机械工程师如何处理技术问题

芳华

技术问题地处理是一个机械工程师的日常工作内容，那么如何处理解决这些问题，相信是青年工程师们感兴趣的话题，下面通过几个案例来阐述我对这个问题的理解与看法。
1、处理问题要注重调查研究
    据供应商反映扫描仪机内最大的电子系统屏蔽罩壳在生产过程中其压铸模出现裂纹，导致生产无法进行，该模是美国转移到中国生产的系列镁合金压铸模中最大的模具之一，价值百十余万。转移到国内供应商生产了几百件后，模腔突然开裂，裂缝深达模具的冷却油通道，导致在压铸过程中冷却油进入模腔而无法继续生产，我代表当时在世界上颇为知名一家美国公司的工程部到现场对故障原因进行了调查处理，经现场调查分析我确认模具开裂的根本原因是设计有缺陷，开裂部位为零件转角处，本应设计为R角，却被设计为直角，压铸模具在0-500度左右交变循环温度作用下，经一定工作时间最终导致在直角部位开裂。那为什么模具在国内供应商处仅仅工作几百模后模腔就开裂了呢？会不会是供应商的压铸工艺有问题呢？经现场调查该问题被排除，压铸工艺没有问题。那是什么原因这么快导致模具开裂呢？我突然想到该模具是美国过来的转移模，在美国已经进入批量生产，会不会是在美国生产时就已经开裂了呢？我立即要供应商找来随模送来的美国压铸件样件，果然发现在模具开裂部位相应的样件上存在着一条与模具裂纹完全一致的突起的细纹，致此一切都水落石出，模具开裂的原因为：压铸零件设计缺陷是主要原因，同时也说明模具在美国生产时已经开裂，但由于裂缝的扩展需要一定的时间，在美国生产时裂缝的扩展深度较浅未及冷却油道，故模具尚能正常生产，但已经在零件的表面留下了裂缝的痕迹，（这就是样件上的突出细纹）模具转移到中国后，经过几百模的生产，裂纹扩展到了冷却油道，导致冷却油进入压铸模腔而使模腔彻底损坏。故责任者不应是国内供应商而应是美国的压铸件供应商及零件设计方。随后我将美国样件拍照存档，将调查结论写成书面报告，交报告之前我曾有过顾虑，因为报告的结论将导致公司要付出三四十万修模费重新制造一个上模。这很有可能得罪公司总部的管理层，搞不好要穿小鞋。但是工程师的职业道德与责任心使我下决心将报告交给了当时的工程部经理，出乎意料的是经理很快的将我的中文报告翻译成英文发给了美国总部，总部方面很快就同意了我的调查报告，模具及时得到修复，零件的正常生产恢复了。同时供应商方面对我公司的实事求是的处理方式十分感激，供需双方的关系因此而更加和谐。
2、实事求是的制定产品质量控制标准
    在某新产品试制初期，镁合金骨架类压铸零件，表面出现大量的肉眼清晰可见的细小裂纹，供应商反复进行压铸工艺试验仍无法消除裂纹，故请求我公司给与技术支持，我到现场后经过分析并查阅了相关资料后认为，由于零件结构较为复杂，裂纹产生因素较多（有材料的因素，有结构的因素，有压铸工艺的因素，有模具因素）我认为该类制件在“采用触变成型压铸工艺”批量生产压铸件时，零件表面裂纹难以避免，最大的可能是零件表面裂纹数量在进入批量生产后，
    随着生产工艺的成熟而有所减少，但要彻底消除裂纹将十分困难，而当时该产品投入市场的目标期限日益紧迫，有鉴于此根据我的实际经验，我认为该类零件所承载的载荷较小，产品除运输条件下有温度及振动因素外，其余时间工作条件十分平稳，由此我初步判断此类裂纹不会对整体结构产生破坏性的危害，零件可以投入批生产，为了证实我的判断，我设计了一套实验方案，即通过高低温试验及振动试验来检验裂纹的稳定性，实验结果证实了我的判断，裂纹通过上述实验后复查证明，在负载条件下所有裂纹非常稳定都没有出现扩展，由此制定完成了该类压铸件裂纹控制质量标准及相关的封样工作。相关报告得到了美国方面的确认，从而保证了产品按期投入批生产。几年来的生产实践证明在该商品进入市场后几年来没有出现结构破坏的任何反馈，实践证明当初的决定是正确的。 应当说当初的决定是有一定风险的，但无论是公司领导方面还是美国总部方面，都能实事求是的加以正确的处理。体现了从善如流的良好作风。
    某产品的塑料罩壳外观表面质量，由于国产原料供应商技术方面的原因，用其生产的塑料原料注塑成型的零件表面质量，比进口原料的表面质量要差一些，如何处理这个问题？如按照我公司关于塑料制件表面质量的控制标准处理，用供应商原料生产的制件废品率将高达70%，无法进行正常的批量生产，因此正常生产将受到严重的威胁，如用进口原料则会造成生产成本的大幅度增加，因此我考虑到该产品属于办公用产品而不是家用电器或数码产品，其产品质量的首要条件是适用性与可靠性、安全性，表面质量应该可以比手机类个人使用产品作适当降低标准，但这只是我个人的想法，能否得以实现需要得到相关设计部门、QA部门、生产线、供应商的理解与认可，因此我制定了一个希望各方都能接受的、具有一定可操作性的检测标准，作为讨论基础并以此为基础验证可操作性，由于我公司固有的技术民主的氛围，在听取各方意见的基础上事情进展顺利，最终一份某产品外观检测的初步检验标准得以通过，并确定了相关的零件外观质量标准样件，从而保证了该产品的正常生产，有效地降低了生产成本，经过近五年多的中外市场检验证明，该检验标准完全可以适应市场需要，既保证了生产的正常进行，又实现了原料国产化，降低了产品的成本。
    实践证明并不是纯理论上的产品质量要求越高的标准就是好标准，而是“能充分满足市场及用户使用要求的产品质量标准才是好的质量标准”。不顾产品实际使用要求，盲目的推高产品的质量标准，必然会导致生产成本大幅度增加，而最终造成产品市场竞争的失败。
3、发现问题更要敢于处理问题
    在对某塑料部件进行工艺审核时，我发现美国总部工程师设计的塑料部件存在严重工艺缺陷，其作为实验室样品或原理样机尚可使用，但该设计方案零部件的设计工艺性太差，根本无法使用常规机械加工手段制造，更谈不上实现工业化的批量生产。作为一个技术人员，我意识这个方案必须彻底否定，否则一定会给公司造成严重技术质量问题和新产品开发进程的巨大的损失，但如果自己如实汇报，则有可能得罪美国总部的设计工程师，并且自己必须要准备一个替代的方案，而且必须要做到该方案在技术上没有大的缺陷，我意识到这是一个烫手的山芋，我发现自己处于一个二难的境地，若如实向上反映而领导不予支持，得罪了领导或总部的该部件设计人员，那等待我的有可能就是被辞退，若领导接受了我的意见，我拿不出替代方案或替代方案也同样存在重大缺陷最终导致失败，那风险是显而易见的，思考再三，技术人员的责任心驱使我下定决心坚决否定了该设计，同时大胆向当时的公司总经理作了汇报，他认真听取了我的汇报，很重视表示坚决支持我，并说由他来向总部汇报，在他的支持下我拿出了部件系统的重新设计方案，在获得美国总部审核认可后，完成塑料部件的全部图纸设计并投入试制获得成功，实现了批量生产，保住了新产品如期投入市场。
4、要有认真的工作作风
    在某产品的机械传动系统中需要设计一对涡轮蜗杆的传动副，其工作环境处于高腐蚀条件下，负载条件为轻载，要求使用寿命在5年以上，根据上述条件我考虑到在高腐蚀条件下传动副的材料应该采用塑料材料，但使用何种材料为好呢，开始我决定使用POM材料（聚甲醛）， 理由是、该材料表面硬度高，摩擦系数小，具有自润滑性能。考虑到塑料材料散热性差，采用蜗轮蜗杆的方式时传动副的相互接触面积较大，而塑料材料导热性能极差，因此传动副工作时磨檫形成的热量难以散发，最终可能形成相互咬死的现象。为避免出现该问题我决定采用斜齿轮来替代涡轮，即采用斜齿轮蜗杆传动副的形式，该传动副的接触面形式近乎点接触，接触面积大幅度减小，由于传动系统的负载很小，采用斜齿轮蜗杆传动副的方案是合理的。
    基于上述理由我完成了斜齿轮于蜗杆传动副的设计，考虑到该传动副的设计使用寿命要求，我专门设计了一台专门用于该传动副的模拟寿命试验台，经过试验发现斜齿轮与蜗杆采用相同材料的传动副，其使用寿命不到一个月，斜齿轮的轮齿几乎被磨断，试验结果使我出乎意料，我立即意识到传动副零件采用同种材料是错误的、由于其材质相同硬度也相同斜齿轮与蜗杆在相互磨檫的条件下，由于磨檫点散热性差传动副在啮合点反复出现温度升高—啮合点强度下降—微观啮合点材料剥落—啮合点温度下降—啮合点温度升高--如此反复循环，最终导致传动副严重磨耗而失效。
    借鉴金属齿轮传动副的设计原理，我考虑斜齿轮材料采用号称塑钢的POM（聚甲醛），蜗杆材料采用耐磨性极佳的尼龙1010，这样斜齿轮的表面硬度要大大高于蜗杆的表面硬度，在传动副的实际工作中由于尼龙材料强度很高但刚度要次于聚甲醛，故蜗杆表面展现出很高的韧性，而斜齿轮表面则展现出较强的刚性，两者在工作中相互对磨形成了斜齿轮对蜗杆表面的挤压作用，其可预料的后果是可能出现由挤压作用产生高温导致蜗杆的轮齿微观变形。
    按上述设想我改进了传动副零件的材料设计，重新生产了新的传动副，并在专用模拟试验台上进行了带负载寿命试验，实验结果证明传动副在不加润滑脂的情况下，工作一段时间后在蜗杆的轮齿表面出现了轻微的挤压痕，而斜齿轮的轮齿则完好无损，在加润滑脂情况下则完全消除了涡轮轮齿上的挤压痕，这里润滑脂起到了散热与润滑的作用。传动副使用寿命完全达到了每天8小时工作，5年使用寿命的设计指标。通过几年来的市场证明该部件的设计质量是可靠的。

芳华

5、对进口产品的问题要敢于怀疑善于分析
    工程师在设计过程中难免出现一些设计错误或不足是正常的，无论中外皆有可能，不必崇洋媚外。
    某产品在国产化初期由于原设计图纸的问题，供应商遇到了很多困难，如该产品的塑料骨架零件，在图纸上并没有特别标注关于零件表面质量的要求，质量部门就以通用塑料零件验收标准处理，这就要求零件表面要光亮，但该零件进入部装后部件的光路调试通不过，经验告诉我在暗箱内的任何零件表面状态一般都应设计成亚光状态，而该零件是光学部件中的主要零件，由此我判断可能是该骨架零件表面太光亮，其反光特性导致光路传输通道受到干扰所致，为了证实上述推断，我找到了该零件的美国样件，结果证实了我的判断，样件的表面状态为粗糙的亚光状态。由于当时生产急需，供应商已经按光亮状态生产了3000件骨架零件，如弃之不用将造成供应商的巨大损失，（因该零件采用的材料是碳纤维增强塑料，且零件的重量较重）我决定该批产品采用喷哑光漆工艺处理解决，使供应商挽回了损失，又亲亲自指导供应商调整该零件的注塑工艺，使生产出的零件处于亚光状态，并当即封样为准，从而彻底消除了故障，确保了生产的正常进行。
    其后又发生了塑料零件上的金属嵌件脱落的问题，当时从嵌件的制造角度供应商找不出问题，而检查供应商的嵌件热熔工艺基本正常，供应商一时陷入困境，我知道情况分析后，建议他们检查美国样件中的嵌件，样件解剖结果发现，美国样件中的嵌件与相关图纸不符，经比对判断、我认为实物嵌件设计是合理的，而图纸上的嵌件设计不够合理，遂决定让供应商按实样生产嵌件，经试验证明该决定是正确的，产品完全达到了使用要求。根据供应商要求我又制订了该嵌件热熔工艺及检测标准。经后来的生产实践证明该工艺及标准是可行的，此后再也没有出现嵌件脱落现象。
    某产品在投入试制时，橡胶刮板零件出现了硅橡胶与不锈钢零件结合不牢的现象，图纸规定使用胶接工艺但并未指定胶黏剂品种及牌号，供应商屡试失败，国产化的进程陷于停顿，我在分析后认为，不锈钢表面化学特性为惰性状态，使用胶结工艺比较困难，经考虑后我提出改用橡胶模压工艺的方案，即先在不锈钢零件本体上涂覆一层偶联剂，再将本体置于橡胶模中模压成形，经橡胶剥离试验证明，硅橡胶与不锈钢结合牢固，试验获得成功，保证了产品国产化的顺利进行。
    上述三例出现的问题，究其原因皆为设计工程师失责所致，如骨架零件设计师及橡胶刮板零件的设计师由于缺乏经验没有在图纸上标明对零件表面状态及具体胶接方法的技术要求，而后续工序的工程师在发现问题并解决了上述问题之后，又未能与设计工程师相互协调，从而造成有合格样品，无合格图纸的怪现象，嵌件问题也同样说明当生产线工程师或装配工程师在发现并解决了嵌件设计不合理之后，没有把该问题反馈给设计工程师，致使图纸未能反映零件的真实状况。造成了图实不符的现象，这也同时反映出生产线管理的混乱。
7、产品质量要从供应商的生产线上抓起
    某产品塑料本体中的金属螺母嵌件热熔工艺质量问题时有发生，主要表现为装配过程中中嵌件被从塑料本体中拉出，根据经验及供应商的反馈，我确定是供应商的超声波融接工艺有问题，建议供应商提高融接温度及加长融接时间，结果嵌件的破坏扭矩由0.7提高到1－1.2N.m。达到了我们的要求。同时我一直认为我们生产线的装配工艺规定的力矩要求太大不合理，借此机会我与装配现场的责任工程师进行了沟通，以螺钉拧紧的原理为基础进行了讨论，取得了共识，终于使他们修改了装配工艺，降低了相关螺钉的拧紧力矩，消除了此类质量问题。
    还有某产品上有二个电子部件的罩壳类零件，在美国的做法是采用1mm的聚丙烯塑料板材作原料，通过对板材的放样裁切，再通过折叠方法做成罩壳形状，再在各接缝处涂环氧树脂进行胶接成罩壳，但由于聚丙烯材料的化学特性极为惰性，胶接质量难以保证，胶接处时常脱开，零件的报废率达到60%以上,而且占用了大量人工，供应商因此被搞的焦头烂额，我了解情况后认为这是美国的设计工程师的责任，他把原理试验样品的制造方法当成批量生产零件的方法了。据此我建议供应商根据该产品的实样与美国的图纸，改用塑料注塑工艺进行生产，实践证明采用注塑工艺生产的零件完全满足产品要求。
    上述案例体现了我的一个基本的指导思想，即零部件的质量要从供应商的生产线上抓起，要从供应商的质量管理体系抓起，要真诚的帮助供应商提高工艺技术水平，要知道帮助他们就是帮助我们自己。
8、涉及供应商的现场处理技术文件应尽量做到以下几点：
1、图文并茂，文字说明尽量简短。
2、要站在供应商的位置上考虑技术文件的可执行性（即应考虑供应商的人员素质、设备情况、管理水平等）要知道帮助供应商就是帮助我们自己。
3、写文件前一定要与供应商充分协调取得一致，以避免事后相互扯皮误事。
4、协调重点要放在发给供应商的图纸及文件上没有说明，或者不明确的地方。
5、要求供应商执行的补充检测要求，应该做到故障现象、尺寸要求、检测方法、专用工装、工具、测量位置、检测数量等要素明确清楚。
9、产品质量70%取决于产品的设计质量
    工程师对于自己的设计要绝对做到心中有数，自己设计的零件，如何加工，用什么设备，难点在哪，是否需要专用工装，要不要热处理和表面处理，硬度是多少？硬度层和涂镀层厚度是多少？如何检验？需要专用检具吗？产品部件如何装配？是否需要专用工具？要不要做试验？试验条件是什么？零部件的材料及元器件市场采购是否能保证？成本能否接受等等？
    零部件加工或组装时是否存在不安全因素？是否符合环保及人机工程学要求？总之应尽量把问题考虑周全，不要把问题留到加工环节。如此定会收到事半功倍的效果。