B19型铅酸蓄电池COS工艺改进

尹学柱

摘 要：B19型铅酸蓄电池广泛应用于经济型轿车及轻型货车，其生产量占总产量的一半以上。在售后服务过程中我们发现，该产品的缺陷中超过40%是由于飞铅造成的电池短路引起的。本文探讨了电池生产过程中飞铅产生的主要原因，应用流程能力分析直观地了解工艺现状，确立改进方向，并通过DOE试验指导优化工藝控制参数以达成质量提升的目的。

关键词：B19型铅酸蓄电池；COS；流程能力；Gage R&R；DOE；箱形图

1 COS生产工艺流程示意图及关键影响因素

COS是Case-On-Strap的缩写，是指用铅将各组电池单元极板的极耳熔铸在一起，其品控的好坏体现在良好的浸润及平整的外观，量化的检测指标是COS厚度。

2 COS外观及厚度检测规范

在生产实践中，为了避免虚焊，操作工倾向于添加过量的铅浆，提高COS厚度。虽然这样做看起来比较安全，但其实只是掩盖了导致极耳不齐、浸润不良、设备失常等的深层次的问题，此外，添加过量的铅浆还容易引起飞铅并进而导致电池短路、铅消耗量增加等问题。过去虽然对这一问题有过很多讨论，但由于种种原因没有基于数据和试验的研究报告。本文基于大量实际生产数据和DOE实验设计阐述了我们在这一领域的研究结果。

COS熔铸过程时间很短，每个周期仅有15-20秒的时间，但过程中有很多的影响因素会对COS厚度均值及一致性产生影响。

在深入研究各影响因素与COS厚度均值及一致性的关系之前，先来看一下当前（生产工艺改进前）COS实际流程能力水平。

3 COS厚度流程能力分析

从下图可以直观地看出COS厚度均值为8.2毫米，远远超出了6-7毫米的规格指标范围，而且厚度波动极大，如果仅仅简单地减少铅浆注入量以降低COS厚度将产生大量虚焊而导致电池报废，因此首先要找出影响COS厚度波动的关键因素并加以改善，缩小波动范围，然后再调整工艺参数，降低铅浆注入量来减小COS厚度到规格指标范围内。

经过反复观察和研究，我们确定了以倾注时间、排空时间、泵速、液位等因素对COS厚度一致性的影响来进行DOE实验设计。

4 COS厚度流程能力分析（DOE优化后）

从上述分析可以看出，均值及波动范围都有所降低，厚度减少了0.7毫米，但所有样品的测试结果均大于6.0毫米，没有超过下偏差而产生的不合格，比之前有明显的改善，但与规格范围相比依然存在很大差距。

此外，上述结果也表明除了我们之前所研究的各项可控因素之外，还有一些过去忽略的噪声因素在发挥着更大的影响，因此必须对哪些之前被判断为不可控的噪声因素重新加以研究。这其中最主要的噪声因素就是COS模具脱模剂的使用，而这一因素就像屋子里的大象，虽然明明是一个巨大的存在，但由于诸如高昂的替换成本、技术保护等原因往往不在一般的改善项目之内加以考虑。

5 不同脱模剂对厚度影响的对比

使用TBS脱模剂，各单元格组内偏差很小，说明生产的一致性较高；而组间偏差相对组内为大，这主要是模腔之间的微小差异导致的，无需调整。而使用原有的脱模剂组内偏差明显大于组间偏差，说明产品的一致性（可重复性）较差，换言之，就是同一模腔所反复浇铸出的COS厚度变化无常，无法控制。经过前面对工艺控制参数的优化并改用新型脱模剂后，COS厚度波动范围显著降低，使得降低均值成为可能。

6 COS厚度流程能力分析

与最初的COS厚度流程能力分析相比，厚度分布的主体已经大部分落在规格上下限之间，流程能力指数由原来的负数提升到了0.69，取得了巨大的进步。经半年多的运行，没有再发生由于飞铅而导致的缺陷件，而且每个电池减少了81.7克铅使用量，单单此项每年可节省成本2万4千美元，这些研究成果逐步扩展到其他型号的产品后将带来超过11万美元的成本节约。