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[热冲压|热成型工艺] APQP方法在汽车用热成型钢产品开发中的应用

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发表于 2020-4-16 08:56:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
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APQP方法在汽车用热成型钢产品开发中的应用

范红妹1,常树林1, 赵海峰2,夏银峰1
(1.首钢京唐钢铁联合有限责任公司,河北 唐山 063200;2.首钢集团有限公司技术研究院,北京 100043)
【中国汽车材料网】摘 要:APQP是用来确保产品使顾客满意的一种结构化、系统化的方法。介绍了首钢京唐采用APQP工具成功开发出满足顾客要求的汽车用热成型钢。
关键词:APQP;热成型钢

[size=1em]近年来,我国各个钢企还在不断加大汽车用钢的开发力度,面对日益严峻的市场竞争态势,如何在产品质量一致性、高端产品和高端客户开发、制造保障能力和配套服务能力方面取得顾客满意已成为钢铁企业关注的焦点。

[size=1em]APQP方法广泛推行于汽车行业的供应链中,是一种用于产品开发全生命周期的使产品满足顾客要求的结构化方法[1],目的是引导资源,增加顾客满意,促进对风险的早期识别,避免后期更改,以最低的成本及时提供优质产品。首钢京唐汽车板团队在产品开发过程中结合实际产线、工艺、设备、顾客需求等特点,将APQP方法与IATF 16949的要求相结合,应用于汽车板产品的开发过程中。


1 APQP方法概述

[size=1em]APQP是由美国的福特、克莱斯勒及通用三大汽车公司联合编制的,提供给汽车供应商在开发新产品时的一种结构化的质量管理方法,是针对产品质量的先期策划方法,意在帮助质量策划小组开发适当的沟通形势,使供应商能不断地提高效率、降低成本,生产出令顾客满意的新产品。将产品质量策划APQP描述为一个循环(图1),说明持续改善应作为永无止境的追求,是以不断获取经验的方式进行的。同时APQP的过程是不断采取防错措施(图2),不断降低产品风险的过程,这是APQP的核心。

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[size=0.8em]图1 APQP循环

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[size=0.8em]图2 APQP 降低风险

[size=1em]近年来,随着IATF 16949在国内的推行,APQP 方法在汽车供应链企业的产品设计开发工作得到了充分的应用,并取得了很好的效果。


2 热成型钢产品开发背景

[size=1em]随着化工能源与环境问题的日益凸显,对汽车行业排放和油耗的要求越来越高,随着安全法规的不断严格和人们对安全诉求的不断提高,新能源及汽车轻量化越来越受到重视,先进高强钢明显受到汽车厂的青睐,因此超高强度钢板的使用比例逐年提高。由于冷冲压时存在易开裂、回弹严重、难以成形复杂零件、模具损耗严重等问题,因此对于1200MPa级别以上的超高强度钢板,目前多采用热冲压技术进行超高强度零件的制备,热冲压技术利用钢板在高温下塑性增加、成形抗力下降的特点,将初始强度600MPa左右的板料高温加热,随后在具有冷却系统的模具内快速冲压成形和淬火冷却,可获得1500MPa的超高强度零件。下面以热成型钢为例,阐述如何运用APQP方法对其进行质量设计。


3 APQP方法在热成型钢开发过程中的实际应用

[size=1em]结合APQP方法,考虑到钢铁企业实际情况,首钢京唐汽车板开发过程分为五个阶段(图3),分别为产品策划阶段、产品设计和开发阶段、过程设计和开发阶段、小批量试制(产品和过程确认)阶段、批量生产阶段,热成型钢的开发过程严格按照APQP步骤进行来降低风险,每个阶段的要求和目的不一样,但又紧密相关,每个阶段的输出成为下个阶段的输入,APQP小组结合顾客需求和产品自身特点,在各个阶段发挥不同的作用,保证所开发的产品特性满足顾客的要求。

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[size=0.8em]图3 APQP五阶段的实际运用

[size=1em](1)产品策划阶段。本阶段的重点工作是顾客需求识别和制造可行性分析。热成型钢产品的顾客包括了加热工艺、热冲压、冷却、表面处理等工序,还包括物流、包装、采购等相关要求,同时产品的行业和国家标准,安全、环境相关法律法规也属于顾客要求,产品设计时必须进行考虑,首先成立APQP小组,包括销售、研发、制造、设备、物流、质量、顾客、财务等方面的人员都参与顾客需求识别,以保证有能力在产品设计、生产制造和产品交付全过程满足顾客要求。顾客需求识别的方式可以是多种多样的,如顾客访谈、问卷和调查、拜访、电话、邮件等,形成市场调研报告,采用QFD工具开展质量功能展开,即将所有顾客需求转换为功能要求及设计参数,输出设计目标和质量目标以及产品保证计划。

[size=1em](2)产品设计阶段。本阶段是通过设计矩阵、设计FMEA(失效模式及后果分析)、设计评审等方法将客户需求转换为交付标准。新产品开发成分设计与工艺设计原则是保证工艺操作安全、产品质量可靠,在此基础上综合考虑相关法律法规、环境、能源消耗等因素,必要时,有设计替代方案,实现可靠、低成本、低风险生产优质产品的目的。首先根据类似产品的经验及顾客的要求和期望,考虑对性能和顾客加工的影响,编制设计矩阵,确定潜在失效的起因对潜在期望功能失效的影响程度,合计分值高的潜在原因需要传递到设计FMEA进行分析,APQP小组依据类似产品的经验、设计矩阵表和FMEA手册开展设计FMEA分析,同时提出量具/试验设备要求,必要时提出新设备、工装和设施需求计划。根据设计FMEA分析结果,对高风险因素开展实验室中试试验,进行热冲压前后力学性能、显微组织、硬度等相关分析,根据试验结果确定设计工艺。(表1,表2)。

[size=0.8em]表1 设计矩阵表示例
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[size=0.8em]对顾客期望的负面影响:高=3;中=2;无=0

[size=0.8em]表2 设计FMEA示例
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[size=0.8em]表3 过程FMEA示例
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[size=1em](3)过程设计和开发。本阶段根据前一阶段的设计结果编制过程流程图,对各工序编号,流程图应包含替代流程,根据过程流程图、类似产品的经验、设计FMEA和FMEA手册按工序分别进行潜在失效模式和后果分析,形成各工序的过程FMEA,编写试生产控制计划和检查表,明确过程的控制措施和要求,同时制定初始过程能力研究计划,测量系统分析计划。

[size=1em]热成型钢生产工艺流程为:“全三脱”冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯浇注→钢坯精整→热轧→酸洗→连轧→脱脂→退火→平整→检验→包装→入库→发运。(表3)。

[size=1em](4)小批量试制阶段。本阶段通过在正式生产线开展小批量试制来对制造过程的有效性进行验证,应验证试生产是否可以按照设计的控制计划和过程流程图来完成,产品是否满足顾客要求。输出测量系统评价、初始过程能力研究和最终可行性评定。目的是在早期制定遏制计划以便在公司内部迅速找出问题,而不是将问题流入到顾客。

[size=1em]对试生产的产品进行化学成分、力学性能、显微组织等进行测试,同时开展热冲压试验,对冲压后的材料开展拉伸、硬度、脱碳层、晶粒度、三点弯曲等测试,同时开展客户使用跟踪,在客户小批量试验时同样开展拉伸、硬度、脱碳层、晶粒度、三点弯曲等测试,确认全部满足顾客要求(包括材料性能和试验批次)后,完成顾客使用报告,形成后续生产控制计划转入批量生产。

[size=0.8em]表4 力学性能
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[size=0.8em]图4 基板 晶粒尺寸 6.11um,6.8um

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[size=0.8em]图5 淬火后 马氏体含量≥95%,脱碳层≤36um

[size=1em](5)批量生产阶段。产品进入批量生产阶段,APQP小组负责全面组织、协调汽车板的产品开发、生产、质量控制、发运和客户技术服务等推进工作。重点是在生产和交付及售后过程中对暴露出一些产品设计、制造及顾客使用等方面的疏漏的问题进行分析和改进,形成经验数据库,该阶段的目的是减少变差,提高顾客满意,改进交付和服务,同时总结经验教训,对FMEA和CP进行动态更新,为后续类似产品开发提供经验积累。


4 结语

[size=1em]目前,首钢京唐随着汽车板业务的大幅提高及IATF16949体系的大力推进,已建立了APQP各个阶段的整体应用架构,建立了以顾客为中心,以顾客需求为导向的机制,致力于为用户提供包括材料的研发与应用、生产制造、物流、结算等一揽子解决方案,并随着汽车客户及汽车行业要求的变化而逐步改进。首钢京唐在汽车产品开发过程中全面推进APQP方法,解决了用户生产过程中的产品性能、外观质量等方面的问题,实物质量水平持续提高,大大提高了顾客满意度。目前,首钢京唐正在结合工业信息化推进APQP应用的流程化、信息化和高效化发展。



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