动力总成制造压装工艺质量控制应用

姜松伶 卢从坚 经伟明 陈鑫 唐彬

柳州赛克科技发展有限公司 广西柳州市 545000

在汽车动力总成的装配过程中，存在诸多零件需要通过过盈配合进行装配，并且装配的压装动力较大，现有气缸无法满足压装力要求。故工厂会在装配线压装工位布置压装压机（液压缸或者伺服压缸）及一个对应的压头，由压装压机提供压装动力。如何精益有效合理设定压机参数，是压装工艺设计需重点考虑的课题。下文以笔者所在动力总成工厂参数为例，列举设备同轴度、垂直度的确认方法，压装力/行程的标定、设置及优化。

2.1 设备同轴度、垂直度状态确认

同轴度就是定位公差，理论正确位置即为基准轴线。简单理解就是：零件与压头在同一竖直方向上的两根轴线，它们之间存在多大程度的偏离，两轴的偏离通常是三种情况(基准轴线为理想的直线)的综合——被测轴线弯曲、被测轴线倾斜（垂直度）和被测轴线偏移。

装配现场通常使用百分表或者便携式三坐标对压头同轴度进行测量。①百分表：安装好百分表、表座、表架，对百分表进行调节，使测头接触工件的被测外表面，并达到1～2圈的压缩量。均匀并缓慢地转动工件一周，观察百分表指针的波动范围，取最大读数Mmax与最小读数Mmin的差值的一半，作为该截面的同轴度误差。转动被测零件，按上述方法测量四个不同截面（截面A、B、C、D），取各截面测得的最大读数Mmax与最小读数Mmin差值之半中的最大值（绝对值）作为该零件的同轴度误差。②便携式三坐标：在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，再将这些圆的圆心构造出一条3D直线，作为公共轴线，每个圆的直径可以不一致，然后分别计算基准圆柱和被测圆柱对公共轴线的同轴度，取其最大值作为该零件的同轴度。这条公共轴线近似于一个模拟心轴，因此这种方法接近零件的实际装配过程。目前笔者所在动力总成工厂已广泛使用方法②，即便携式三坐标测量设备同轴度。

2.2 压装力标定与设置

不同压机的压装力范围，由PE计算相应零件的过盈量输入。在设定压机压装力范围前，需先对压机压力进行标定，以此衡量压装力范围的有效性。以动力总成工厂轴承外圈压装工位为例。

压力标定流程：

①将压力传感器平稳摆放于待标定压头的下方（可将传感器放置于底座、工件或工装上），传感器受力面尽可能与压头对中，位置调整后将压力显示仪校零。

②点动操作电缸下行（空行程可快速点动，压头靠近压力传感器后务必将点动速度放慢，以免压机瞬间过载损坏）。

③选取5个或以上适宜的压力值（应涵盖工艺要求的最大压力）记录好设备示值与传感器示值，同一组数据的差异值不得超过压机最大压力的1%，见下表1。

表1 压力标定示例

2.3 压装行程标定与设置

不同压机的压装行程，由PE计算相应零件的尺寸链输入。在设定压机行程范围前，需对压机行程进行标定，以此衡量压装深度范围的有效性。以动力总成工厂轴承外圈压装工位为例。

行程标定流程：

①压头处于原点时，使用便携式三坐标测量仪在压头上采集一个平面作为基准面（基准面应易采点且与电缸硬连接）。

②点动操作压头至目标行程（一般参考工艺要求最大行程），再次用便携CMM测量同一个平面，并求取该平面与原点基准面的高度差，记录对应数据。

③电缸的行程计量分辨率为0.01mm，同一组数据的最大偏差应小于0.03mm，见表2。

表2 行程标定示例

2.4 压装监控窗口设置

在压装力与压装行程标定并设置完成后，需要对压装过程设置监控窗口，用以评判压装状态是否符合要求。压力-位移曲线控制下限和控制上限通常是根据极限样件的实际压装过程的压力-位移曲线设置而成，控制下限极限样件的过盈量和配合面粗糙度均按最小值为目标进行制造，控制上限极限样件的过盈量和配合面粗糙度均按最大值为目标进行制造，为了避免制造误差的影响，控制下限极限样件和控制上限极限样件的数量一般为各 20～30套。将所有控制下限极限样件的实际压力-位移曲线取平均值作为最终的控制下限曲线，将所有控制上限极限样件的实际压力-位移曲线取平均值作为最终的控制上限曲线。

3.1 设备压头同轴度、垂度检测确认

在生产过程中，需要定期对压装设备进行维护保养，其主要内容包括：清洁、检查、紧固、润滑、校准（调整）。最重要的是要保证设备压头的同轴度、垂度在标准范围内。一般使用前文提及的百分表测量法进行测量。

图1 压装力参数示例

3.2 压装力/行程优化

设备的压装参数不是永恒不变的，而是在生产中收集数据，进行分析并优化。压装力/行程的优化，有助于确保零件压装到底，同时不会对零件造成损伤；
能够更好地识别出压装尺寸超标零件。

压装力/行程优化的条件：①有较多的产品生产数据，②大数据涵盖较长时间段产品，③大数据与设定值的裕度过大或过小。

压装力优化方法：

①产品大数据行程数值分析读取F3值

②找出大数据F3最大值F3m

③比较F3m、F3max、F4

④当F3m/F3max＞1.1或F4/F3m＜1.2时，优化F4=1.3*F3m

压装行程优化方法：

①产品大数据行程数值分析读取

±4σ区间值，均值：X，中值：M

②计算确认压装零件尺寸链

C=Mc±&

③初步优化行程，按：

S=M±&

④当±4σ区间大于±&范围时，调整：

S=M±&（1+10%）

图2 压装行程数据收集示例

4.1 压装力监控

某动力总成工厂压装深沟球轴承时，设备出现压装冠轮初始压装力超上差，表现为：设备行程已达到设定范围299.5～301.5mm内，实际为300.7mm，冠轮初始压装力标准0～8KN，实际压装力8.75KN。问题攻关团队基于设备压装报警曲线（图5）分析可疑原因：

（1）冠轮未水平放置到取料夹爪内，导致压装时冠轮偏压；
（2）压装设备变化：同轴度超差；
（3）零件尺寸超差：冠轮内径、差速器外径、冠轮倒角等。

跟踪压装工位员工放料状态，操作符合标准化要求，检查冠轮安装后的状态，未发现冠轮存在歪斜情况，压装仍出现报警，排除冠轮未水平放置因素。

维修人员检测设备同轴度，在合格范围内，且数值较前几个月更小，排除设备变异因素。

送检故障件及正常件冠轮、差速器，测量相关尺寸。检测报告显示：故障件与正常件冠轮的内径无差异，故障件倒角处无过渡圆弧，压装过程中冠轮与差速器刚开始接触时，压力出现陡升，与故障报警模式对应，判定为主要原因。反馈供应商整改倒角位置尺寸，物料断点后，问题未再出现，见图3。

图3 压装报警示例1——压装力报警

4.2 压装行程监控

某动力总成工厂压装轴瓦时，设备出现压装力报警面板显示压装行程达到设定上限值时，压装力超下差，实测13.7KN，标准15-17KN。问题攻关团队基于设备压装报警分析可疑因素：1.零件尺寸超差，如轴瓦外径超下差、轮轴内径超上差等；
2.压装设备变化，压头/底座磨损等。

查询该工位的历史压装数据，发现问题发生前，压装行程已经接近上极限。送检故障件轴瓦及轮轴测量相关尺寸，尺寸均在合格范围内且未偏向极限，且零件使用多家供应商不同批次，压装行程均接近上极限，排除零件尺寸异常。

维修人员排查设备压头及底座，设备压头无异常，轮轴支撑底座存在磨损。更换轮轴支撑底座后，设备压装行程有所下降，措施有效。同时，从更换轮轴支撑底座前后压装数据可以看出：压装行程整体仍接近上公差限，公差上下限有待优化，见图4。

图4 压装报警示例2——支撑底座更换前后行程对比

本文列举了压装工艺的前期准备工作，并结合实际生产过程，进行压装参数优化示例。在数据样本足够多的前提下，对压装监控窗口进行修正/优化。同时，在不断收集数据优化监控范围的过程中，我们也通过监控窗口识别出了一些问题：如零件尺寸超差、设备变异以及人为操作影响等。我们可以通过监控曲线快速识别出需要确认的方向：压装力报警与过盈量相关，可优先确认影响过盈量的因素；
行程报警与压装位置有关，可优先确认设备是否磨损。随着监控的不断优化和完善，识别故障因素所需时间也将更短，使得分析响应更为快捷、高效。仅仅依靠设备识别缺陷并不是最终目标，我们需要在零件出现变异的第一时间，将其遏制，并反馈整改，避免出现批量问题。真正做到：使压机在完成压装工作的同时，还能够识别出异常状态的零件，并作出相应的提前预防，使制造过程的管理水平不断推向新的高度。