QC成果报告-钢管栏杆T形接头加工专用机具研制（宁夏电力建设工程公司金制公司精益求精QC小组）

钢管栏杆T形接头加工专用机具研制宁夏电力建设工程公司金制公司精益求精QC小组一、小组概况小组名称宁夏电力建设工程公司金制公司精益求精QC小组成立时间2010年3月注册时间2012年3月活动时间2012年3月2012年9月活动次数18次课题类型创新型小组人数9人活动课题钢管栏杆T形接头加工专用机具研制序号姓名工龄文化程度岗位小组职务小组分工TQM培训1马 刚17大专技术专责组长方案策划全部取得TQM合格证书2田 野15大专主任工程师组员技术指导3刘立峰7本科副主任工程师组员技术指导4顾 凯16大专副经理组员技术指导5杜 忠22大专铆工一班班长组员方案实施6王建兴4本科技术员组员方案实施7吴宝园4本科技术员组员调查发布8周 斌21大专技术员组员检验调查9贾向东17大专钳 工组员方案实施二、课题简介（一）、电厂建设需要大量的钢制栏杆作为安全防护设施，除设备栏杆是厂家供货外，绝大部分均需现场制作。我公司承建的国电英力特宁东化工园区有热电、乙炔等多个建设项目，整体项目计划安装栏杆长度达3千多米，因此，现场加工制作的工作量大。（二）、栏杆安装属于装饰工程，基本上按照标准图集制作安装，外观工艺要求：美观，连接处焊接应牢固、接缝严密，焊缝应饱满、均匀，不得有咬边、未焊满、烧穿和弧坑等缺陷。三、选择课题（一）、问题的提出：钢管栏杆是保护施工人员安全的重要设置，具备安装条件后就要及时安装。栏杆制作工序为：下料修割组对口组对焊接消缺、校正。各工序大多为手工作业，加工效率低。 修割组对口 修割效果 组对效果 焊接效果 （二）、加工状况分析：小组人员3月28日对制作一件6米长的栏杆（共30个T形接头）加工工序时间进行调查，见下表:栏杆各工序加工时间调查表工序名称下料修口组对焊接校正合计工序时间（分钟）15521024516338平均时间（分钟）0.51.70.38.20.511.3调查人：杜 忠 制 表：吴宝园 制图：马 刚 日 期：2012年3月28日栏杆各工序加工时间饼状图从饼形图中可以明显看出：栏杆T形接头的焊接所用时间最长。（三）、焊接现状分析一： 小组成员认为焊接T形接头的焊接所用时间最长，因此对焊接上一道工序30个组对口的对口间隙和焊接时间进行调查，见下表。计算得出对口平均间隙1.8毫米，焊接平均时间8.2分钟。 对口间隙和焊接时间调查表 （注： 最小值 最大值）焊口编号1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#对口间隙（毫米）20.72.41.7211.52.71.23焊接时间（分钟）85698.59.568116.510.5焊口编号11#12#13#14#15#16#17#18#19#20#对口间隙（毫米）11.71.80.42.82.51.90.92.71.5焊接时间（分钟）6.58951010.597.5117.5焊口编号21#22#23#24#25#26#27#28#29#30#对口间隙（毫米）0.62.11.62.512.21.50.52.42.9焊接时间（分钟）5789.571075.5109.5调查人：贾向东 制 表：马 刚 日 期：2012年3月28日（三）、焊接现状分析二： 小组根据对口间隙和焊接时间调查结果绘制散布图。图中n+n=28，n+n=2， n+nn+n，为正相关。由图中可以说明焊接效率受组对间隙的影响较大，只有提高接口质量，才能提高焊接效率。对口间隙和焊接时间散布图 制 图：马 刚 日 期：2012年3月28日（四）、选择课题： 3月28日，小组成员通过调查发现，采用传统手工方法进行切割制作，即便规范各工序要求，在制作时间方面，仍然无法满足安装工程进度及质量的要求。因此，针对传统手工方法的不适宜性和不稳定性，我们QC小组确定对“栏杆T形接头”的加工制作，必须要研制新型专用工具并使用来改变现有加工模式，以此来提高栏杆T形接头焊接效率及加工质量。因此，小组决定选择创新性课题：钢管栏杆T型接头加工专用机具研制三、设定目标 （一）、设定目标 现加工工序中，采用传统的手工气割对接头进行修口，从调查表来看，组对间隙最大3毫米，最小0.4毫米，说明手工切割导致质量不稳定，组对间隙不易控制，无法满足焊接和质量的要求。因此，接下来要研制的“栏杆T形接头加工专用机具”必须要满足如下要求，才能保证栏杆的加工效率。课题目标：栏杆T形接头组对间隙1毫米且修口时间1.7分钟研制目标：能够完成钢管403、333、301接头加工（二）、目标值分析1、栏杆T形接头组对间隙1毫米时，从调查数据中可得出平均焊接时间为6分钟，比总的平均时间减少2.2分钟，30个接头共节约66分钟，焊接效率可提高26%。 2、现加工状态修口时间共52分钟，平均1.7分钟，课题目标接头修口时间定为1.7分钟，有利于激发小组人员的创新能力。五、提出方案并确定最佳方案（一）、提出加工方案 小组经网络调查和同行咨询后，未发现有生产、销售类似的加工机具。于是小组成员运用“头脑风暴”法集思广益，结合多年的施工经验，对T形接头加工专用机具的加工方式提出各种方案，并用亲和图归纳整理。专用加工机具类型钻床切削方式采用铣刀切削加工，组对口尺寸精确机械操作降低劳动强度研制冲剪机具，降低氧气乙炔等消材的损耗采用机械冲剪，冲剪速度快效率高研制周期较长，可锻炼小组创新能力机械冲剪方式模具切割方式使用靠模切割可提高组对口质量实施周期短，见效快采用气割进行切割，小组成员熟练，不用培训机具使用要求能够加工栏杆的各种类型、规格的管件，加工质量稳定操作简单、方便、快捷、安全性高机具结构要求机构简单，便于安装、使用机具成本低，可有效提高经济效益调查人：顾凯 制图人：刘立峰 日 期： 2012年4月16日小组根据以上亲和图，决定从以下方案进行试验和分析，并绘制了加工方式模拟图。专用加工机具类型机械冲剪方式钻床切削方式模具切割方式 制图人：刘立峰 日 期：2012年4月16日（二）、初步设想加工方案评价 1、钻床切削方式钻床切削方式试验分析表方案试验分析特点钻床切削方式1、利用现场钻床，购买与主管同直径的铣刀，安装在钻床上对支管进行切削加工。2、加工工件规格：403圆管3、操作人数：1人4、操作时间：工件夹紧1分钟，切削加工3分钟（钻孔参数：转数150转/分钟，进给量0.1毫米/分钟，加工深度40毫米），共用时4分钟5、投入费用： 40铣刀价钱为150元， 50铣刀价钱为180元，加工6米长栏杆（30个T型接头）使用钻床台班费用为(4/60)3012=24元6、本工程（3千米栏杆）预算总计费用为150+180+24（30006）=10330元优点1、加工精度高2、可实施周期短3、施工人员劳动强度小4、质量控制稳定缺点1、加工效率低2、机械设备台班、维护费用较大，铣刀片损耗较大，费用较高3、对机械依赖性较大，不利于推广4、具有较大的安全隐患责任人：刘立峰 制 表：吴宝园 试验日期：2012年4月18日2、模具切割方式模具切割方式试验分析表方案试验分析特点模具切割方式1、加工一个支管夹具，弧形端面偏大一个割炬距离，将割炬靠在弧面进行切割，再翻转模具，切割支管另一面。2、加工工件规格：403圆管3、操作人数：1人4、操作时间：工件夹紧1分钟，切割加工2分钟，共用时3分钟5、投入费用：切割模具一套（3种规格的工件）加工费用为1503=450元，加工6米长栏杆（30个T型接头）使用氧气的费用为（0.31）25=7.5元，乙炔费用为（0.151）90=13.5元6、本工程（3千米栏杆）预算总计费用为450+（7.5+13.5）（30006）=10950元优点1、加工效率较高2、可实施周期短3、施工人员劳动强度较小，操作比较熟练缺点1、加工精度低2、气割所使用的消耗材料费用较大3、具有一定的安全隐患4、质量控制不稳定责任人：田 野 制 表：吴宝园 试验日期：2012年4月20日3、机械冲剪方式机械冲剪方式试验分析表方案试验分析特点机械冲剪方式1、研制专用的冲剪机具，结合机械传动原理，利用冲刀对支管进行冲剪作业。2、加工工件规格：403圆管 3、操作人数：1人4、操作时间：工件夹紧1分钟，切割加工1分钟，共用时2分钟5、投入费用：机具制作费用980元。6、本工程（3千米栏杆）预算总计费用为980元优点1、加工精度较高，质量控制稳定2、加工效率高3、安全隐患小4、可锻炼小组创新能力5、冲剪机具制作产生一定费用，加工后期无任何费用缺点1、可实施周期较长2、施工人员劳动强度较大责任人：马 刚 制 表：吴宝园 试验日期：2012年4月22日（三）、初步设想加工方案总体评价 小组成员结合三种方案的试验分析数据，从加工时间、加工精度（即组对口间隙允许偏差）、投入费用及安全系数四方面综合考评，得出最佳方案。最佳方案综合评价表序号加工方式加工时间（分钟）加工精度（mm）投入费用（元）安全系数考评总得分评价结论1钻床切削方式430=1200.5 10330低1+3+3+1=8不采用2模具切割方式330=90 0.910950中2+1+2+2=7不采用3机械冲剪方式230=60 0.6980高3+2+1+3=9采 用 为最佳效果 统计人：马 刚 制 表：吴宝园 日期：2012年4月23日考评细则说明：每个考评项目中最佳效果计3分，次之计2分，最差方案计1分，三种方案在五项考评项目中得分总和最高确定为最佳方案。结论：最佳加工方式为机械冲剪方式。 （四）、最佳加工方案初步结构设计1、经过论证和评价，小组成员一致认为自行研制一个栏杆T型接头加工专用冲剪机具不仅安全性高，而且又利于发挥小组成员的创造能力，并对机械传动结构进行讨论，确定了专用冲剪机具结构。专用冲剪机具结构初步设想图 制图人：马 刚 日期：2012年5月10日2、初步设计的专用冲剪机具由传动机构、刀架导轨机构、工件夹紧机构和冲刀等几部分组成，而冲剪方式又决定了冲刀形状和传动的机构。因此，我们从这几方面进行分析论证。专用冲剪机具研制冲剪方式方案一级方案二级方案冲刀类型传动机构夹紧机构导轨机构单向下压式双向楔入式上下往复式弧面刀头圆形刀头凸轮机构曲柄机构V型槽机构圆柱型机构偏心轴锁紧螺栓锁紧 制图人：顾 凯 日 期：2012年5月10日3、最佳加工方案初步结构设计论证 本工程所采用管件规格为：403、333、301三种，小组以最大管径403的管件为例，计算得出所需最大剪切力为3172公斤力，动力传动机构需有增力作用，将人体力量达到所需最大剪切力即可完成目标。管件所需冲剪力计算表剪切剖面示意图计算公式及结果1、冲剪力计算公式：P=K*L*t* P：平刃口冲裁力（N); K：安全系数K=1.3 L：冲裁周长(mm); t：材料厚度(mm); ：材料抗剪强度(MPa); Q235为360 MPa2、A-A剖面冲剪力=1.3453601.3=9880N换算为公斤力9880N9.81=1007公斤力B-B剖面冲剪力=1.3843601.3=15808N换算为公斤力 15808N9.81=1611公斤力C-C剖面冲剪力=1.32133601.3=31122N 换算为公斤力31122N9.81=3172公斤力3、所需最大剪切力为3172公斤力制 图：吴宝园 计 算：刘立峰 日 期：2012年5月22日（四）、初步设计方案分解：1、冲剪方式序号冲剪方式模拟图预期效果结论 1单向下压式机械结构简单，但冲刀行程过长，冲剪初段需要施加力量较大，上管壁内部无支撑，会造成管壁变形。不选2双向楔入式机械结构较为简单，但上下管壁同时冲剪，需要施加力量较大，同时刀头材质无法满足要求。不选3上下往复式机械结构较为复杂，但上下管壁分别冲剪，需要施加力量相对较小，刀头材质可以满足要求。选择制图人：马 刚 日 期：2012年5月12日2、冲刀类型序号冲刀样式模拟图预期效果结论1圆形刀头样式简单，加工容易，刀头可旋转多次使用，但刀刃角度恒定，不能调整。选择2弧形刀头样式比较简单，可针对冲剪情况进行修磨刀刃，但不易加工，不可多次使用。不选制图人：刘立峰 制表人：王建兴 日 期：2012年5月13日（1）、冲刀材质的确定使用材料强度韧性特点来源效果结论工具钢490750硬度一般，韧性较好，多次使用易损坏加工一般不采用弹簧钢720900硬度高，韧性好，多次使用不易损坏加工好采用（2）、冲刀形状的确定 冲剪工件分析图 制图人：顾 凯 制表人：王建兴 2012年5月13日3、传动机构序号传动机构模拟图预期效果结论1凸轮机构机构特点：凸轮匀速旋转，带动从动件往复移动，滚子接触,摩擦阻力小，不易摩擦，承载能力较大。预期效果：机构简单，可改进做往复运动。选择2曲柄机构机构特点：是原动件在用力不太大的情况下，可产生很大的压力，实现增力作用。预期效果：机构复杂，不易加工，改进难度较大。不选制图人：吴宝园 制表人：马 刚 日期：2012年5月15日4、导轨机构序号导轨机构模拟图预期效果结论1V型槽机构机构简单，比较容易加工，但滑动稳定性一般。不选2圆柱形机构机构较复杂，但加工质量易控制，滑动稳定良好。选择制图人：刘立峰 制表人：周 斌 日 期：2012年5月16日5、工件锁紧机构序号传动机构模拟图预期效果结论1螺栓锁紧锁紧力大，结构简单，加工容易但锁紧速度慢，效率低。不选2偏心轴 锁紧 锁紧力较大，结构简单，加工较复杂，但锁紧速度快，效率高。选择制图人：王建兴 制表人：吴宝园 日 期：2012年5月17日（五）、最终方案确定 经过对最佳加工方案和分解方案的论证和评价，小组成员确定了最终方案。专用冲剪机具研制冲剪方式方案一级方案二级方案冲刀类型传动机构夹紧机构导轨机构单向下压式双向楔入式上下往复式弧面刀头圆形刀头凸轮机构曲柄机构V型槽机构圆柱型机构偏心轴锁紧螺栓锁紧制图人：马 刚 日 期：2012年5月21日 六、可行性论证（一）、机具完成冲剪作业所需力计算我们将凸轮直径初步设计为80毫米，压杆长度1000毫米，滚轮受力3172公斤力，如将滚轮由A点提升到B点，计算得出：压杆需施加42公斤力。机具传动机构受力分解论证图计算公式及结果1、压杆所需最大剪切力计算公式：压杆压力=承受压力凸轮减力系数压杆减力系数2、凸轮减力系数=凸轮半径差值凸轮周长=18110 =0.1643、压杆减力系数=凸轮半径压杆长度=801000 =0.084、压杆压力=承受压力凸轮减力系数压杆减力系数=31720.1640.08 =42公斤力制 图：吴宝园 计 算：刘立峰 日 期：2012年5月22日（二）、施工人员臂力调查 1、小组为验证课题是否能够完成，对小组人员单臂压力和提力进行了调查。2、通过调查，小组成员手臂压力平均45.8公斤力，手臂提力平均33.8公斤力，调查结果见下表： 小组成员比例表 （单位：公斤力）序号123456789小组成员马 刚田 野刘立峰杜 忠王建兴吴宝园周 斌贾向东平均手臂压力464345504249464845.8手臂提力353335393039323533.8（三）、可行性论证各种力对比折线图制 表：顾 凯 制 图：马 刚 日期：2012年5月23日论证结果：从折线图中可看出手臂压力普遍大于压杆需要施加的力，而提力不能满足要求，只要机构设计将上下冲剪都由手臂压力完成，方案是可行的。 七、制定对策 对策表方案对策目标措施地点责任人完成时间机具采用冲剪方式刀头冲剪采用上下往复式管壁上下端分别冲剪，减小需要施加力量42公斤力。按照管件允许的厚度加工单片刀头进上下往复式冲剪。外委加工车间吴宝园2012年6月5日机具采用冲刀类型冲刀采用圆形刀头冲剪时保证组对间隙1毫米，刀头易加工。用车床将弹簧钢片加工成与主管同径的圆片，并加工出刀刃。外委加工车间田野2012年6月8日机具采用传动机构传动机构采用可调式的凸轮机构压杆连续压两次，带动刀架作上下往复运动。保证加工时间1.7分钟将凸轮板设计为外凸轮和内凸轮可调式，通过拨杆，两次旋转调整滑板的位置。外委加工车间马刚2012年6月10日机具采用导轨机构导轨机构采用圆柱形冲剪时，保证冲刀上下平稳的滑动，刀具与底模间距0.3毫米将导轨加工成圆柱型，中部车油槽，保证刀架上下滑动灵活，冲剪时，稳定可靠。外委加工车间顾凯王建兴2012年6月12日机具 锁紧机构锁紧机构采用偏心轴式快速锁紧管件时间0.5分钟，并能承受冲剪的冲击力。将锁紧轴加工成偏心轴，通过手柄的旋转，锁紧管件。外委加工车间刘立峰2012年6月15日机具组装将机具各部件逐一组装机具高度0.9米，压杆长度1米，实现钢管栏杆T型接头的加工，方便快捷。首先将刀头安装在圆柱形导轨上，再将其与凸轮传动机构相连，最后安装偏心轴锁紧机构，整体检查、调试、试用。热电金制组合场周斌杜忠2012年6月16日制表人：王建兴 日期：2012年5月25日八、对策实施1、对策实施一：采用上下往复式冲剪方式 责任人：吴宝园 日 期：2012年6月8日 上下往复式示意图 上下往复式实施图2、对策实施二：采用圆形刀头 责任人：田 野 日 期：2012年6月8日 圆形刀头示意图 圆形刀头实施图 3、对策实施三：设计可调式的传动机构 责任人：马 刚 日 期:2012年6月10日 可调式凸轮设计示意图 可调式凸轮实施图4、对策实施四：制作圆柱形导轨机构 责任人：顾 凯 王建兴 日 期：2012年6月12日 圆柱形导轨设计示意图 圆柱形导轨实施图 5、对策实施五：采用偏心轴锁紧机构 责任人：刘立峰 日 期：2012年6月15日 偏心轴锁紧机构示意图 偏心轴锁紧机构实施图6、机具整体组装调试 责任人：杜忠 周斌 贾向东 日 期：2012年6月16日 机具组装图 机具机构详图机具试用 责任人：杜忠 周斌 日 期：2012年6月16日操作视频九、确认效果（一）、施工效果检查 1、6月17日小组人员采用栏杆T形接头加工专用机具对三种常用规格的T型接头进行试样冲剪、组对作业，实物效果良好，见下表：实物冲剪效果检查图类型类型一类型二类型三管件规格主管：503支管：403主管：403支管：333主管：403支管：301冲剪效果组对效果制 表：吴宝园 日 期：2012年6月17日2、通过效果检查图可以看出，采用专用机具可是实现对T型接头的一次性成型，组对效果良好，说明小组成员研制的栏杆T形接头加工专用机具满足活动研制目标，于是，6月18日小组人员采用栏杆T形接头加工专用机具重新制作一件6米长的栏杆，共加工焊接30个接头，并对加工工序的时间进行调查，见下表冲剪平均时间0.6分钟，栏杆T形接头修口时间1.7分钟，此项目标完成。活动后栏杆各工序加工时间调查表工序名称下料修口组对焊接校正合计工序时间（分钟）1528918915256平均时间（分钟）0.50.60.36.30.58.5调查人：贾向东 制 表：吴宝园 制 图：马 刚 日 期：2012年6月18日（二）、焊接效果检查小组成员并对对口间隙和焊接时间进行调查，见下表。计算得出对口平均间隙0.6毫米，栏杆T形接头组对间隙1毫米此项目标完成。活动后对口间隙和焊接时间调查表 （注： 最小值 最大值）焊口编号1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#对口间隙（毫米）0.60.50.50.60.50.70.50.50.60.7焊接时间（分钟）65.56657.566.56.57焊口编号11#12#13#14#15#16#17#18#19#20#对口间隙（毫米）0.50.70.80.50.50.40.60.50.60.5焊接时间（分钟）677664.577.567焊口编号21#22#23#24#25#26#27#28#29#30#对口间隙（毫米）0.80.40.50.510.50.50.50.50.5焊接时间（分钟）756