孟金文，彭代強(qiáng)，蔡林宏，杜 強(qiáng)，杜金城，楊炯昕

(中國兵器裝備集團(tuán)自動化研究所有限公司，四川 綿陽 621000)

某武器系統(tǒng)是中國兵器裝備集團(tuán)自動化研究所有限公司的一個重點(diǎn)項目，該項目中有三大系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)機(jī)箱承擔(dān)著該系統(tǒng)的監(jiān)測和控制作用，是整個系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵保障點(diǎn)。該機(jī)箱由于工作性能要求高，工作環(huán)境惡劣，須滿足散熱性能好、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高和防腐能力強(qiáng)的要求。機(jī)箱在工作時，運(yùn)行速率快，發(fā)熱量大，為保證機(jī)箱正常工作時間達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，在選用材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)充分考慮散熱情況。鋁合金的比熱容相比于鋼板更高，散熱更加出色[1]，且更加輕巧便捷，故該機(jī)箱采用的材料為鋁合金(2A12)。機(jī)箱的工作環(huán)境通常是野外、海洋等極端惡劣的地方，為保證鋁合金機(jī)箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和防腐能力達(dá)到設(shè)計使用條件，筆者按照GJB 150A—2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》中的相關(guān)條款進(jìn)行高低溫工作實驗、高低溫存儲實驗、濕熱實驗以及振動、沖擊實驗來對其性能進(jìn)行考核驗證[2]。進(jìn)行振動實驗后，部分機(jī)箱噴漆面出現(xiàn)裂紋，影響機(jī)箱的防護(hù)性能和使用壽命。由于該產(chǎn)品屬于批量產(chǎn)品，后續(xù)還會生產(chǎn)，為解決質(zhì)量隱患，保證產(chǎn)品的可靠性，項目改進(jìn)小組決定對其進(jìn)行工藝研究分析，解決該機(jī)箱漆面裂紋問題。

1 分析原因

機(jī)箱表面噴漆處理在現(xiàn)代軍工行業(yè)中廣泛應(yīng)用。該機(jī)箱采用重防腐噴漆工藝，采用2道底漆2道面漆的方式，外表面噴燈塔牌油漆，內(nèi)表面噴三防清漆，能夠有效提高產(chǎn)品的使用壽命[3]，保證機(jī)箱能通過GJB 150.9A—2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 濕熱試驗》相關(guān)條款進(jìn)行的10個循環(huán)周期，從而實現(xiàn)機(jī)箱的設(shè)計使用要求。影響噴漆質(zhì)量和效果的因素有很多，裂紋是其中影響力最大的一種，而造成噴漆裂紋的原因包括原子灰質(zhì)量、噴漆環(huán)境、固化劑用量、受力情況等[4]。項目改進(jìn)小組仔細(xì)查看機(jī)箱噴漆面出現(xiàn)裂紋的位置時發(fā)現(xiàn)，裂紋都集中在機(jī)箱棱邊上，且主要在機(jī)箱的兩端口面，即箱口部位，約占95%的比例，剩余的裂紋出現(xiàn)在棱邊中部位置。為找出機(jī)箱棱邊產(chǎn)生裂紋的主要原因，大家集思廣益，認(rèn)真分析，通過運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法，從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個方面認(rèn)真梳理，并制定因果圖(見圖1)。

圖1 因果圖

分析可知，導(dǎo)致機(jī)箱棱邊產(chǎn)生裂紋的末端因素共有8個：1)噴漆者技能水平不足；2)噴漆者工作責(zé)任心差；3)裝配面板用力過大；4)漆膜材質(zhì)不合格；5)機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理；6)機(jī)箱噴漆工藝不合理；7)機(jī)箱焊接工藝不合理；8)裝配環(huán)境不滿足要求。

項目改進(jìn)小組針對8條末端因素逐一進(jìn)行要因確認(rèn)，最終確定造成機(jī)箱棱邊產(chǎn)生裂紋的原因是機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理和機(jī)箱焊接工藝不合理。

從機(jī)箱的軸側(cè)圖(見圖2)可以看出，該機(jī)箱結(jié)構(gòu)件大概由3部分組成，機(jī)箱主體、左右把手安裝板、前面板。左右把手安裝板的安裝面與機(jī)箱主體和前面板均有接觸，從機(jī)箱主體中面板裝配位置圖(見圖3)和前面板示意圖(見圖4)可以看到，零件前面板的外形尺寸公差和裝配尺寸公差均為(427.5±0.2) mm，若機(jī)械加工和表面噴漆造成的尺寸偏差使總長度L前面板>L機(jī)箱主體，則會使得機(jī)箱主體承受左右把手安裝板對其施加的額外拉力，引起機(jī)箱主體的棱邊漆面開裂。

圖2 機(jī)箱軸測圖

圖3 機(jī)箱主體中面板裝配位置圖

圖4 前面板示意圖

經(jīng)查看，機(jī)箱主體的焊接工序內(nèi)容為在每條棱邊打磨3處U型坡口，坡口長度約為20 mm，讓開螺釘孔(見圖5)，由于機(jī)箱寬度只有384 mm，為減少焊接變形故每條棱邊焊接3處。復(fù)查圖樣和工藝發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)螺釘距端面最近距離為29.5 mm，若機(jī)箱左右兩側(cè)受到較大沖擊力，則容易引起機(jī)箱噴漆面開裂。

圖5 機(jī)箱焊接示意圖

2 制定對策

針對上述分析得出的主要原因制定了對策表(見表1)。

表1 要因分析對策表

3 實施對策

在實際加工過程中，采用TRIZ物理矛盾分析法嚴(yán)格按照PDCA循環(huán)階段要求，根據(jù)選用的對策采取了相應(yīng)的措施，具體實施如下。

對策一：優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。

設(shè)計人員通過綜合考慮機(jī)械加工、噴漆誤差可能造成的影響，在不影響功能和使用的前提下，將前面板的長度尺寸由(427.5±0.2) mm更改為(427±0.2) mm，同時工藝人員在編輯工藝卡片時，增加公差控制，確保間隙控制在合理范圍內(nèi)。此措施消除了可能因長度L前面板>L機(jī)箱主體而造成的裂紋隱患。

對策二：優(yōu)化加工工藝。

通過分析機(jī)箱主體的焊接工序，運(yùn)用PDCA循環(huán)控制程序，優(yōu)化焊接工序內(nèi)容，通過試樣工裝，驗證焊接次數(shù)和尺寸[5-8]，保證機(jī)箱滿足焊后變形量在設(shè)計公差范圍內(nèi)。

在整改分析過程中，為保證實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，對機(jī)箱振動時受到的推力進(jìn)行了如下計算：

Fomt=(Me+Mt)a

式中，F(xiàn)omt是推力，單位為N；Me是振動臺運(yùn)動部件的等效質(zhì)量(見產(chǎn)品說明書)，單位為kg；Mt是實驗載荷的質(zhì)量，單位為kg；a是振動加速幅值，單位為g。

以計算的推力值為參考，利用有限元分析機(jī)箱的受力情況，通過模擬機(jī)箱在振動實驗時所受力矩的大小[9-10]來預(yù)估棱邊受到的最大沖擊力。根據(jù)最大沖擊力設(shè)定了3組對照實驗，自變量為每條棱邊增加焊接的數(shù)量、長度和位置，因變量為機(jī)箱變形情況、加工難易程度等。最后對實驗結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，從實驗效果和加工成本等方面綜合考慮，最終決定采用的改進(jìn)方法為：在每條棱邊端口處增加2處長10 mm的U型坡口。

按照最終確定的改進(jìn)方案，對機(jī)箱進(jìn)行工藝驗證，嚴(yán)格按照生產(chǎn)流程，生產(chǎn)制造3臺機(jī)箱進(jìn)行首件確認(rèn)，經(jīng)檢驗人員確認(rèn)，3臺機(jī)箱全部通過振動實驗篩選，證明此改進(jìn)方案可行有效。最后，對優(yōu)化的加工工藝進(jìn)行固化，便于后續(xù)批量生產(chǎn)。

4 效果檢查

經(jīng)對機(jī)箱漆面裂紋問題開展工藝技術(shù)研究，將箱體的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化后，經(jīng)工藝驗證，機(jī)箱強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計使用要求，在振動實驗的沖擊下，漆面不會受到破壞而起裂紋。后續(xù)多個批次的機(jī)箱加工完成后，進(jìn)行振動實驗，未出現(xiàn)棱邊裂紋現(xiàn)象，全部合格，合格率達(dá)到100%，目標(biāo)達(dá)成。

5 結(jié)語

本文通過開展工藝分析研究，利用因果圖法，找到機(jī)箱棱邊在振動實驗時產(chǎn)生裂紋的根本原因，采用屏障分析法將問題聚焦在機(jī)箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度這個要因上，通過工藝驗證和首件確認(rèn)等方式，制定了合理可行的工藝方案，最終機(jī)箱振動實驗合格率達(dá)到100%，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。對類似問題的分析研究具有一定的參考價值。