滕海渤，劉桂鋒，孫家明,劉義法，黃樺

1.上汽通用東岳動力總成有限公司 山東煙臺 264006

2.上汽通用動力科技（上海）有限公司 上海 200131

某汽車九速自動變速器殼體裝配線離合器活塞壓裝工位投產(chǎn)前期出現(xiàn)活塞壓裝報警問題。從收集的伺服壓機的壓裝曲線（見圖1）來看，報警活塞的壓裝曲線和正常曲線相比明顯離群，壓裝位移相比正常壓裝曲線約提前1.5mm達到目標(biāo)壓力。

圖1 壓裝異常曲線和正常曲線相比離群

檢查實物發(fā)現(xiàn)，活塞壓裝時有歪斜安裝不到位的情況，同時發(fā)現(xiàn)活塞鋼骨架表面有劃傷掉屑。根據(jù)產(chǎn)品潛在失效模式的分析，如果活塞壓裝過程中歪斜，容易導(dǎo)致活塞密封唇邊破損，活塞密封不嚴，進而導(dǎo)致離合器的鋼片摩擦片配合不暢，變速器換擋時遲滯，嚴重情況下將導(dǎo)致離合器摩擦片燒蝕，影響變速器正常功能使用。同時，如果活塞劃落的雜質(zhì)掉落到殼體大腔中，有可能流入變速器油路，導(dǎo)致控制閥芯卡滯、變速器換擋卡滯、片組異常磨損等質(zhì)量風(fēng)險。

每次活塞壓裝報警均需要人工檢查并拆解變速器進行返工，嚴重影響了現(xiàn)場設(shè)備開通率。同時報警活塞做報廢處理。如何徹底解決此活塞壓裝報警問題，提升設(shè)備開動率，減少廢品，保證產(chǎn)品清潔度及產(chǎn)品質(zhì)量成了現(xiàn)場亟待解決的問題。

設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝介紹

如圖2所示，設(shè)備夾爪首先從左側(cè)工件托盤上將活塞取出，放置到料座上，料座通過氣缸橫移機構(gòu)移動到壓頭下方，壓頭向下移動通過壓頭導(dǎo)向套將活塞包含在導(dǎo)套內(nèi)。導(dǎo)套內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，六個彈簧限位塊夾持在活塞骨架外圈，活塞角向位置通過角向限位塊插入活塞的角向缺口處保證活塞壓裝后的角向位置。

圖3 活塞導(dǎo)套內(nèi)部結(jié)構(gòu)

壓頭取料完成后，壓頭向下移動，待活塞唇邊距離工件活塞安裝孔上邊緣2mm時，旋轉(zhuǎn)壓機起動，帶動活塞一邊旋轉(zhuǎn)一邊下壓。旋轉(zhuǎn)壓裝的目的主要為防止直接壓裝活塞唇邊翻邊破損，在至少保證唇邊進入活塞內(nèi)腔上邊緣2mm后，旋轉(zhuǎn)壓機停止，壓機向下移動使活塞骨架端面壓靠到殼體端面，達到目標(biāo)壓裝力后，完成整個壓裝動作過程。整個壓裝過程共設(shè)置了三個壓裝窗口對壓裝過程進行監(jiān)控，其中最終壓裝目標(biāo)壓力為2kN。

問題原因分析

結(jié)合壓裝曲線和實物缺陷分析，異常曲線相比正常曲線提前1.5mm位移建立了壓力，測量活塞鋼骨架的厚度約為1.5mm，故懷疑角向限位塊在壓裝過程中與活塞發(fā)生了分離（見圖4），或者開始取料階段就未準確插入到活塞零件角向限位的缺口位置，導(dǎo)致導(dǎo)套上的角向限位塊底部和活塞鋼骨架上邊緣接觸。當(dāng)活塞旋轉(zhuǎn)一定角度后，角向限位塊碰到活塞鋼骨架上的突起部位后停止，且旋轉(zhuǎn)過程中角向限位塊和活塞鋼骨架摩擦產(chǎn)生了活塞骨架上的劃傷。因為角向限位鍵下端突出，導(dǎo)致向下壓裝時活塞非均勻受力，發(fā)生高度方向的歪斜，進而產(chǎn)生活塞壓裝不到位的風(fēng)險。

圖4 壓裝報警直接原因分析

根據(jù)前述的分析，采用魚骨圖從人、機、料、法、環(huán)五個方面對問題可能的原因進行進一步分解分析[1，2]，如圖5所示，并針對各種潛在原因逐項進行分析驗證。

圖5 壓裝報警原因分析魚骨圖

首先從人員操作、廠房環(huán)境、物料以及設(shè)備對中性方面進行了排查（見圖6）。

圖6 魚骨圖各影響因素逐項排查

1）活塞在前道工序托盤上料時托盤角向有物理防錯，安裝不到位有激光傳感器防錯，相關(guān)防錯裝置日常均有定期防錯驗證確保防錯功能正常，故排除人工上料錯誤因素。

2）對壓裝報警的殼體和活塞進行全尺寸測量，均符合圖樣要求。對報警殼體進行梳理后發(fā)現(xiàn)，報警殼體分布在不同加工線加工機床，與機加工機床無相關(guān)性，故排除物料因素。

3）增加活塞取料位壓裝曲線采集及監(jiān)控程序，跟蹤發(fā)現(xiàn)報警零件的取料曲線均正常，和正常壓裝取料曲線之間無分層離群情況，可判斷無取料歪斜情況，故排除壓頭取料歪斜的因素。

4）此變速器裝配線位于二樓廠房，考慮雙層廠房環(huán)境振動因素，懷疑物流叉車振動導(dǎo)致壓裝過程中活塞從導(dǎo)套中發(fā)生了分離。故調(diào)整物流叉車線路以避讓設(shè)備周圍區(qū)域，跟蹤一段時間后，活塞壓裝報警問題仍然發(fā)生，報警頻次無改善，排除物流叉車振動等環(huán)境因素的影響。

5）采用壓頭對中工裝檢查設(shè)備壓裝對中性符合要求，排除設(shè)備對中性問題。

6）從導(dǎo)套結(jié)構(gòu)和壓裝程序等方面進行系列分析驗證。增大導(dǎo)套夾持彈簧對活塞外圈的夾持力；將角向限位鍵寬度尺寸由5mm改為3.5mm；降低壓機旋轉(zhuǎn)速度和壓裝速度以及壓裝加速度等系列措施，跟蹤均對壓裝報警效果無明顯改善。

在相關(guān)因素排除后，問題根本原因仍未找到，但已排除活塞上料以及壓頭取料階段等工藝步驟的問題，并將問題原因初步鎖定在活塞壓裝導(dǎo)套設(shè)計上。

結(jié)合壓裝程序及活塞壓裝的詳細過程（見圖7）重新進行分析：

圖7 活塞壓裝過程分析

1）圖7a是啟動旋轉(zhuǎn)壓裝時工況，此時壓機行程366.8mm，圖中橙色的活塞密封唇邊完全被包含在導(dǎo)套內(nèi)。

2）圖7b是旋轉(zhuǎn)壓裝完成工況，此時壓機行程370.8mm，圖中活塞密封唇邊進入到殼體活塞安裝孔中。

3）圖7c疑似在活塞下降經(jīng)過下圖箭頭位置時，此時活塞導(dǎo)套前端導(dǎo)向部位和殼體活塞安裝內(nèi)孔之間高度方向上有約1mm間隙?；钊拿芊馊蛪貉b導(dǎo)套之間為過盈配合，當(dāng)活塞運行到此間隙時，因為活塞密封圈脫離活塞導(dǎo)套后的自身彈力和重力的影響，有一定概率會造成活塞在向下經(jīng)過此間隙位置時缺少有效夾持從而發(fā)生歪斜和掉落，進而導(dǎo)致活塞本體和壓頭角向限位銷之間發(fā)生脫離。

結(jié)合以上分析，初步鎖定問題原因為壓裝導(dǎo)套前端導(dǎo)向部位過短，導(dǎo)致過程中活塞本體在從壓頭中脫離的瞬間發(fā)生了脫離。

改進方案及措施

如圖8所示，為減少導(dǎo)套前端和殼體活塞孔倒角處的間隙，優(yōu)化活塞導(dǎo)套末端導(dǎo)向角度，將活塞壓裝導(dǎo)套前端的倒角從30°改為25°。同時，優(yōu)化導(dǎo)套的前端圓弧倒角，從之前的R0.5mm改為R0.25mm，進一步增加有效導(dǎo)向長度，防止活塞經(jīng)過殼體活塞腔倒角時因為導(dǎo)向不足發(fā)生傾斜和掉落的風(fēng)險。改進內(nèi)容和改進前后效果對比如圖9所示。

圖8 活塞導(dǎo)向套導(dǎo)向部位改進

圖9 活塞導(dǎo)向套導(dǎo)向部位改進前Vs改進后對比

同時，為了防止活塞壓裝導(dǎo)套長期使用磨損，將導(dǎo)套材質(zhì)增加滲氮處理D0.3-500，進一步提升導(dǎo)套長期使用的耐久性。

最后結(jié)合活塞壓裝潛在的失效模式，經(jīng)過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析（見圖10），在不額外增加誤報警的情況下，對活塞壓裝的最終質(zhì)量表現(xiàn)即活塞泄露的控制限進行收嚴控制，以便及時對數(shù)據(jù)離群的零件進行檢查，進一步強化最終產(chǎn)品質(zhì)量控制。

圖10 利用統(tǒng)計分析軟件收集泄露數(shù)據(jù)

改進效果及結(jié)論

經(jīng)過以上的改進措施，新的活塞壓裝導(dǎo)套更換實施完成后，累計已生產(chǎn)變速器25萬臺，徹底消除了活塞壓裝過程中劃傷以及活塞壓裝歪斜不到位的風(fēng)險，每班報警數(shù)降為0；減少了報警導(dǎo)致的活塞異常報廢損失，提升了變速器制造質(zhì)量和設(shè)備開通率，改進效果十分顯著。同時，導(dǎo)套設(shè)計改進作為標(biāo)準設(shè)計輸入到企業(yè)標(biāo)準庫中，為后續(xù)同類型的活塞壓裝導(dǎo)套設(shè)計提供了極好的參照經(jīng)驗。在活塞壓裝導(dǎo)套的設(shè)計中，為避免出現(xiàn)活塞安裝的各種缺陷，應(yīng)正確設(shè)計安裝導(dǎo)向角的結(jié)構(gòu)。此外，還應(yīng)正確選擇設(shè)置活塞壓裝程序，增加相關(guān)壓裝曲線的監(jiān)控窗口等。只有在前期做好設(shè)計，充分考慮到每個細節(jié)，才能避免后續(xù)批量生產(chǎn)時問題發(fā)生。