车桥缓冲块支架失效分析与改进*

康榜联

(陕西重型汽车有限公司质量管理部，陕西 西安 710200)

1 引言

根据我公司2011年质量目标及质量工作要点的要求，降低单车外部质量损失是质量管理部承担的一项公司级指标。据售后质量信息数据统计:某车型后桥缓冲块支架售后失效率较高，售后三包索赔高，仅2011年1月～2011年10月，缓冲块支架三包期内售后索赔34.3万元，对公司造成了极大的经济损失。车桥缓冲块支架承受频繁冲击出现疲劳断裂或变形，损坏后影响行车安全，影响出车率，用户抱怨强烈。

2 问题概述

(1)各供应商所供的缓冲块支架售后失效率统计如表1，计算2011.1.1 ～2011.10.25 时间段内各供应商产品失效率较高，平均失效率为0.97%，抽取该产品装车的总数为样本数，随车辆运行时间增加，失效率显著增加，如不改进产品质量，索赔金额会逐渐增大。

表1 各供应商所供产品售后失效率统计

(2)对连续10个月售后市场返回的缓冲块支架失效模式进行了识别，缓冲块支架失效模式统计如表2所列。

表2 缓冲块支架失效模式统计

图1 缓冲块支架失效模式排列

从缓冲块支架失效模式排列图1可以看出，开裂损坏，变形故障累积频率为98.9%，超过了80%，按照“关键的少数”原则，将其列为本次改进的项目。

图2 缓冲块支架变形

图3 缓冲块支架疲劳断裂

(3)确定关键的质量特性(CTQ)

缓冲块支架关键质量特性展开如表3所列。

表3 缓冲块支架关键质量特性展开

3 缓冲块支架失效分析[1]

(1)缓冲块支架失效因果矩阵分析(见表4)，即对输入可控因素与输出的失效模式的相互关联性进行评估打分，评分高者，相关性越高。

表4 缓冲块支架失效因果矩阵分析

对于重要度分数大于等于90的可控因子进行下一步潜在失效模式分析。

(2)潜在失效模式及后果分析

对可能的关键因子进行潜在失效模式及后果分析(见表5)，经风险度RPN打分分析，对风险度RPN值大于300的关键因子进行下一步分析验证。

表5 潜在失效模式及后果分析

经潜在失效模式与后果分析，得出两个关键影响因子:①缓冲块结构设计不合理;②零件材料成分不符合技术要求。

(3)验证关键因子

对返回的缓冲块支架DZ9114521011失效件进行理化分析:材料化学成分、硬度及微观金相组织符合铸钢技术要求。验证结果:零件材料成分，不是缓冲块失效的关键因子。

对缓冲块支架现设计结构进行分析:缓冲块支架产品在批量使用中出现断裂，变形质量问题。同结构在陕汽三家供应商均有发生，其中C供应商产品失效率为6.47%。经分析原因如下:A现结构设计抗侧向力强度不足，易扭曲变形;B车辆超载或路况恶劣，该产品受非正常频繁冲击，发生疲劳断裂;

因此缓冲块结构设计不合理是影响缓冲块失效的关键因子。因此要降低缓冲块支架失效率，可考虑对现有结构进行设计改进，在相同工况下减小缓冲块支架所承受的最大应力。

4 设计改进并对改进前后的缓冲块支架进行有限元分析[2]

缓冲块支架原结构为筋板结构，对原结构进行静力有限元分析(原结构工况一作用下静力分析应力云图4)最大应力发生在筋板及支架根部，是设计薄弱点。对此需要加强设计，现改进为壳体结构(图5所示结构)。对改进前后的缓冲块结构在同样受力情况下进行有限元分析如图4、5所示。

图4 原结构工况一作用下静力分析应力云图

图5 改进结构工况一作用下静力分析应力云图

(1)缓冲块支架DZ9114521011改进后的结构在同样受力边界一条件下(固定4个螺栓，下底面竖直向上施加50000N)最大应力显著减小。改善前拉伸筋最大应力值124MPa根部最大应力为127MPa，改善后拉伸筋最大应力降为93MPa，根部最大应力116MPa(见图4、5 所示)。

(2)缓冲块支架DZ9114521011改进后的结构在同样受力边界二条件下(固定4个螺栓下底面竖直方向成30°角方向施加50000N)最大应力显著减小。拉伸筋最大应力改善前为125MPa，改善后为100MPa，根部应力改善前为 152MPa，改善后为116MPa(见图6、7 所示)。

(3)缓冲块支架DZ9114521011改进后的结构在同样受力边界二条件下(固定4个螺栓下底面竖直方向成30°角方向施加50000N)刚度云图如图8、9所示，原结构在受到冲击时筋板已发生扭曲变形，符合实际情况;新结构采用壳体结构，抗扭曲性能较好，无明显变形。

图6 原结构工况二作用下静力分析应力云图

图7 改进结构工况二作用下静力分析应力云图

图8 原结构边界条件二下刚度云图

图9 改进结构边界条件二下刚度云图

5 结论

对比缓冲块支架改进前后，在材质ZG270－50不变的条件下，结构改进前后总体质量均为2.7kg不增加材料成本。对改进后的产品在整车上小批量试装路试验证，在规定的路试时间段内失效率几乎为零，现该产品改进后的结构已批量切换。经统计计算售后数据，优化、改进后的产品在三包期内失效率显著减少，几乎零缺陷，改进效果显著。

[1]马 林，何 桢.六西格玛管理[M].第2版.北京:中国人民大学出版社，2007.

[2]王宵锋.汽车底盘设计[M].北京:清华大学出版社，2010.