔找鎖止銷失敗，累計占總缺陷的比例為89.41%，為主要因素。因此，將降低橫拉桿連接螺母返工率的主攻方向確定為降低套筒找螺母失敗和鎖止孔找鎖止銷失敗的發生率。

表2 返修工段橫拉桿連接螺母返工缺陷模式調查表

1.3 目標設定

與本車型橫拉桿螺母周平均返工率對比，某同類車型周平均返工率僅為2.10%，故計劃將本次車型橫拉桿螺母周平均返工率下降至同類車型水準2.10%。從上文中可知，只要套筒找螺母失敗、鎖止孔找鎖止銷失敗等問題被解決，橫拉桿連接螺母不合格率將會下降89.41%。經統計，目前橫拉桿連接螺母不合格率為12.53%，若完全解決套筒找螺母失敗、鎖止孔找鎖止銷失敗的問題，橫拉桿連接螺母不合格率將降低到12.53%-12.53%× 89.41% =1.33%，小于目標計劃的2.10%。

2 原因分析與要因確認

2.1 原因分析

從圖1(a)可以看到，橫拉桿連接螺母打緊零件由轉向機構橫拉桿、球頭螺柱、輪轂連接孔、固定螺母組成。設備由氣缸、連桿、壓塊、高精度槍組成，如圖1(b)所示。為進一步分析橫拉桿連接螺母套筒找螺母失敗、鎖止孔找鎖止銷失敗的原因，QC小組成員對橫拉桿連接螺母打緊過程進行了原理分析。根據運作原理分析，可以鎖定套筒找螺母失敗出現在高精槍上升套筒找螺母的環節中，如圖2(a)所示，鎖止孔找鎖止銷失敗出現在螺柱鎖止孔找止位銷，如圖2(b)所示。

圖1 橫拉桿連接螺母

圖2 失敗原因分析示意圖

小組成員運用頭腦風暴法分析套筒找螺母失敗、鎖止找鎖止銷失敗的原因，并繪制關聯圖，確定了8個末端要素，如圖3所示。

圖3 找螺母失敗及鎖止銷失敗原因分析關聯圖

通過關聯圖的梳理，基本明確8個末端要素，分別是：

（1）懸掛連接孔三坐標尺寸偏差；

（2）懸掛總成件安裝定位孔偏位；

（3）鎖止孔與鎖止銷達不到鎖止力矩；

（4）套筒機構上升對準度偏差；

（5）套筒與鎖止銷找帽度超差；

（6）鎖止銷導向頭選用不合理；

（7）氣缸壓力設置不合理；

（8）壓塊未全部壓到球頭蓋帽凸臺面。

并繪制最初要因確認表，如表3所示。

表3 初始要因確認圖

注：PDM：產品數據管理（Product Data Management）。

2.2 要因確認

1.懸掛連接孔三坐標尺寸偏差

隨機抽樣懸掛連接支架進行三坐標測量（班次10%），并統計公差帶±0.2 mm的分布頻率。通過統計可以看出，三坐標尺寸測量值波動未超出允許范圍，分布中心和散差均在要求范圍內，過程能力適當，故為非要因。

2.懸掛總成件安裝定位孔偏位

懸掛總成件安裝定位孔偏位將通過重新標定的驗證方式，驗證檢具套順暢套入底盤前托板小車的MP35、MP36定位銷。查閱歷史標定記錄，以及檢驗標定MP35、MP36左右裝配定位銷點，全部合格，故為非要因。

3.鎖止孔與鎖止銷達不到鎖止力矩

鎖止孔與鎖止銷達不到鎖止力矩會導致螺母跟轉現象。將扭矩監控窗口的扭矩設定值41 Nm～91 Nm作為鎖止力矩的驗證依據。模擬測試螺栓鎖止孔與鎖止銷的鎖止力，手動擰緊10件橫拉桿球頭機構進行測試。經過上限91 Nm扭矩模擬擰緊試驗，均未發現螺母跟轉現象，說明鎖止力矩滿足要求，故為非要因。

4.套筒機構上升對準度偏差

為檢測套筒機構上升對準偏差，封樣件測試被用于驗證高精度槍套筒是否順暢套入螺母。使用測試合格的封樣件懸掛總成、轉向橫拉桿機構及新壓塊進行對準測試。高精度槍經20次上升測試，套筒均能套入螺母，故為非要因。

5.套筒與鎖止銷認帽度偏差

根據套筒與鎖止銷認帽度偏差驗證依據，套筒認帽度應為0.2 mm～2 mm。QC小組成員使用游標卡尺測量計算套筒認帽度活動量，周向選取8個測量點。認帽度都在范圍，發現8個測量點均在套筒認帽度范圍內，故為非要因。

6.鎖止銷導向頭選用不合理

通過缺陷車分析，造成相當比例缺陷問題的原因是鎖止銷未能插入轉向機構的所鎖止孔，使得螺母空轉。進一步分析，發現無法進入鎖止孔的原因是鎖止銷導向頭的內切圓較大（實測5 mm），與對手件尺寸相似，使得其不易進入。

為了測試分析是否正確，小組選用較小導向頭試驗進行對比驗證。在鎖止銷未進入鎖止孔的缺陷車上，將現使用的六邊鎖止銷替換六齒花型鎖止銷進行對比驗證，試驗結果表明，缺陷車換上六齒花型鎖止銷全部合格。套筒轉動帶動螺柱鎖止孔找鎖止銷，如圖4所示，6邊型鎖止銷導向內切圓直徑為5 mm，6齒花型鎖止銷導向內切圓直徑為4 mm，因6齒花型鎖止銷導向內切圓更小，螺柱鎖止孔在旋轉找鎖止銷時，6齒花型鎖止銷更容易進入鎖止孔。對比驗證后導向內切圓小的鎖止銷更容易進入鎖止孔，故為要因。

7.氣缸壓力設置不合理

判定氣缸壓力設置是否合理，需要將實際壓力與標準壓力對比，并驗證是否符合PDM圖紙要求。經計算得知，實際氣缸壓力符合PDM要求，連續三天所測氣壓均在標準氣壓范圍內，故為非要因。

8.壓塊未全部壓到球頭蓋帽凸臺面

為判斷壓塊是否全部壓到球頭蓋帽凸臺面，需要對比驗證是否符合PDM圖紙要求。觀察缺陷車，發現蓋帽角度偏位，壓塊未完全壓住蓋帽凸臺面且有磨損，套筒未套入螺母。查看球頭機構圖紙，計算得知蓋帽可單邊轉動20.5°，凸臺面積283.4 mm2。小組成員利用內部有限資源進行試驗，當蓋帽角度變化時與壓塊所壓面積進行變量關聯試驗。從圖5可以看出，蓋帽角度越大壓塊所壓凸臺面積越小，呈現負相關關系，套筒難以套入螺母，反之套筒容易套入螺母，故為要因。

圖5 蓋帽角度與凸臺面積分布圖

3 制定對策

針對上述兩條要因，分別按照5W1H（即原因（Why）、對象（What）、地點（Where）、時間（When）、人員（Who）、方式（How））方法制定相應策略，并列舉改進每條問題的目標和應對措施，如表4所示。

4 對策實施

4.1 選用合理的鎖止銷導向頭

在對比驗證中已知鎖止導向頭內切圓（4± 0.1）mm，更容易進入螺柱鎖止孔。又因為鎖止孔為六邊型結構，因此，鎖止銷的選取條件為（1）邊數為6或者6的倍數的鎖止銷；（2）導向內切圓直徑為（4±0.1）mm。

小組成員尋找可用的同類型的鎖止銷，共發現如圖6所示的3種鎖止銷。

圖6 鎖止銷實物圖

基于鎖止銷導向內切圓直徑和成本因素考慮，如表5所示，選用6齒花型227-40GTX和12齒花型225-6M鎖止銷進行試驗，對比驗證結果如表6所示。

表5 鎖止銷對比評估表

表6 6齒花型與和12齒花型鎖止銷試驗結果對比

6齒花型鎖止銷與12齒花型鎖止銷都能進入鎖止孔。由于12齒花型鎖止銷有明顯磨損痕跡，而6齒花型鎖止銷無明顯磨損，滿足工藝要求。因此，選用6齒花型鎖止銷對策目標達成。

4.2 改善壓塊覆蓋球頭蓋帽凸臺面

氣缸旋轉過程中壓塊碰擦橫拉桿球頭表面，造成壓塊嚴重磨損，且壓塊圓柱體結構的底座圓形面難以適應球頭蓋帽角度的變化。因此，需要對現有壓緊裝置進行改進，改進方向如表7所示。

表7 球頭蓋帽壓緊裝置改進方向

90°旋轉氣缸運動軌跡造成壓塊碰擦球頭連桿機構，壓塊嚴重磨損且變形。項目成員展開頭腦風暴，想到90°旋轉氣缸運動軌跡猶如關閉推拉門時旋轉90°，極易碰觸障礙物，卷簾門垂直上下運動則不會碰觸障礙物，根據這一原理可以采用垂直式下壓氣缸，如圖7所示。

圖7 改進前后氣缸示意圖

原壓塊為尼龍材質，球頭機構為鑄鐵金屬材質，磨損嚴重。根據金剛石切割玻璃原理，選取硬度接近球頭機構的壓塊材質，既不會損傷球頭機構零件，又降低了壓塊磨損量。根據材質分析表評估，選取銅質材料最佳。

壓塊為圓柱體結構，接觸面為圓形平面，難以適應球頭蓋帽角度變化。QC小組成員展開頭腦風暴，以戴帽子的方式實現全包式無死角壓住蓋帽，如圖8所示。

圖8 壓塊結構示意圖

小組自行完成壓塊型面仿形設計環節，并交由供應商完成試樣生產。試樣經2 500臺試驗后套筒順暢進入螺母，但發現金屬壓塊內壁磨損嚴重。經小組分析，壓塊為剛性連接在氣缸連桿上，壓塊向下運動，垂直硬著陸壓在蓋帽凸臺上，蓋帽左右自調整，使得壓塊全包式壓住蓋帽凸臺。但由于凸臺調整過程中與金屬壓塊硬磨擦，導致金屬壓塊內壁出現嚴重的磨損。針對此問題，小組內部進行頭腦風暴以及仿真測試后得出結論，萬向節套筒可以實現壓塊的自適應調整姿態，優化方案如圖9所示。下壓過程如圖10所示，壓塊可在一定角度內實現自適應調整并完全壓住蓋帽凸臺。

圖9 壓塊改進示意圖

圖10 優化后的壓塊下壓過程示意圖

安裝優化后的壓塊得到新的球頭蓋帽壓緊裝置，實現壓塊左右自調整及全覆蓋壓住球頭蓋帽凸臺面，如圖11所示。經2 500臺（蓋帽極限角度20.5°）有效試驗后套筒順暢進入螺母未發現金屬壓塊磨損。

圖11 優化后的球頭蓋帽壓緊裝置示意圖

5 效果檢查與鞏固措施

5.1 效果檢查

實施上述改善措施并將裝置應用于實際生產，以周為單位，統計某月的橫拉桿連接螺母返工率統計表（表8）。返工數由改進前的2 458臺降至鞏固期的245臺，缺陷率由改進前的12.53%降至鞏固期的1.25%，完成既定目標。該車型橫拉桿扭矩不合格率與目標值比較如圖12所示。

表8 某月該車型橫拉桿扭矩周不合格率統計表

再次抽查了某月返修工段的橫拉桿連接螺母缺陷情況，返工缺陷模式的周平均返工率如表9所示。經統計，改善后套筒找螺母失敗、鎖止孔找鎖止銷失敗的缺陷數為0，已經不是造成橫拉桿連接螺母返工的主要缺陷模式。此外，改善后橫拉桿螺母不合格占擰緊數據智能管理系統主要問題總比例由39.02%降至6.57%，完成預定目標。

圖12 改善后該車型橫拉桿扭矩不合格率與目標值比較

表9 某月返修工段橫拉桿連接螺母返工缺陷調查表

5.2 鞏固措施

根據效果檢查結果，將改善結果制定成為標準化措施，確保改善效果持續應用且有效，具體如表10所示。

表10 對策措施鞏固表

6 結論

針對在生產線設備升級后某車型橫拉桿連接螺母返工率激增、頻繁出現套筒找帽失敗以及鎖止孔找鎖止銷失敗等問題，通過應用QC工具，調查確定了兩大要因：鎖止銷導向頭選用不合理、壓塊未能全覆蓋壓住球頭蓋帽凸臺面。QC小組迅速組織原因調查并制定了優化改善措施。經過效果檢查，返工率由攻關前的12.53%降低至1.25%，完成項目目標。

[1] WARNER M.管理思想全書[M].韋福祥,譯.北京:人民郵電出版社,2009.

[2] 焦文鈺,楊晨.工程項目管理中的QC小組活動策劃淺析[J].商品與質量,2020(2):53,55.

[3] 王為人.質量管理QC新七大工具[J].中國衛生質量管理,2018,25(1):131-132.

[4] 王堯,周炳海.基于QC的發動機缸體加工質量問題改善[J].精密制造與自動化,2018(2):57-59.

[5] 南車戚堰機車有限公司配件三公司精密螺栓班QC小組.降低280連桿螺栓返工率[J].中國質量,2014(2): 77-82.

The Application of QC Tools in Reducing the Rework Rate of Tie Rod Connection Nuts

YONG Liang, LIU Tao, WANG Feng

( Saic Volkswagen Automotive Company Limited, Shanghai 201805, China )

After a certain model was put into mass production, the production line frequently had the problem of unqualified tie rod connection nuts, which led to a sharp increase in the monthly rework rate. Therefore, through the application of quality control(QC)tools, adopting the brainstorming method and the simple chart method to analyze the causes, the investigation determined that the failure of the sleeve to find the nut and the failure of the lock hole to find the lock pin were the key factors causing the rework rate of tie rod connection nuts. According to the 5W1H principle, countermeasures were formulated and improvement measures were optimized to reduce the rework rate from 12.53% to 1.25%.

Quality control(QC) tools; Tie rod connection nuts; Sleeve; Improvement of the rework rate

U466

B

1671-7988(2023)03-142-08

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.03.027

雍亮（1986—），男，碩士，工程師，研究方向為汽車整車制造，E-mail:yongliang@csvw.com。