SPC和螺纹制造

在统计过程控制和其他类型的过程控制机制被引入近70年后,最终成为现代制造业的一个组成部分。不幸的是,尽管在制造业的其他领域取得了良好的成功,但这些有助于高效生产螺纹部件的全部潜力还没有在广泛的范围内实现。虽然很难找出造成这种反应冷淡的所有潜在原因,但主要原因之一是难以确定与线程操作相关的关键过程变量,以及与过程控制的基本理念不相容的线程检测系统的广泛使用。

为建立成功统计过程控制程序的先决条件来说是线程组件的先决条件是选择线程检查系统的选择。正确瞄准制造过程的能力是任何SPC驱动系统的必要条件,对于有效生产螺纹部件绝对关键。此外,穿线操作的固有困难几乎需要一种检测系统,其能够区分与与尺寸和形式的相互依存相关的尺寸或变化直接相关的变化。没有这种能力知识和对线程操作的理解有限。鉴于这些基本要求,将指示线程检查的变量纳入过程控制系统是虚拟必需品。属性数据简单地用于线程操作的统计控制。

此外,甚至变量线程检测系统在用于过程控制之前也应该接受仔细的检查。虽然ASME B1.3M可能声明“对某一特性指定的任何一个量具的接受应成为该特性接受的标准”,但实际情况驳斥了这种过度概括。虽然标准可能意味着技术上的对等,但在功能三卷和功能部分之间存在着重大的技术差异。环形功能辊的设计局限性掩盖了关键螺纹元件的全部偏差和特性,如螺旋轨迹偏差、180O不圆度和小直径过大。线段轮廓,它包含一个真正的螺旋路径,消除了这些问题。

如果不考虑最终的验收标准,对过程及其内在能力的初始评估是不完整的。统计过程控制或任何其他过程控制系统只有当评估过程变化的可行指标牢固地到位时,才能保持其有效性。在大多数情况下,这个指标是基于尺寸公差。如果定义这些公差和允许的标准和规范是错误的,误导性的,或不完整的,SPC的整个概念失去所有的意义。在开发一个有序控制线程操作的系统时,仔细评估管理标准和规范是必要的。带有标准和规范的不合逻辑的结构不可避免地会在验收和统计过程控制之间产生无法解决的冲突。幸运的是,在MIL-S-8879C、MIL-S-7742D和MIL-S-1222H等规范中包含了与System 22类似的默认检查级别,消除了这种混淆。福特汽车公司和通用汽车公司内部生成的工程文件也调用了System 22线程检查。

在程序的开发阶段,由于缺乏将过程控制机制集成到螺纹部件制造中的全面指导方针,使得程序的开发更加困难。虽然有各种各样的优秀资源材料专门用于一般的过程控制,特别是统计过程控制,但专门处理线程处理的独特方面的唯一文件不是范围有限,就是专门用于单一的局部兴趣。福特汽车公司(Ford Motor Company)和通用汽车(General Motors)等机构在教育供应基础方面做得很好,令人钦佩,但其他类似的努力却寥寥无几。在一个令人惊讶的发展中,尽管少数人致力于澄清统计过程控制的努力,ASME B1螺纹委员会最近停止了澄清许多控制螺纹过程的过程相关方面的努力。希望委员会中单一利益的政治风向能够改变,ASME B1将重新摆出积极颁布服务于行业整体利益的标准和文件的正确姿态。

在完成初始评估阶段后,可以集中对过程本身进行严格的审查。此时,识别与螺纹制造直接相关的关键工艺变量是至关重要的。不幸的是,定义螺纹的复杂几何结构不具有简单的解决方案和方法。与制造操作中的许多特性不同,螺纹的变化不限于简单的尺寸变化。虽然节径尺寸的变化是显著的,但功能或有效尺寸也是有效控制线程操作的关键过程变量。在FED-STD H-28中定义为“所有外形变化的累积效应”,功能尺寸与节径尺寸定义的公差限制相同,并包括引线和侧角误差对节径尺寸的整体影响。这些不同的相互依赖的维度之间的差异反映了过程中所有螺纹形式误差的总和。

这两种不同但又相互关联的螺纹几何表达式的相对重要性,增加了选择用于螺纹制造统计控制的关键工艺变量的难度。从工程角度来看,由于其在最终性能中的核心作用,节距直径得到了关键的考虑。几乎所有螺纹连接强度的数学计算在某些方面都依赖于节径尺寸。相反,功能直径尺寸等同于组装能力。虽然这些考虑并不是统计控制线程过程能力的核心,但它们是客户满意度的总体总体质量原则的基石,应该得到仔细的审查和考虑。

关键的困境是:控制节径,确保最佳性能,但风险选择组装,或控制功能直径尺寸,确保组装,同时牺牲长期可靠性。在许多情况下,这种矛盾的僵局可以通过在任何工艺评估中同时考虑节距直径尺寸和功能尺寸来解决。两者都被认为是关键变量,并同时用于过程的控制。虽然有点麻烦,但这种方法毫无疑问具有吸引力,并且特别有助于建立初步能力。

在确定过程能力期间通常使用的键特征是功能尺寸和俯仰直径尺寸之间的差异。如前所述,所有螺纹形式变化的总幅度反映在差分中。仔细分析功能和俯仰直径尺寸之间差异的最终原因可以隔离机器设置和工具中的问题区域。在生产过程中对差速器的勤奋监测可以检测整个过程中的分解或过程的各个组件。如果仅使用功能尺寸用作控制机制,则不可能在初始制造设置中隔离过多的形式误差或由于过程和工具劣化。所有过程控制系统都基于消除变化及其原因。任何无法确定蒂芙尼的珠宝或彻底垃圾之间差异的检查系统会为流程变化有序检测和控制创造了一个有问题的基础。

随着过程知识的增加,越来越多与能力直接相关的数据变得可用。不幸的是,绝大多数线程操作都不符合最优条件。尽管有良好的意图,但几乎不可能消除引线误差或角度误差的影响,作为变化的来源。因此,节径尺寸和功能尺寸之间的差异相对于节径公差来说是比较大的,经常超过总公差的50%。在这些情况下,必须考虑实际情况。在问题解决和消除变异之前暂停生产不是一种选择。故意违反已确定的公差会导致最终的拒绝,并可能引起客户关系的对立。相反,应该开始与过程的能力直接相关的妥协和调整。在短期内,这些考虑包括增加对工艺的监视,而不是最佳生产运行,以及广泛的改进可能性分析。长期的系统改进可能包括机械和工具的升级,广泛的操作员培训,以及管理目标和方向的改变。 In any event, the quest for continuous improvement will establish a firm basis for a successful process monitoring and control system.

随着线程过程的统计控制的程序演变的程序,对于没有牺牲关键信息的简单性的欲望变得至关重要。此时,已经利用标准SPC技术来识别和隔离随机变异源。随着该过程达到统计控制点,有足够的信息有关穿线过程,不仅可以改进过程本身,而且还在控制装置和控制方法中。此时,对数据的检查可能表明,间距直径尺寸和功能直径尺寸之间存在微不足道或小差异。换句话说,已经最小化了铅误差或角度误差对过程的影响。鉴于该过程知识,可以得出结论,控制单个变量或特征的控制将确保控制相互依存的特征。虽然这种假设可能是统计有效的并且肯定会简化控制机制,但是利用用于监视和控制过程的机制的任何改变至关重要,牢固地基于内部产生的经验数据。

在一些先进的系统中,自变量的控制对线程过程的成功至关重要,已经显示出巨大的前景和效益。通过在实际螺纹制造之前对坯料直径的控制,螺纹成形操作已经显示出显著减少了工艺变化。虽然这种控制方法作为线程操作的总体统计控制的一部分非常有用,但它不能代替实际进程的控制。

在开发螺纹制造统计过程控制系统时,选择和定位目标上的过程是另一个主要考虑的问题。通常与选择关键过程控制变量并行构建,这一步对于过程在一致的基础上满足规范或客户需求的能力至关重要。再一次,节径尺寸和功能直径尺寸这两个相互依赖的变量的存在以及不可避免的差异提出了一个挑战。尽管对统计控制的进程进行了改进,但几乎不可能从线程操作中消除所有进程错误。换句话说,这个差异在功能尺寸和节距直径尺寸之间创建了一个分离。因此,这是完全正常的,甚至有利的目标功能直径尺寸在不同的位置,而不是间距直径尺寸。鉴于线程制造环境,正常情况下的最优目标值控制节圆直径的大小通常是在一个点之间的过程均值和最低材料限制,而最优目标函数之间的直径大小是过程均值和最大的材料限制。为了确保过程的稳定性以及符合性能和装配的期望,过程改进的全部重点应该集中在消除这些不同但相互关联的线程大小表达式之间的差异的影响。

定义制造操作的过程能力的具体指标也创造了争议和混乱。CP,一个统计索引定义过程能力而不考虑过程中心,和CPK,统计指标描述了描述了相对于公差的平均值的过程能力,均广泛应用于各种SPC程序。然而,CPK的固有偏差对于靶向规范的必要性意味着否定为控制线程操作的大部分值。除非在系统中内置CPK的具体妥协和关于CPK的澄清,否则CP可以是在表达线程制造过程的能力时比CPK更有价值的指标。

在鼓励或甚至要求使用CPK的情况下,如果通过引入其他工艺能力指标来缓和其对工艺均值的固有偏差,该指数确实保持有效性。如前所述,将流程定位在规范限制内的其他位置可能是可取的。受后续操作影响的操作,如添加漆面和热处理,是这种类型的“偏心”打靶的典型例子。这种方法的过程定位将产生一个CPK,这表明有一个可能性,有很大一部分的生产将超过该规格限制。然而,根据应用程序,这个条件可能指示最佳的工艺目标。在这些情况下,比较CPK和CP可能是有利的。如果CP表明了一个高度的过程能力,“目标均值”的必要性是最小的。该过程可以集中在一个最适合高效生产的点上,并通过有意的CPK偏移来表达围绕最佳目标的中心性程度。在这些情况下,虽然CPK并不代表传统意义上的最佳工艺分配,但它确实使单个制造作业的能力最大化。对制造工艺的深入了解,包括控制所有可能的工艺变化的能力,是开发和延续这类程序的必要条件。

开发一种基于统计过程控制参数的高效、经济的螺纹零件制造方案是一项具有挑战性的工作。然而,经验证明付出的代价是值得的。今天,数百家不同的公司正从现代制造业的最新奇迹中获益。这些系统已经就位,运行良好。每天都超出客户的期望。还有一些公司正在研究引进参数,并为建立先进的过程控制系统奠定基本框架。然而,有太多的组织拒绝接受改变。他们空洞的姿态使他们平庸和灭亡。