基于六西格玛的零件厚度尺寸控制的研究与应用

张钱钱，贺 皑

（航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司，四川成都 610092）

0 引言

随着制造业轻量化进程，铝合金型材更加广泛地应用于飞机等飞行器的主要骨架零件[1]。T 型材因其抗弯能力强、节约成本、结构重量轻等特点，被广泛的应用于航空制造业，在制造过程中，通过对T 型材进行拉弯后机械加工，满足不同飞机、不同部位的需求。以该典型零件为例，研究如何应用六西格玛方法，通过数据统计、分析，找出影响厚度尺寸的关键Xs，实施改进工作，提高零件合格率，降低端面厚度尺寸超差的DPMO（Defects Per Million Opportunities，百万机会的缺陷数）。

1 项目简介

目前，T 型材拉弯后零件外形面和内型面均需要进行机械加工，但是在加工过程中，零件端面厚度尺寸超小，且加工质量非常不稳定，严重影响了产品交付和公司印象，顾客抱怨，要求尽快改进。为满足顾客要求，提高零件端面厚度的合格率，基于六西格玛方法，对T 型材拉弯后端面厚度尺寸进行研究和应用。

2 项目介绍

2.1 组建团队

根据端面缘条厚度尺寸超差的历史数据，确定题目，成立项目团队，团队成员包括工艺主管、工长、工人及检验人员。

2.2 项目定义

2019 年1 月到2020 年4 月，某项目T 型材零件共生产59件，厚度尺寸实测值超出8.89±0.25 mm（8.64～9.14 mm）共计34件，端面缘条厚度尺寸（Y）的FTY 为42%，产品合格率较低，顾客抱怨，要求改进。

将某项目的该类零件的厚度尺寸的DPMO从580 000 降低到116 000，改善80%。

以数据为基础，从而确定缺陷定义——用精度0.01 mm 超声波测厚仪对端面100 mm 内厚度尺寸进行检测3 次，记录最大值和最小值，如图1 所示，团队成员经过对出现该类零件的故障进行调查，发现厚度尺寸整体偏小，因此将最小值作为研究对象。

2.3 解题思路

进一步分析发现，DM 阶段历史数据均值（8.52 mm），相对理论均值（8.89 mm）小0.37 mm，为了提高厚度尺寸合格率，首先需要解决厚度偏小问题，提高准度。

在Minitab 软件中，将历史数据整体增大0.37 mm 后，从图2 可以看出：理论上均值往目标区间移动，且大部分厚度尺寸落入规格线内，但是波动较大。通过数据初步分析，考虑先移动厚度尺寸平均值，再减小尺寸波动，提高精度。

2.4 工艺路线分析（图3）

图1 缺陷部位定义

图2 模拟数据时间序列图

图3 工艺路线分析

分析该零件的工艺路线，该零件的工艺路线主要包含“粗加工→拉弯成形→人工时效处理→精加工”4 个步骤，其中厚度尺寸形成于精加工工序。进一步分析精加工内所有工艺路线，发现加工主要流程为“装夹零件→精铣外型，A 面内型→精铣B 面内型”，厚度尺寸由精铣外型和精铣B 面内型共同形成。

2.5 原因分析

团队成员运用头脑风暴法，从5M1E（即人、机、料、法、环、测）6 个方面入手，分析可能导致厚度超差的原因，如图4 所示，并确定了可能影响明显的尺寸，X1 粗加工余量、X2 定位面间隙、X3 原点偏移方式、X4 刀长调整值、X5 操作人员，作为收据收集的对象，制定了数据收集计划表。

经过数据验证，通过Minitab 中进行回归分析，发现X1、X2对厚度Y 的贡献率分别为23.2%、55.8%，贡献度达到79%，从而从数据上，找到了影响Y 的关键Xs（图4）。

2.6 机理分析

通过数据分析可以得到，粗加工余量、定位面间隙是影响Y的关键Xs，接着从机理对Xs对Y 的影响进行分析。

2.6.1 粗加工余量

零件理论边界最大处要求为14 mm，而粗加工后，实际材料最大处仅14 mm，由于材料曲率与零件曲率不同，且拉弯后，所有表面均要进行去除加工，因此粗加工余量不足会导致厚度尺寸整体偏小，如图5 所示。

图4 因果图分析

图5 粗加工余量

2.6.2 定位面间隙

常规的精加工方案，将滚弯、人工时效后毛坯面作为加工外形的基准面，由于拉弯后表面凹凸不平，导致定位面不平整，加工中缘条容易晃动，导致厚度尺寸波动较大，如图6 所示。

图6 定位面间隙

通过机理分析可看出，粗加工余量和定位面间隙分别是导致厚度尺寸超差的原因，与基于数据的原因分析结论相同，因此，将粗加工余量调整和定位面间隙控制作为项目主要改进对象。

2.7 流程梳理与改进

团队成员对加工流程进行分析后，发现在“精铣外型和A面内型面”时，直接采用拉弯时定位面，加工时不稳定，从而造成缘条尺寸波动，因此在精铣前，增加了“修基准面B”工序，保证定位面间隙受控，改进前后流程如图7 所示。

2.8 项目改善

2.8.1 增加粗加工余量

更改工艺方案，经过3 次试验验证，确定粗加工留余量3.3 mm，减少了精加工时余量不足的现象，能够较好的保证厚度尺寸的合格率。

试验验证时，因钣金拉弯机和模具需根据余量变化进行返修，返修周期较长，无法实现单件分析，所以取3 个余量增加尺寸，分别为0.3 mm、2 mm、3.3 mm进行验证，最终当余量取至3.3 mm 时，厚度尺寸均值达到8.90 mm，与理论均值大0.01 mm，因此选3.3 mm作为改善目标。

2.8.2 控制定位面间隙

增加修基准B 面工序，将毛坯面修平后用作A 面定位基准面，根据拟合线图，间隙控制在0.1 mm 范围内，厚度尺寸稳定。通过修改车间交接、制造大纲。

2.9 项目控制计划

图7 流程梳理与改进

根据改善要点，在流程中增加粗加工余量、定位面检查的环节，对关键因素进行控制，项目的控制计划见表1。

2.10 项目改善效果

通过上述的流程改善，完善关键的X1 粗加工余量、X2 定位面间隙的因素后，项目的改善情况对比如图8 所示，项目的改进控制阶段完成情况较好。

项目改善后，实际将95204 零件厚度尺寸的DPMO 从580 000 降到62 500，改善89.2%。

2.11 风险评估及管理

在对关键因素增加粗加工余量、修基准面改善后，需事先评估改善关键因素可能带来的风险。采用FMEA方法进行风险评估分析（表2），经分析后，RPN<120，属于低风险，无需继续改进。

表1 流程控制计划数据单

表2 FMEA 分析

图8 厚度Y 的尺寸序列图

3 结束语

通过对六西格玛项目的开展，团队成员紧密合作，通过对数据统计、分析，找到了影响该问题的关键Xs，提高了该零件的一次合格率，使零件整体的质量得到了提升，并为后续T 型材拉弯后机械加工尺寸保证、企业六西格玛应用积累经验。