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廣東堅(jiān)美鋁型材廠有限公司  羅正軍

 

摘要：質(zhì)量是“一組固有特性滿足要求的程度”，本文選取鋁型材開口尺寸、壁厚兩個(gè)質(zhì)量特性值作為代表，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比GB5237.1-2008標(biāo)準(zhǔn)要求、產(chǎn)品使用要求，計(jì)算鋁型材擠壓過程能力指數(shù)，分析鋁型材幾何尺寸質(zhì)量控制重點(diǎn)，探討鋁型材生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量管理思路。

關(guān)鍵詞：建筑鋁型材；幾何尺寸；要求；過程能力

    中國的建筑鋁型材及制品從70年代末進(jìn)口建筑鋁型材和鋁門窗，到現(xiàn)在中國的建筑鋁型材、門窗及門窗幕墻工程已經(jīng)出口到世界各地。短短幾十年，中國建筑鋁型材產(chǎn)品質(zhì)量水平，得到了包括歐美和日韓等國家的認(rèn)可。這主要?dú)w功于以下幾個(gè)方面：

    1）標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水平提高，市場(chǎng)用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)格要求促進(jìn)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步；

    2）引進(jìn)和消化吸收了大量先進(jìn)的加工技術(shù)與裝備；

    3）鋁加工企業(yè)廣泛推行ISO9001質(zhì)量管理體系，質(zhì)量管理系統(tǒng)得以建立。

    雖然我國鋁材實(shí)物質(zhì)量水平得到了世界的認(rèn)可，但不可否認(rèn)，我國在高端的工業(yè)鋁材生產(chǎn)方面還存在較多不足，例如：擠壓成型精度不高，模具設(shè)計(jì)、制造等方面的研究還不夠深入，產(chǎn)品成品率較低等，產(chǎn)品質(zhì)量跟國外先進(jìn)水平還有較大的差距。

    為更客觀了解擠壓過程現(xiàn)狀，客觀分析擠壓過程能力，我們現(xiàn)場(chǎng)抽取大量測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，本文選取其中兩個(gè)常規(guī)建筑型材（如圖1、圖2）的質(zhì)量特性值：85系列推拉窗上方的開口尺寸和100×25管料的壁厚，對(duì)比GB5237.1-2008標(biāo)準(zhǔn)要求、產(chǎn)品使用要求，計(jì)算鋁型材擠壓過程能力指數(shù)，分析鋁型材幾何尺寸質(zhì)量控制重點(diǎn)，探討鋁型材生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量管理思路。

 

圖1	圖2

 

1  建筑鋁型材幾何尺寸要求

1.1  產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求

    GB 5237.1-2008《鋁合金建筑型材 第1部分 基材》標(biāo)準(zhǔn)是在原GB 5237.1-2004的基礎(chǔ)上，參照美國ANSI H35.2《美國鋁素材尺寸偏差標(biāo)準(zhǔn)》、日本JIS H4100《鋁及鋁合金擠壓型材》、歐盟EN12020.2《6060及6063鋁及鋁合金精密型材 第2部分：尺寸及外形允許偏差》和 EN755.2《鋁及鋁合金擠壓棒、管、型 第2部分：力學(xué)性能》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編制。幾何尺寸的標(biāo)準(zhǔn)要求等同或嚴(yán)于國外標(biāo)準(zhǔn)要求，GB 5237.1-2008標(biāo)準(zhǔn)水平達(dá)到國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)水平。

    GB/T8478-2008《鋁合金門窗》5.1.2.1.2條款規(guī)定：“有裝配關(guān)系的型材，尺寸偏差應(yīng)選用GB 5237.1規(guī)定的高精級(jí)或超高精級(jí)”。因此，上方開口尺寸允許偏差分為高精級(jí)和超高精級(jí)精度等級(jí)查表，不考慮普通級(jí)數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

    查GB 5237.1-2008《鋁合金建筑型材 第1部分 基材》,表5 非壁厚尺寸（H）允許偏差（高精級(jí)）, 表6 非壁厚尺寸（H）允許偏差（超高精級(jí)）得允許偏差如表1

 

表1 上方開口尺寸允許偏差

測(cè)量點(diǎn)	H尺寸 /mm	測(cè)量點(diǎn)到基 準(zhǔn)邊距離/mm	允許偏差/mm
			高精級(jí)	超高精級(jí)
1＃	28.40	15	±0.35	±0.22
2＃	28.40	0	±0.21	±0.15
3＃	28.40	33.2	±0.43	±0.22

 

查GB 5237.1-2008《鋁合金建筑型材 第1部分 基材》,表3 壁厚允許偏差得允許偏差如表2

 

表2 100×25管壁厚允許偏差

公稱壁厚/mm	允許偏差/mm
	普通級(jí)	高精級(jí)	超高精級(jí)
1.50	±0.30	±0.23	±0.12

1.2  設(shè)計(jì)和使用要求

    從設(shè)計(jì)和使用角度看：上方與上滑導(dǎo)軌的裝配關(guān)系為滑動(dòng)裝配，上方幾何尺寸變化對(duì)與上滑的裝配影響很小，本文不討論這部分內(nèi)容。

    上方與光企（如圖3）、勾企的裝配為緊密裝配，具體裝配尺寸如圖4所示（實(shí)際裝配為90°垂直裝配，圖4只是作為尺寸關(guān)系的說明圖），設(shè)計(jì)尺寸為裝配預(yù)留單邊0.20mm。在門窗制作過程中，光企的拼接部分是由固定模具沖壓切除的，留給上方、下方拼接的尺寸是由模具沖壓尺寸決定，受光企影響小，故本文不討論光企的幾何尺寸問題，僅以沖壓開口尺寸為標(biāo)準(zhǔn)討論上方開口幾何尺寸的匹配問題。

    從獲得理想裝配效果考慮，設(shè)計(jì)和使用要求為±0.20 mm，比國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5237.1-2008的超高精級(jí)的±0.22 mm要求更嚴(yán)格。

    GB/T8478-2008《鋁合金門窗》5.3.2.1條款規(guī)定：“框、扇桿件接縫高低差，相同截面型材≤0.3mm，不同截面型材≤0.5mm；框、扇桿件裝配間隙≤0.3mm”，從設(shè)計(jì)模擬和實(shí)際生產(chǎn)加工過程中的情況看，按±0.20 mm控制上方幾何尺寸，能夠從原材料角度滿足鋁合金門窗標(biāo)準(zhǔn)要求。

                                                     圖3

                                                      圖4

    100×25管料在施工過程中通常作為過渡件或框的依托件使用，無直接裝配關(guān)系，所以，只要滿足設(shè)計(jì)受力要求，100×25管料的壁厚對(duì)工程施工質(zhì)量影響較小?？紤]鋁型材行業(yè)特點(diǎn)，生產(chǎn)企業(yè)與經(jīng)銷商或門窗加工單位大多數(shù)是以重量進(jìn)行結(jié)算，甲方是以加工面積進(jìn)行結(jié)算，基于采購成本問題，客戶通常對(duì)生產(chǎn)企業(yè)提出100×25管料的壁厚控制±0.10范圍，本文以±0.10作為客戶要求進(jìn)行計(jì)算。

2 建筑鋁型材質(zhì)量特性值抽樣

2.1  85系列推拉窗上方開口尺寸數(shù)據(jù)分布

    考慮到上方3＃測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)波動(dòng)大，是質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，1＃、2＃尺寸控制難度系數(shù)小。因此，我們?cè)诔椴闇y(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)選用3#測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如下表3

 

表3 上方開口尺寸數(shù)據(jù)分布

時(shí)間			機(jī)臺(tái)班組			型材編號(hào)		名義尺寸		測(cè)量人員
2010-10-6			XX機(jī)-X班			JM8534A20		28.40		XXX
樣品 序號(hào)	實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)						樣品 序號(hào)	實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
	1＃	2＃		3＃	4＃			1＃	2＃	3＃		4＃
1	28.58	28.50		28.50	28.58		2	28.52	28.54	28.56		28.58
3	28.56	28.50		28.40	28.48		4	28.60	28.48	28.52		28.52
5	28.60	28.46		28.52	28.54		6	28.62	28.46	28.50		28.54
7	28.68	28.56		28.52	28.54		8	28.64	28.42	28.38		28.36
9	28.66	28.50		28.58	28.56		10	28.58	28.54	28.58		28.54
11	28.64	28.46		28.52	28.54		12	28.48	28.42	28.50		28.56
13	28.48	28.50		28.56	28.50		14	28.50	28.56	28.54		28.52
15	28.46	28.40		28.38	28.38		16	28.52	28.48	28.42		28.50
17	28.42	28.42		28.50	28.46		18	28.60	28.60	28.56		28.58
19	28.56	28.60		28.54	28.56		20	28.50	28.52	28.50		28.56
21	28.56	28.68		28.48	28.54		22	28.54	28.40	28.50		28.56
23	28.56	28.50		28.52	28.56		24	28.42	28.56	28.48		28.50
25	28.58	28.58		28.54	28.58		……	……	……	……		……
樣本數(shù)量			平均值				極差				標(biāo)準(zhǔn)偏差
100			28.52				0.32				0.066

 

2.2  100×25管料壁厚數(shù)據(jù)分布

    考慮到管料的壁厚變化比較大，我們選擇了100×25管料的壁厚作為質(zhì)量特性值研究現(xiàn)在擠壓過程對(duì)型材壁厚的控制能力。具體抽查數(shù)據(jù)如表4所示。

 

表4 100×25管壁厚數(shù)據(jù)分布

時(shí)間		機(jī)臺(tái)班組			型材編號(hào)					名義尺寸				測(cè)量人員
2010-10-6		XX機(jī)-X班			JM300114					1.50mm				XXX
樣品 序號(hào)	實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)						樣品 序號(hào)		實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
	1＃		2＃	3＃		4＃			1＃		2＃		3＃		4＃
1	1.47		1.48	1.43		1.45	2		1.43		1.46		1.49		1.50
3	1.43		1.46	1.49		1.51	4		1.43		1.45		1.49		1.49
5	1.44		1.44	1.50		1.52	6		1.43		1.45		1.48		1.50
7	1.50		1.50	1.43		1.46	8		1.43		1.47		1.49		1.50
9	1.51		1.50	1.45		1.45	10		1.44		1.44		1.49		1.49
11	1.43		1.44	1.50		1.50	12		1.43		1.44		1.48		1.49
13	1.43		1.45	1.49		1.50	14		1.49		1.47		1.45		1.42
15	1.46		1.44	1.50		1.50	16		1.46		1.43		1.50		1.50
17	1.44		1.42	1.49		1.48	18		1.45		1.44		1.51		1.50
19	1.44		1.43	1.50		1.48	20		1.51		1.50		1.44		1.45
21	1.47		1.44	1.50		1.50	22		1.47		1.45		1.51		1.50
23	1.45		1.44	1.51		1.51	24		1.47		1.44		1.52		1.51
25	1.45		1.43	1.50		1.49	26		1.47		1.44		1.50		1.50
樣本數(shù)量		平均值						極差				標(biāo)準(zhǔn)偏差
104		1.47						0.1				0.0293

3 建筑型材擠壓過程能力指數(shù)分析

    過程（工序）能力指數(shù)是表示過程（工序）能力滿足公差范圍要求程度的量值。它是公差范圍和過程（工序）能力的比值。一般用Cp表示。

          Cp= T/ 6 σ≈T/6s

     式中  T —公差范圍

           σ—總體的標(biāo)準(zhǔn)偏差

           s —樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差 

    當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量特性值分布的均值μ與公差中心M不重合時(shí)，采用修正后的過程能力指數(shù)CpK計(jì)算，

CpK= （1－K）Cp≈（1－2ε/T）×T/ 6 s

     式中 ε—均值μ與公差中心M的偏移

          K — 均值μ與公差中心M的相對(duì)偏移度

3.1  85系列推拉窗上方開口尺寸擠壓過程能力指數(shù)

3.1.1  按GB5237.1-2008標(biāo)準(zhǔn)，3＃測(cè)量點(diǎn)計(jì)算，超高精級(jí)允許偏差為±0.22mm，結(jié)果如下：

       K＝2ε/T=2×（28.52－28.40）÷0.44=0.545

       Cpk=(1-K)×T÷(6×s)=(1-0.545)×0.44÷(6×0.066)=0.506

    高精級(jí)允許偏差為±0.43mm，計(jì)算結(jié)果如下：

       K＝2ε/T=2×（28.52－28.40）÷0.86=0.279

       Cpk=(1-K)×T÷(6×s)=(1-0.279)×0.86÷(6×0.066)=1.566

3.1.2  按設(shè)計(jì)和使用要求計(jì)算,允許偏差為±0.20mm,結(jié)果如下：

        K＝2ε/T=2×（28.52－28.40）÷0.40=0.60

        Cpk=(1-K)×T÷(6×s)=(1-0.60)×0.40÷(6×0.066)=0.404

 

3.2  100×25管料壁厚擠壓過程能力指數(shù)

3.2.1  按GB5237.1-2008標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果如下：

     普通級(jí)允許偏差±0.30mm

         K＝2ε/T=2×（1.50－1.47）÷0.60=0.10

         Cpk=(1-K)×T÷(6×s)=(1-0.10)×0.60÷(6×0.0293)=3.07

     高精級(jí)允許偏差±0.23mm

         K＝2ε/T=2×（1.50－1.47）÷0.46=0.13

         Cpk=(1-K)×T÷(6×s)=(1-0.13)×0.46÷(6×0.0293)=2.28

     超高精級(jí)允許偏差±0.12mm

         K＝2ε/T=2×（1.50－1.47）÷0.24=0.25

         Cpk=(1-K)×T÷(6×s)=(1-0.25)×0.24÷(6×0.0293)=1.03

3.2.2  按客戶要求計(jì)算,允許偏差為±0.10mm,結(jié)果如下：

        K＝2ε/T=2×（1.50－1.47）÷0.20=0.30

        Cpk=(1-K)×T÷(6×s)=(1-0.30)×0.20÷(6×0.0293)=0.796

 

4 鋁型材幾何尺寸質(zhì)量改進(jìn)方向分析

4.1  擠壓過程能力指數(shù)綜合分析

    要求不同，公差范圍不同，計(jì)算所得的過程能力指數(shù)就不同，得到不同的擠壓過程（工序）能力評(píng)價(jià)結(jié)果，現(xiàn)參考表5對(duì)擠壓幾何尺寸過程控制能力進(jìn)行分析，以客觀定位擠壓過程能力，尋找質(zhì)量改進(jìn)方向。

    數(shù)據(jù)顯示：85上方開口尺寸、100×25管料壁厚，以國家標(biāo)準(zhǔn)高精級(jí)要求為質(zhì)量控制公差要求，擠壓過程能力指數(shù)分別為1.566和2.28，達(dá)到Ⅱ、Ⅰ，過程控制能力處于較高的水平，不合格品率得到嚴(yán)格控制。

    如果以國家標(biāo)準(zhǔn)超高精級(jí)要求為質(zhì)量控制公差要求，擠壓過程能力指數(shù)分別為0.506和1.03，管料壁厚工序能力尚能勉強(qiáng)達(dá)到，上方開口尺寸工序能力就嚴(yán)重不足，不合格品率會(huì)處于急劇上升態(tài)勢(shì)，質(zhì)量成本大幅度提高。如果以客戶滿意的標(biāo)準(zhǔn)來要求，擠壓過程能力指數(shù)分別為0.404和0.796，同樣存在工序能力不足問題。

表5 過程能力指數(shù)Cp值的評(píng)價(jià)參考

范圍	等級(jí)	判斷
Cp≥1.67	Ⅰ	工序能力過高（應(yīng)視具體情況而定）
1.67＞Cp≥1. 33	Ⅱ	工序能力充分，表示技術(shù)管理能力很好，應(yīng)繼續(xù)維持。
1.33＞Cp≥1	Ⅲ	工序能力充足，但技術(shù)管理能力較勉強(qiáng)。
1＞Cp≥0. 67	Ⅳ	工序能力不足，表示技術(shù)管理能力已很差。
0.67＞Cp	Ⅴ	工序能力嚴(yán)重不足，應(yīng)采取緊急措施和全面檢查。

4.2  設(shè)計(jì)開發(fā)部門對(duì)質(zhì)量特性值分別識(shí)別和信息傳遞

    從數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知：對(duì)于大部分產(chǎn)品質(zhì)量特性值，我們現(xiàn)有擠壓過程控制能力，能夠滿足質(zhì)量控制在GB5237.1-2008高精級(jí)要求。

    要提高顧客滿意率，按客戶要求進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，在沒有有效措施提高擠壓過程能力指數(shù)之前，會(huì)面對(duì)不合格品率上升而帶來的質(zhì)量成本提高問題。因此，對(duì)于客戶提出驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為GB5237.1-2008超高精級(jí)，應(yīng)慎重對(duì)待，組織技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)論證，充分考慮質(zhì)量現(xiàn)狀和成本上升后重新報(bào)價(jià)。

    設(shè)計(jì)開發(fā)部門處于與客戶溝通的最前沿，在接到經(jīng)營部門轉(zhuǎn)來的客戶訂單信息后，首先，針對(duì)產(chǎn)品的使用要求識(shí)別質(zhì)量特性值控制級(jí)別，對(duì)影響產(chǎn)品加工制造、最終使用效果的質(zhì)量特性特別注明，按客戶和使用要求標(biāo)注允許偏差范圍，并將相關(guān)信息通過質(zhì)量控制系統(tǒng)傳遞到經(jīng)營、生產(chǎn)、質(zhì)檢等相關(guān)部門。

    要科學(xué)合理協(xié)調(diào)好客戶要求與質(zhì)量成本之間的矛盾，對(duì)影響客戶使用的部分質(zhì)量特性值進(jìn)行針對(duì)性控制，可以取得事半功倍的效果。

 

4.3  過程能力指數(shù)偏低的質(zhì)量特性值質(zhì)量控制

     提高過程（工序）能力指數(shù)的途徑有三種：

     1）調(diào)整工序加工的分布中心；

     2）提高過程（工序）能力，減少分散程度；

     3）修訂公差范圍。

    考慮鋁型材生產(chǎn)的產(chǎn)品特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前鋁加工現(xiàn)狀，要針對(duì)具體不同的質(zhì)量特征值分別分析。對(duì)擠壓過程而言，為延長(zhǎng)模具使用壽命，模具制造以下偏差為基準(zhǔn)尺寸開模，在擠壓使用過程中，拋光、維修中擠出型材逐漸變厚，接近上偏差后模具報(bào)廢，不適用第一種途徑。

    修訂公差范圍，同樣面對(duì)客戶要求和使用技術(shù)要求問題，只能針對(duì)各尺寸變化對(duì)后期加工的影響程度進(jìn)行重要性分級(jí)。對(duì)關(guān)鍵、重要尺寸嚴(yán)格執(zhí)行高等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于對(duì)后期加工和最終產(chǎn)品影響不大的采用放寬公差范圍的第三種途徑。

    通過提高過程（工序）能力，減少數(shù)據(jù)分散程度，是最理想的提高過程能力指數(shù)的途徑，也是生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理努力的方向。

    在現(xiàn)有人員、設(shè)備、原（輔）材料、工藝、環(huán)境、檢測(cè)條件下，按客戶或使用要求，必然有部分質(zhì)量特性值的過程能力指數(shù)偏低，通過特定質(zhì)量計(jì)劃，采取針對(duì)個(gè)別檢驗(yàn)項(xiàng)目提高檢驗(yàn)頻率、使用實(shí)物樣品裝配、計(jì)算機(jī)模擬使用效果、加強(qiáng)質(zhì)量控制點(diǎn)控制等措施，對(duì)保證質(zhì)量、控制質(zhì)量成本有著重要意義。