纪永兵

摘 要：本文分析了电机壳的生产制作及质量控制，从毛坯制成和机械加工进行论述，以及在生产过程中质量的管控。论述了机壳制造过程的工艺改进及质量在生产中的作用。质量的管控有效的保证了产品的质量，符合客户的需求。

关键词：牵引电机灰铁外壳;产品制造;过程管控;同轴度;垂直度

引言

随着社会的高速发展，全球对环保的重视。我国机械行业由分散的小规模向具有一定能力的大企业转型。我们的机械行业也在向高精度，高要求方向发展，电动机车发展尤为迅猛，牵引电机在市场的竞争下也日趋激烈。我们都知道以前的火车是烧煤的，现在的火车基本都是耗电的，机车把电能转化为动能，故牵引电机就必不可少。全球有那么多的火车和轻轨，每年都会有大批的火车和轻轨服役。牵引电机作为动力来源，就显的尤为重要，也是各厂家必争的订单。我司采购的牵引电机外壳不管在表面上还是尺寸上要求都较高，在制造和加工上具有一定的挑战性，也是一个供应商能力的体现。本文阐述牵引电机外壳的制作，以及在制作过程中遇到的问题及改善对策，通过这些改善来达到符合产品要求的特性。满足客户的需求。

1 牵引电机壳的制造

开发的牵引电机壳（图1）终使用方为美国公司，年用量大概5000臺。我们要开发一家具有一定能力或有一定潜力的供应商，首先此外壳要符合美国电气制造商协会标准（NEMA）。在审图时我们就要查阅NEMA标准，比对中国的电机行业标准是否一致，我们需要提交哪些资料，供应商是否具备这些条件。其次我们要看供应商是否具有可持续供货的能力，也就是要看企业是否达到标准化。企业标准化有以下三个特征：1）企业标准化必须以提高经济效益为中心;2）企业标准化贯穿于企业生产，技术，经营管理活动的全过程;3）企业标准化是制定标准和贯彻标准的一种有组织的活动。供应商至少符合这些条件，我们才能与供应商合作。前期要培训他们一系列流程，提高他们的技术及管理水平。为顺利生产我司产品做准备。并保证能持续的生产供货。

电机外壳的制造分两个部分：

1. 毛坯制作

我们采用一般的浇注系统，发现毛坯有缩孔现象，根据此现象分析原因：1）浇注系统太小，浇注铁水流通不畅导致部分地方不够饱满;2）浇注铁水温度不够，导致流速不够;3）浇注系统设计不合理;我们先从前两点考虑改善，相应改善对策是：此款产品的材质为球墨铸铁。球墨铸铁的特性有：流动性差，因此我们把浇注系统尺寸加大;我们的产品为桶状薄壁件，故收缩率会比标准要大，标准收缩率基本在1%，我们把模型尺寸按图纸放大2%开模。在产品熔炼过程中严格按照配比加入微量元素，由于球铁的流动性差，冷凝快，故提高浇注铁水的温度和速度，比普通铁水温度提高15°。产品要求铸造等级为CT11，故用树脂砂手工造型，铸造行业基本上是晚上开炉，浇注铁水，保温一晚上，第二天早上开箱。经过清砂，去除浇口，冒口，再拿去抛丸（抛丸要根据产品表面要求选择一定大小的钢珠）。经过这一套流程下来，铸件毛坯就制作完成。对毛坯的外形尺寸进行检验，如有超差尺寸，我们要分析超差的原因，是模具造成的还是在铸造过程中外在因素造成的。如果模具上不符就需要对模具进行修正，外界因素要逐一排除。毛坯尺寸OK就进行下一步工序。

2. 机座机加工

此产品的尺寸要求较高，两端止口与铁心档的同心度要求是0.02mm，垂直度要求是0.025mm;我们最先使用传统的加工工艺，利用立车加工，我们先平掉止口一端作为基准，固定在立车上加工另一端及止口铁心档，由于是立车，产品一段面是贴着车床的，故无法加工到底，需要掉头，重新装夹再加工。产品加工好后经检测一端同心度在0.02mm以内，另一端为0.04～0.08mm之间。检测数据分析没掉头的一端同心度和垂直度没有超差，超差的都是掉头加工的那端。分析出原因是掉头时需重新定位，两次定位之间存在偏差，故掉头后加工出的那端同心度和垂直度超差。考虑卧车工艺，卧车上产品一端也贴着车床，也需要掉头，也难以保证此公差要求。要保证这样的公差要求就必须要一刀车出来，也就是产品的止口，铁心档和总长要一刀完成才可以保证此尺寸要求。机座必须要悬空，让车刀有加工的余地才可以，在经过反复思考和模拟后，制作一套不需要掉头一刀能下来的工艺工装。我们利用机座外型结构上几个小凸台作为基准，加以固定，把机座悬空，采用不调头一刀车的工艺。我们先平一端止口端面为基准，然后止口，铁心档一刀车到头，产品不动，再换一把刀，直接把另一端面平掉，控制产品总长度。理论上此方法可行，但在实际中我们利用此工艺加工几台产品，经检测两端同心度都超差，基本数据在0.05mm左右，产品圆度也较大，基本在0.60mm左右。本人从人、机、料、法、环五大方面入手，分析影响产品变形的主要原因。发现产品在车床上，没松固定装置时，检测产品的圆度在0.02mm以内。松掉固定装置，产品的圆度就立马变成0.60mm左右，也就是说最有可能影响的是固定工装装夹的问题。产品固定装夹点有6个，如图2所示：

工装装夹的影响我从两方面考虑改善：

（1）产品的装夹凸台长短不一，同一端面的装夹点离止口的距离有偏差。我们把产品固定在装夹工装上要加一定的力使产品稳定，与产品装夹点配合的工装是标准的，他们在同一平面。这样就造成产品会因工装夹紧而扭曲变形。我利用产品止口端面为基准，用铣床把产品装夹点加以加工，使三个装夹凸台到端面距离偏差控制在1mm以内，为了使装夹凸台与工装能紧密结合，凸台的角度要与中心线垂直，角度控制偏差在0.5°以内。这些控制是为后面加工做准备的。故没要求太高，这样的公差便于加工。

（2）装夹的力度。因为产品三个装夹凸台不可能绝对的一样长，在绝对的同一个平面，故装夹时产品肯定会受到一个力。因为装夹凸台加工过，产品本身也有一定的韧性，这个力在一定范围内不会影响产品的变形。我们在保证产品稳定的情况下尽量让这个力最小。通过实验证明，当这个力加到580---620牛时，产品在加工过程中绝对的稳定，这个力也没有影响到产品的变形。工艺上我们把装夹力度制定在580～620牛之间。

通过这两点改善，有效的保证了产品的同心度和垂直度。考虑到平一端止口要换一次刀，能否不换刀直接可以平掉止口呢？我们在刀头顶端90°方向再装一把刀，当产品内径和止口加工好之后，利用刀头上的另一把刀直接平掉另一端。经验证产品尺寸与之前没差异，都在图纸要求范围之内。由于少换一次刀，故加工的效率提高很多。

产品止口内径控制，此内径尺寸396.90mm，公差要求为±0.016mm;我们采用降低转速来控制此公差，转速太快，产品的变形量增大。样品阶段要多量，由于加工时产品温度较高，产品实际检测时温度是25度左右，温度不同产品尺寸存在变量。故多测量，多做记录，便于车床数据的编程。

在产品制作过程中，不管是毛坯制作还是机加工过程，我们都要严格按照工艺进行。如有更好的想法，提高生产率或优化制作流程。每改变工艺都要经过反复论证和实际测量，确保产品符合图纸，满足客户的需求。

2 过程控制

统计过程控制是一种重要的过程质量管理技术，它应用统计方法对过程的各个阶段进行评估和监控，建立并保持过程处于可接收稳定水平，从而保证产品符合规定要求的一种质量管理技术。统计过程控制主要工具是控制图，在控制图上有控制上限和控制下限。产品的控制范围要符合6西格玛原则。实验证明，6西格玛状态下产品是最优秀的。我们衡量过程能力有个公式：规定的公差除以过程变异度等于过程能力指数（Cp）。我们一般要求1.33≤Cp<1.67;这个过程能力充分，技术管理能力也较好，继续维持即可。我们还要预防过程能力的偏移，在不偏移的情况下，生产出来的产品才是最好的。我们的质量管控主要分三个阶段;

（1）生产前期，供应商样品确认合格后，开始小批量和批量生产，首先供应商接到订单要核对图纸。样品合格后在试装过程中也许会有不合理之处，客户会对图纸进行修改。故供应商接到订单要仔细核对订单信息及图纸版本号，看图纸是否有改动。由质量部下发生产用图，并严格按照样品制作工艺进行生产。

（2）生产过程中，大家不可随意更改工艺流程，由过程检验员监督实施。生产中不良品要及时处理，质量工程师要及时分析原因及改善措施，避免大批量的报废。不良品绝不允许流入下道工序，这个要求要全员参与并积极配合，及时报告。生产过程中一些数据要记录便于查阅和追踪。生产过程是不容易控制环节，他涉及多道工序，一道工序的失误都会造成产品的失败。过程中要充分考虑影响产品质量因素，检验员要多测量，避免产品尺寸超差。

（3）产品完成，产品由一系列的工序到完成阶段。有些产品在这些过程中有所变形，我们要再次确认产品是否符合客户的需求。我们要有最终检验，按照图纸查验产品材料，尺寸，包装等是否完全符合客户需求。最终检验要有检验记录和报告。

大致流程如下：

审核供应商生产过程能力指数1.33≤Cp<1.67 →生产前期核对图纸，确认生产用图→生产中毛坯制作，机械加工→产品完成，最终检验确认OK →防銹处理，包装发货。

在生产过程中我们要灵活运用QC七大手法（因果图、排列图、直方图、调查表、分层法、散布图和控制图）进行质量改进，出现问题及时解决，以免出现批量不合格，造成重大损失。

3 成品检测

产品制作完成，首先我们要确保产品材料符合要求，我们对材料进行分析检测，在制作产品时应同时制作几根试棒，试棒用来测试材料的一些机械特性及金相组织结构。这就要求供应商要有拉力机，硬度计，光谱仪等设备检测仪器;

产品的尺寸检测，我们尽量使用现有的量具检测。有些量具检测不了尺寸及行位公差可用三坐标检测。我们还可自制量具来检测，自制量具要测量可靠，使用简单的特性。比如产品止口与铁心档的同心度，我们自制一个检具，这个检具可测量任何机壳的同心度。测量时，两个定位圆凸台紧贴止口，表打到铁心档上，围绕止口转一圈，表上指针变化的数据即使止口与铁心档的同心度。此检具操作简单，测量数据准确可靠，见图3。

我们还要对重要尺寸做CPK分析，要看CPK值是否在标准范围之内，如果达不到，我们要从人，机，料，法，环上面去改进。只有CPK数据达到要求，才能保证量产的产品质量有所保证。

4 总结

通过牵引电机壳的成功开发，在此过程中，我们根据产品流动性差的特点，我们加大模型的浇注系统。这个系统解决了产品内在缺陷，但浇口、冒口的增大，浪费了一定量的铁水。产品薄壁的特点，在开模时及时放大模型的尺寸。掌握了这些信息，提高了模具开发的成功率。在机加工过程，我们靠降低转速来保证产品止口内径的公差。降低转速即效率降低，要提高生产率，这方面有待改善。总之，一款产品的开发，离不开大家共同的努力。随着生产实践的摸索，根据车床特性及时优化工艺加上持续的质量改进，没有最好，只有更好的工艺，我们多思考多实验，一定能够提高生产率。生产出客户满意的产品。

参考文献：

[1]范英俊. 铸造手册[M].  北京： 机械工业出版社， 2003

[2]梁国明. 制造业质量检验员手册[M]. 北京： 机械工业出版社， 2009

[3]刘昕华. 质量专业基础知识与实务[M]. 北京： 中国人事出版社， 2011