运用六西格玛法分析圆锥滚子表面烧伤

2011-07-23邹从国梅亚莉马春磊吴双

轴承 2011年8期

邹从国，梅亚莉，马春磊，吴双

(1.万向集团公司技术中心，杭州 311215；2.洛阳轴研科技股份有限公司，河南洛阳 471039； 3.哈尔滨万向汽车部件有限公司，哈尔滨 150060)

圆锥滚子的质量好坏直接影响圆锥滚子轴承的最终质量，特别是滚子表面的烧伤，会导致圆锥滚子轴承在使用过程中早期失效，降低使用寿命[1]。

六西格玛是为了达到零缺陷和减少浪费及过程变差而在整个组织范围内进行革新的方法，有很多不同的派别，下文采用谢林DOE(Design of Experiments，试验设计)作为基于数据的分析工具，以找到变差的根本原因，其步骤可以概括为D(Definition，定义)-MA(Measure and Analyze，测量和分析)-I(Improve，改进)-C(Control，控制)[2]。

1 六西格玛分析过程

1.1 定义

1.1.1 烧伤的主要表现形式

圆锥滚子在磨削加工过程中经常出现表面烧伤问题[3]，控制不当时甚至会出现批量烧伤现象，较常见的是在滚动面上存在线状烧伤(圈状和螺旋线状)[4]。某企业生产的圆锥滚子HM218248在精磨工序的烧伤比例为35%。

1.1.2 影响烧伤的因素

产生烧伤的可能影响因素有：产品精磨加工前的直径及硬度；产品加工前是否已存在烧伤；精磨加工过程参数值设定的合理性(砂轮的硬度及粒度，修整砂轮的频率及冷却水的流量)。

1.2 测量与分析

1.2.1 加工前直径对烧伤的影响

运用DOE 之PPC(Product/Process Search，产品和过程研究)工具[2]，按规定方案对加工前产品直径进行抽样，检测是否存在烧伤。从中选取8个最好的(GOG)和8个最差的(BOB)产品。通过分析得知，加工前的直径不是产生烧伤的原因(加工前直径最小值和最大值对应的烧伤均合格，COUNT=0；根据DOE理论，如果计数和COUNT+<6，则不会产生烧伤，下同)，分析结果见表1。

表1 加工前产品直径分析(COUNT=0)

1.2.2 硬度对烧伤的影响

运用DOE之PC(Paired Comparison，成对比较)工具[2]，按规定方案对加工前产品硬度进行抽样，检测是否存在烧伤，分析结果同样确定加工前产品硬度不是产生烧伤的原因(分析数据中硬度最小值和最大值对应的烧伤均合格，COUNT=0)，分析结果见表2。

表2 加工前产品硬度分析(COUNT=0)

1.2.3 加工前烧伤对后续烧伤的影响

运用DOE 之PPC工具[2]，对100个加工前的产品进行烧伤检测，并按照利克特度量尺度[2]对烧伤长度、面积和数量进行0～5综合评级，其中0为没有烧伤，5为烧伤最大。从中选取8个最好的(GOG)和8个最差的(BOB)产品，COUNT=0，分析结果见表3。

表3 加工前产品烧伤分析(COUNT=0)

1.2.4 加工过程对烧伤的影响

运用DOE工具之MVA(Multi Vari Analysis，多变差分析)[2]分析精磨加工过程对烧伤的影响。因为烧伤是属性特性，为方便数据收集及测量，运用利克特度量尺度[2]根据烧伤的严重度按0～5进行量化，0为没有烧伤，1为轻微烧伤，5为严重烧伤，并对检验人员进行了烧伤判定培训，以确保烧伤判定的准确性。

按规定方案对现行精磨工序进行抽样，用多变差分析工具分析零件对零件的变差、时间对时间的变差、人员对人员的变差及设备对设备的变差。结果表明，零件对零件的变差最大，根据DOE理论，可以确定加工过程的参数设定不合理是造成烧伤的主要原因。分析结果见表4。

表4 多变差分析结果

2 改进措施

通过分析可知，产品精磨加工前的直径、硬度及烧伤情况均已被排除，故重点应从加工过程的参数设定进行改进。

该工序的主要过程参数为：砂轮的硬度和粒度，修整砂轮的频率及冷却水的流量。运用DOE工具之全因子(Full Factorial)进行分析并重新设定这4个参数，见表5。

表5 磨加工参数设定对照表

按照规定方案进行因子互换试验，收集数据并检测烧伤情况，结果见表6(表中A+R-表示砂轮粒度(A)为新设定的值，其他的参数为现工艺参数值，为方便起见，简化为R-)。运用Minitab软件对现有加工参数进行优化，优化后的烧伤比例为23%。其中优化后的砂轮硬度为中硬和粒度120。通过对过程参数的全因子进行分析和优化，使烧伤的不合格率从改进前的35%下降到改进后的23%，虽然有很大程度改善，但距目标还有很大的差距。为彻底解决烧伤问题，选择不同牌号的砂轮，运用DOE之PPC工具[2]，分别选择E(原供应商，粒度120、硬度中硬、磨料为棕刚玉的砂轮)，F(新供应商，粒度120、硬度中硬、磨料为白刚玉的砂轮)，G(新供应商，粒度100、硬度中软、磨料为棕刚玉的砂轮)3家厂商的砂轮按照新设定的参数(不包括砂轮的硬度和粒度)进行了分析。结果表明，采用F厂家的砂轮能使烧伤的不合格率降低到1%以下，达到了预期的目标。分析结果见表7。