降低局部涂層氣缸墊失效的有效措施

鑒于降本增效的考慮，近年來國內的發動機生產廠家已經逐步采用局部涂層氣缸墊取代全涂層氣缸墊。南京汽車集團在使用局部涂層氣缸墊時，曾經遭遇因氣缸墊功能失效而導致發動機出現“三漏”的質量問題，本文著重介紹了該公司如何通過質量攻關來解決局部涂層氣缸墊的功能失效問題。

圖1 全涂層氣缸墊

1．產品介紹

氣缸墊位于氣缸蓋與氣缸體之間，又稱氣缸床。其功用是填補氣缸體和氣缸蓋之間的微觀孔隙，保證結合面處有良好的密封性，進而保證燃燒室的密封，防止氣缸漏氣和水套漏水。氣缸體和氣缸蓋結合處的密封是依靠帶有凸筋及橡膠涂層的密封墊實現的，南京汽車集團旗下工廠的發動機共有全涂層和局部涂層兩種型號的氣缸墊，目前及后續開發的機型均采用的是局部涂層氣缸墊，該產品是該工廠與上海興盛密封墊有限公司共同研制和開發的。

圖2 局部涂層氣缸墊

2．工藝介紹

局部涂層氣缸墊的主要生產工藝由落料沖孔、絲網印刷、凸筋成型、配合鉚接構成，具體流程如下：

◆落料沖孔。使用沖床，配合單沖模沖出上片、下片和中片的外形、圓孔與異形孔。

◆清洗。使用全自動超聲波清洗機，配合MD-100烷烴類清洗液（0 排放），在確保產品清洗效果的情況下，也符合SGM綠色供應鏈和ISO14000的環保要求。

◆涂粘結劑。使用涂粘結劑流水線進行作業，實現即涂即干，有效避免粘結劑在片層下部堆積的現象。

◆絲網印刷。使用半自動絲網印刷機進行涂層作業。

◆硫化處理。將烘箱加熱至200℃，然后保溫30分鐘。之后關閉電源，打開硫化爐的門冷卻至40℃，從而固化橡膠。

◆凸筋成型。使用沖床，配合凸筋模沖出上片和下片的凸筋。

◆壓平。使用沖床，配合壓平模將上片和下片的缸口凸筋高度壓到規格尺寸。

◆單片檢驗。嚴格按照與客戶達成一致的極限樣品標準來檢驗產品單片，并提示近期發生的缺陷模式。

◆配合鉚接、沖鋼印。使用沖床，配合鉚接模沖出鋼印并鉚接。

◆外觀檢驗、裝箱。嚴格按照極限樣品標準和近期發生的缺陷模式來檢驗產品總成，合格后裝箱。

3. 現狀調查

3.1 課題選定——通過從售后服務部門的質量反饋得知：2015年5-7月，工廠的發動機返修率有了大幅度的提高，用戶抱怨呈上升趨勢。對返修發動機進行了故障類別統計發現, 局部涂層氣缸墊失效的比例最高，排列第一位，目前國內的合資品牌乘用車的發動機機廠已經廣泛采用了局部涂層氣缸墊，該種缸墊的生產工藝和使用性能已經逐漸成熟。所以最終選定“降低局部涂層氣缸墊料廢率”作為質量攻關的課題。

圖3 局部涂層氣缸墊的失效模式

3.2 局部涂層氣缸墊失效率統計——局部涂層氣缸墊的失效模式主要包括功能失效、凸點、劃傷和異物等（詳見圖3）。統計得知：2015年5-7月，該廠的局部涂層氣缸墊失效率的平均值達到0.40%，其中的功能失效（非可見缺陷）的占比達到了83%，因此如果解決了功能失效問題，就可以大幅降低局部涂層氣缸墊的失效率。

4. 目標設定

4.1 設定質量目標。經過討論，工廠把局部涂層氣缸墊失效率的質量目標設定為0.05%。

4.2 目標可行性分析。通過對國內幾家知名的氣缸墊生產廠家進行質量調研發現，行業內現狀為：局部涂層氣缸墊的行業平均失效率為0.05%，全涂層氣缸墊的行業平均失效率為0.045%。南京汽車集團相信通過自身的技術攻關和質量改進，一定能夠將局部涂層氣缸墊的失效率控制在0.05%之內。

5. 原因分析

針對氣缸墊功能失效的原因，南京汽車集團發動了“頭腦風暴”，把各種相關因素串聯起來，繪制了關聯圖（見圖4），共列出6條末端因素。

圖4 氣缸墊功能失效關聯圖

6. 要因確認

針對上述末端因素制定了要因確認計劃表（見表1），具體的確認過程如下：

表1 要因確認計劃表

6.1 末端因素一（絲網版厚度薄）：檢測凸筋膜的厚度，測量值為28μm，符合要求（25±5μm）；而檢測絲網版的厚度，測量值為73μm，符合要求（25±5μm）。結論是非要因。

6.2 末端因素二（絲網版與底板的間隙小）：在現場，用標準塊測量了絲網版與底板之間的間隙，測量結果符合要求（2±0.2mm）。結論是非要因。

6.3 末端因素三（機床壓力小）：現場還檢查了沖床的壓力監控表，壓力顯示值為1214KN，滿足要求(＞1200KN）。結論同樣是非要因。

6.4 末端因素四（機床上、下臺面的平行度超差）：現場檢測了沖床的上、下臺面的平行度，測量值在-0.01至+0.07之間，符合要求(±0.1)。結論為非要因。

6.5 末端因素五（模具穩定性差）：隨后從四個方面對該末端因素進行了確認，具體過程如下：

◆ 通過對局部涂層氣缸墊的關鍵位置凸筋高度進行了統計和分析（見圖5）發現：局部涂層缸墊凸筋的整體高度處于下公差附近；凸筋高度的極差R 大于行業標準（R ＜ 0.05）。

圖5 關鍵位置凸筋高度統計折線圖

◆ 再用Mintab 對J3 點的高度尺寸進行分析，繪制了直方圖（見圖6），從直方圖可以看出：凸筋分布不符正態分布，過程不穩定，且中心位置有偏移。

圖6 J 3點高度尺寸分布直方圖

◆ 此外還進行了面壓試驗，由面壓圖形（見圖7）可見：凸筋位置無偏移，但局部點位面壓線有斷裂、不連續。

圖7 面壓試驗圖形

◆ 拆解模具，并檢查模具內部的使用狀況：調整尺寸用的墊片太多，部分墊片已發生了輕微位移，這必然造成了凸筋模具的使用精度不穩定。

針對末端因素五的綜合確認結果是：因模具底部局部墊片太多，造成模具狀態不穩定，產品凸筋高度值偏下限，甚至局部點位有斷線，導致氣缸墊裝配后產品功能失效。結論是要因。

6.6 末端因素六（凸筋高度設計值低）：隨機抽取了全涂層氣缸墊和局部涂層氣缸墊各50 件，分別測量它們的凸筋高度，前者的平均值為0.26，后者的平均值為0.23，前者比后者高0.03。通常：氣缸體的上平面和氣缸蓋的下平面不可能加工得非常光滑和平整，輕微的銑刀痕和接刀痕是在所難免的，如果氣缸墊的凸筋高度較低，容易造成它的密封功能失效，從而導致發動機發生“三漏”現象。隨后，從售后服務部門的質量反饋得知：全涂層氣缸墊的失效率幾乎為0。結論是要因。

7．制定措施

最終確認：造成局部涂層氣缸墊失效率高的主要原因是凸筋高度設計值低和模具穩定性差。針對這兩個要因，工廠通過研究制定了相應的要因對策表（見表2）。

表2 要因對策表

8．措施實施

8.1 對策實施一：向設計部門提出申請，要求對氣缸墊的產品圖紙進行更改；2015 年10 月26 日，設計部門對產品圖紙實施了變更（EWO 變更號EADCDQ），變更理由是：為了進一步提高局部涂層缸墊在生產線冷試中的泄漏測試的合格率，同時為了減少差異件，擬將缸墊凸筋高度公差縮小。變更內容：氣缸墊凸筋高度公差由0.23（±0.05）改為0.23（+0.05/0）。

8.2 對策實施二：要求氣缸墊生產廠家重新制作了新模具。2015年12月15日新模具制作并調試完畢。隨后對用新模具生產的樣件進行了產品測量，測量結果符合要求。

對上述樣件進行了面壓試驗，試驗結果顯示：面壓軌跡完整，各壓強下凸筋軌跡均符合要求。

2015 年12 月27 日，連續跟蹤了125 件用新模具生產的氣缸墊的產品質量，并對J3 點的凸筋高度進行了統計和分析，繪制了相應的直方圖，數據值符合正態分布的要求，過程能力（CPK 值）為1.35，大于1.33。這就充分證明：新模具完全滿足工序能力的要求。

9．效果檢查

通過對局部涂層氣缸墊失效率進行統計（見圖8），結果是：改進措施實施后，局部涂層氣缸墊失效率顯著下降，2016年第一季度的平均值為0.16%，小于預先設定的質量目標值。

圖8 2015.8-2016.3 局部涂層氣缸墊失效率統計

10. 無形和有形效益

加深了工廠對局部涂層氣缸墊的產品認知和性能認知；減少了售后發動機的“三漏”風險，提高了客戶的滿意度；提升了產品質量；降低了生產成本，單機成本可降低12 元 。

11．結束語

通過本次質量攻關，豐富了工廠對質量工具的運用，增強了解決質量問題的能力和信心。南京汽車集團有限公司已將“降低局部涂層氣缸墊的料廢率”作為2017年的質量攻關項目。