基于QFD和FMECA技术的汽车覆盖件模具设计

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基于QFD和FMECA技术的汽车覆盖件模具设计
: t* x3 v+ @0 l) R+ H周敬勇、谭永明21.合肥职业技术学院(安徽合肥230011)2，青岛和硕环保科技有限公司（山东青岛266101)
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. |% J0 K7 t6 T7 f% f【摘要】单件及小批量生产和缺少数据积累带来的重复和低效生产，一直是困扰汽车覆盖 件模具发展的“瓶颈”。随着QFD和FMECA技术的产生，企业可以采用系统、全面和标准化的方法，在模具设计、制造及试模阶段就能发现可能出现的故障，在前期就可以进行设 计更改，从而可以避免造成损失，取得良好的经济效益和社会效益。以卡车门内板翻边整 形模具为实例，介绍了QFD和FMECA技术在汽车覆盖件模具设计中的应用方法。
) k& Z. B7 H1 q3 s' N  O/ |, S关键词：质量屋；汽车覆盖件；模具；QFD和FMECA；应用
; a  i$ c- S7 h% f1  引言
8 O7 Y/ K0 l- n4 [. s随着经济发展和人民生活水平的日益提高，汽车 进入了普通家庭，从而也带动了汽车市场的蓬勃发 展，虽然近几年由于市场出现饱和而导致增速减缓， 但中国仍然是世界上汽车增速强劲的国家之一。
/ x8 L' C. L% y4 Z, j+ T% J' f基金项目：安徽省高等学校省级质量工程项目 “基于行动导向的高职模具专业课程体系改革与创新 实践研究”（项目编号：2018jyxm1063)；合肥职业技术 学院自然科学项目“基于逆向工程的产品建模与数控 加工研究”（项目编号：201814KJA005)。
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' `# D  \" D. l) s" x; t& ]1 z    市场竞争的加剧对作为70%汽车零部件加工方式的 模具加工提出更高的要求，覆盖件模具又作为汽车模 具中最为复杂和最为重要的模具，存在生产批量少、 制造周期长、结构复杂及种类多等特点，相对质量要 求更为苛刻，它也成为保证汽车整车质量的根源核 心，各大汽车制造厂也都在该方面投入了巨大资金和 人力，以提高在市场中的竞争力。
    质量功能展开QFD(Quality Function Deployment)是把顾客或市场的要求转化为设计要求、零部件特 性、工艺要求、生产要求的多层次演绎分析方法。 通过质量屋可以清晰地体现问题和产生原因间的关 系及权重，根据因果更好地进行质量改善。FMECA(Failure Mode and Criticality Analysis)以是以 工程实践为基础，分析产品所有可能的故障模式及其可能产生的影响，并按每个故障模式产生影响的严重程度及其发生概率予以分类的一种自下而上的归纳 分析方法
! ^0 }5 Y0 ~6 |) ~5 J# `" C    应用QFD和FMECA技术对汽车覆盖件模具质量问题和产生原因进行解析总结，通过逻辑关系推导展示问题的相连关系，为覆盖件模具的设计和质量的提 升提供合理依据。
' [' h4 ^2 c1 y, O9 l5 j  U, V6 b0 J4 f2   QFD在覆盖件模具设计上的应用
. ~& Y  R+ T  Y; k! ]* A5 O5 ]    作为产品质量的源头，设计环节关系到产品最初的质量导向,充分的调研和问题解决经验的积累，可以 避免产品开发中的一些“弯路”。QFD在新品研发方案 制定方面，可以直观的列举要求和产生原因之间的逻 辑关系，通过“质量屋”和矩阵的形式将信息量化，便于准确、快捷、有效地找出出现各种质量的原因和影响程 度。本文以1028轻卡车门内板翻边整形模具为实例 进行的可靠性研究方法分析。如图1和图2所示，覆盖件模具的主要组成:上模板、下底板、凸模、凹模、压料 板、导板和标准件(弹簧、螺钉等），其中凸模和凹模是 最关键部件，也是问题最多的部件。汽车覆盖件问题 和翻边整形模具对应问题如图3所示。质量屋能够反 映汽车覆盖件模具设计、选材和加工装配对成品件的 质量产生的影响度，各项工程措施(质量原因的重要 计算，表明取值越大，表明该项质量原因就越重要，也就是质量控制中的“关键因素”应重点控制。通过质量屋可以清晰看出“板料偏薄”对轻卡车门内板成品件影响最大，其次是“压 料板间隙过大”和“压料板形状不符”,不仅因为尺寸 不符会影响到后续车辆组装，还会因为错位将前序拉 伸模正确形状压坏，在设计加工中需要配研和测试以 免影响制件质量。对产品影响最小的因素是“翻边切 入深度偏大”和“板料偏硬材质”，实践证明翻边时凸模伸人凹模尺寸大于设计要求,能够让翻边角度更符 合要求，但是有可能因此增加压料板的负担，而对制 件的压痕较重;选用偏硬的材料，会增加回弹系数和 冲压载荷,导致翻边角度不符。通过原因相关等级显 示，“板料偏薄”在“翻边刃口间隙大于公差”时会增加其影响效果，例如让翻边角度更加偏离要求，加剧了产品质量的降低。

5 _3 H3 a) c% |7 j2 Q2 y8 A3 h! Z质量屋的右端为制件市场竞争力的对比，通过 与“一汽模具”的对标，能够突出的显示成品件在哪些方面与对标方的差距，“一汽模具”在制件的外观 形状、压痕控制和尺寸把控上做的更为突出，后期通过在这些方面的提升，缩短与竞争对手之间的差距。 技术竞争力评估是控制制件质量而设计制造模具的 技术能力的一种对比估算,通过对比找出差距存在点,
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    通过技术方面的提升来提高制件的质量，汽车覆盖件 板料选材的厚度和硬度控制是对制件影响最大的因 素，模具制造过程中的压料形状和与板料间的间隙控 制也是模具制造质量的重要指标，在这些方面的改善 能够提升产品的整体技术水平。
7 i; _# C, f  [7 H9 i7 K, R+ E5 v, x    将模具设计和调试中出现的质量问题作为 的输人条件，模具设计质量控制系统将自动对“模具 质量数据库”进行检索和分析,快速准确地找到引起 质量问题的各种可能原因及其对质量问题的影响程 度，从而从关键因素人手有效地解决质量问题。可见QFD在模具设计质量评价和分析中能进行准确有效 的质量诊断和评价，具有一定的准确性和有效性。
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3     FMECA在覆盖件模具上的应用
    FMECA和QDF技术具有一定的相似性，都是钍对制件质量问题及原因进行总结分析，但FMECA更为细化的针对模具组成零件分类,各组成单元潜在故障模
  e5 U/ [: T  ~5 s- O. ]式及其对模具功能的影响进行分析，并把每个潜在故障模式按其严酷程度进行分类，以提高模具的可靠性，同时对故障的危害性进行分析。在覆盖件模具 生产加工组装环节的更为适用。通过图1轻卡车门内板翻边整形模具装配图可以看出，该模具可以分为精密件(主要件）、结构部件(辅助但必要件)和标准件，对于翻边整形模具一般采用的是孔和型定位，确保定位精度的同时便于半成品的放取，分类如图4所示。
! d% Y: ~& B6 G) j$ h6 I     FMECA作为故障分析的有效方法，主要用于装备的设计和研制阶段，对于覆盖件模具出现的故障诊 断主要来自多年的质量问题数据整理，根据零件分类 储存。利用FMECA对数据库进行诊断分析。首先需要判定数据信息的有用有效性，并且通过经验积累和资料查询手段来完成，从数据资料中保留有用信息，FMECA中有用的信息包括:故障征兆、故障原因、故障元器件、故障模式及其危害度和发生概率、检测方 法等等多方面内容。
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7 q; ]. F1 A! V- [$ H    FMECA对此类问题及信息通过数据库积累和实 时更新故障率。其方法为将获取的故障原因找到产 生的系统部件及其发生事件，建立故障树对每个部件 和发生事件相关度进行排序，将可能性最高的部件及 事件作为故障首选，通过专家评判进行验证，如果相 符则排除其他原因，如果判定不成立则排除此部件及 发生事件，将故障重新排序，重新按流程验证，直至找 出正确部件和发生事件”。使用技术通过对 轻卡车门内板翻边整形模具分类零部件的故障模式 影响分析表如表1所示。分类零部件的故障模式影响分析表是将故障对 模具的使用以及成品件的质量影响的展示，对故障出 现的影响度、概率、出现时的状态、检测手段以及补救 措施进行全面总结分析' 通过表里信息分析如下：
    (1) 严重度的显示。严重度类别分为4类：I类 (灾难性)会引起人员死亡和系统毁坏故障；II类(致 命性)引起人员严重伤害、重大经济损失或导致任务 失败的严重损坏；I类（临界性)引起人员轻度伤害、 有一定经济损失或导致任务延误或降级的系统轻度 损坏；以类(轻度性)不足以导致人员伤害，一定经济 损失或系统损坏的故障。凸、凹模崩刃、导板间隙不匀或不垂直和上、下模 板不平行对模具和制件的影响最大，都发生在模具的调试阶段，在试模之前，对此几项重点监测可以避免带 来损失，提高试模的成功率。凸、凹刃口磨损是一个无 法避免的长期过程，长时间才能对模具和制件的质量 才产生一定影响，属于轻度影响;压料力不足和卸料不 畅会影响操作效率,对使用和制件质量仅有轻度影响。
1 o4 e: L( r- @6 x/ P$ b    (2) 发生概率的显示。采用的是定性分析法，分为五类一级经常发生〉20%； 8级有时发生10%〜 20% ；0级偶然发生10%；0级很少发生 1%；2级极少发生〈0,1 %。
4 n1 B$ E5 ~  Y4 E2 l    凸、凹模崩刃、导板间隙不匀或不垂直和上、下模 板不平行发生的概率是最高的。通过经验不难发现， 他们之间是相互影响产生的，导板间隙不均匀会导致 模具上下运动不平行从而导致崩刃的机率增加，而 上、下模板的不平行导致模具不平行运动，导板不垂 直也会加大崩刃的风险，他们多发生在调试阶段，都 会由于加工和安装等多种因素而产生。机械化装置 的卸料不顺和弹簧的压力不足,一般在安装调试时试 模前就可以发现，设计合理安装到位就很容易避免， 所以属于极少发生的问题。
    FMECA作为设计工作的一部分，强调“设计和分 析相结合”的原则，主要是便于及时改进,实现目的明确管理务实，实现质量可靠研究和设计协同进行, 有效分析及验证，便于经验积累和产品质量的提升。
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