弹簧用不锈钢丝质量的持续改进
支怀峰
1、问题的提出
经过两年多不断努力，郑州三合公司生产的弹簧用不锈钢丝（以下简称钢丝）销量大幅增加，已成为公司一项主导产品。但随着销量增加，一些用户，尤其是长期使用进口钢丝的新用户提出一些产品质量存在不足的意见。按照ISO9001：2000以“顾客为关注焦点”的原则，通过走访用户，到用户使用现场处理质量异议，收集反馈信息。剔除价格以及其他非技术因素，对用户反馈意见分类整理后，种类意见所占比例如下。
卷簧后表面刮伤起刺 14%
卷簧后弹簧尺寸精度不够 29%
卷簧后回火钢丝发黄发灰 21%
钢丝通条强度不均 18%
卷簧后弹簧疲劳次数不够 7%
其它 11%
由上可以看出，顾客抱怨原因主要集中在弹簧成型过程中，即弹簧表面质量（如色泽，是否刮伤等）、尺寸精度和负荷波动等。根据问题的轻重缓急，把“提高弹簧卷簧成型工艺稳定性”作为优先解决的问题，而对于弹簧疲劳性能等其他问题也给于充分关注并有意识地增加一些检查项目，以便收集较多的数据，为下一步持续改进作准备。
2、原因分析
由于顾客抱怨的产品都是经过严格检验后出厂的，其力学性能、平整度和表面均符合国内YB（T）11-83的要求。显然YB（T）11-83已不能完全指导生产，为此决定从研究国外先进标准和实物质量入手，找出差距。把YB（T）11-83与国外相关标准如ASTM A313/A313M-1993，BS2056-1991，JIS G4314-1994，ISO6931-1：1994进行比较表明：国外标准规定得更详尽具体，可操作性强。收集到的国外弹簧用不锈钢丝样品的性能都高于国外相应标准要求。如日本精线、瑞典山特维克的弹簧用不锈钢丝强度散差控制在50MPa以内，单匝钢丝自由地平放在地面，既不扩圈也不缩圈，两端平贴地面无任何翘头。钢丝的表面状态有油面和粉面两种。通过横向对比，郑州三合公司产品的通条强度均匀性、平整度和表面质量3个指标落后于国外先进产品。笔者曾带几种不同工艺生产的样品到弹簧厂家现场进行卷簧试验，结果发现上述3个质量特性指标较好的钢丝，其卷簧性能明显提高。可见只要提高钢丝通条强度均匀性能、平整度和表面质量3个质量特性指标，便可提高弹簧成型工艺稳定性。
3、改进方案
本着贯彻ISO9001：2000全员参与原则，专门召开各相关人员参加生产现场分析会，仁义内容应提前3天通知，并鼓励多提有创新的措施，及时制止对不同观点的否定评价。最后从人、机、料、法、环五因素入手，制定出既符合生产实际又切实可行的改进措施。
3.1通条强度均匀性能
YB（T）11-83只规定了钢丝的抗拉强度范围，并未规定一盘（批）钢丝的强度散差。而ASTM，BS，JIS，ISO等标准都对钢丝能条抗拉强度散差做出相应规定。概括而言：一盘钢丝通条的抗拉强度散差≤100MPa，一批钢丝的通条强度散差≤150MPa。三合公司生产的钢丝通条强度性能也能满足上述要求，但有些国外厂家通条强度差控制在50MPa以内，而目前国产弹簧钢丝尚不能完全达到。可见国产弹簧钢丝不仅应满足相关国外标准，更应持续提高实物质量达到国外研究实物质量的先进水平。在保证钢丝原材料为进口优质盘条的同时，应采取如下措施：（1）提高热处理温控、收线装备精度；（2）钢丝拉拔采用直进式拉丝机；（3）拉丝机卷筒和模盒应进行循环水冷却；（4）每盘成品钢丝上下头均进行抗拉强度检验。
3.2钢丝的平整度
YB（T）11-83规定：钢丝盘应规整，打开钢丝盘时，不得散乱、扭转或呈“∞”字形。直径≤4mm的钢丝应进行平整度检验，即取长度约为一圈半的样品，平放在平台上，测试从平台到钢丝端部翘起的最大值。直径≤0.50mm，翘起的最大值≤40mm；直径＞0.50mm，翘起的最大值≤30mm。而国外的标准如ISO6931-1：1994规定：钢丝拉拔后应规整排绕，直径≤5mm的钢丝应满足:
两端轴向距离L=0.2D/d1/4
式（1）中：D——单圈（匝）钢丝平均自由直径；
d——钢丝直径。
取一单圈（匝）钢丝，用圆棒悬挂，两端轴向距离L没有超过式（1）计算的值，且1倍卷筒直径D卷≤单圈（匝）钢丝平均自由直径D≤1.5D卷，认为合格。
钢丝的平整度同国外知名的厂家相比，实物质量同样落后于他们。国外某知名厂家φ1.0mm钢丝采用图1检测方法，两端轴向距离L值几乎为零。如果钢丝平整度不好，就意味着钢丝拉拔过程表面残余应力过大或不均。在卷簧过程中，由于钢丝表面残余应力会导致弹簧成型应变不稳定，易出现弹簧自由高度忽高忽低，圈径大小不一，并圈裂缝以及轴承向扭折等缺陷。为进一步提高钢丝的平整度性能，缩小差距，采取了如下措施：（1）提高拉丝机的传动精度；（2）对模盒进行改造，使其拉拔时更稳定；（3）摸索出一套通过观察拉丝机卷筒上钢丝头上翘或下翘而相应调整模盒和矫直器的方法，使钢丝规整平齐；（4）采用平整度检验方法。
3.3钢丝的表面状态
可以把钢丝表面状态分为两类：（1）常规检验的表面质量如尺寸公差、圆度和存在裂纹、刮伤等缺陷。国内、外标准对该类规定基本一致，只是YB（T）11-83规定的公差偏大；（2）钢丝表面润滑层质量，即钢丝在粉末或油中拉拔，可分别得到有涂层的和光滑的表面，两种表面还可涂镀极薄的镍或铜底层。
钢丝的内层为镍或铜镀层，外层为粉末或油层，每层厚度约0.1-0.2μm。衬镍或铜底层有利于提高一定的疲劳强度和润滑能力。有涂层的表面（粉面）的润滑层由钙盐和钠盐组成，该润滑层对潮湿敏感，因此，在储运时须防潮。该润滑层可在成型弹簧上保留，也可清洗去掉。光滑表面（油面）的润滑层是很薄的油膜。相比而言，油面钢丝成型弹簧回炎后表面光亮，但卷绕很复杂的弹簧须另行施加润滑剂，而且卷绕弹簧有刮伤的危险，疲劳失效的安全性低于粉面的。该类规定国内、国外标准均无此要求。但国外知名厂家都可提供上述两种表面状态交货。在钢丝的表面质量方面，可采取如下措施：（1）改变公差要求，按JISG4314-1994的公差要求生产；（2）研制油面钢丝的生产，向用户提供两种表面状态交货，供其选择；（3）做好技术服务工作，向用户介绍粉面和油面的钢丝成型的弹簧优劣比较，使其了解粉面钢丝成型的弹簧优劣比较，使其了解粉面钢丝成型的弹簧除表面回火后有点发黄发灰外，其他性能都优于油面钢丝，而且表面发黄发灰也是可以清洗掉的。
4、评价效果
评价实施上述措施的效果非常重要。如果夸大改进效果会误认为问题已解决，从而导致问题的再次发生；反之，也会导致对改进效果视而不见，挫伤持续改进的积极性。评价其效果可用柱状排列图比较实施措施前后内控检验出的不合格项目数量及分布。
实施措施后钢丝的通条强度和平整度质量改进较为显著，而在钢丝的表面质量方面效果不太理想。为巩固成果，将改进措施标准化，并先后制定或了一些与弹簧用不锈钢丝生产有关的作业指标书、检验规程等文件，为下一次持续改进提供依据。
支怀峰 1974年3月生，郑州三合不锈钢缺口有限责任公司工程师。
