淺談鑄件檢驗(yàn)過(guò)程關(guān)鍵質(zhì)量特性的識(shí)別和控制

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關(guān)鍵字：檢驗(yàn)過(guò)程；鑄件檢驗(yàn)；關(guān)鍵質(zhì)量特性

作為工業(yè)基礎(chǔ)的鑄件包括鑄鐵件、鑄鋼件、合金鑄件、特種鑄件等幾大類，又根據(jù)具體的使用范圍進(jìn)行了不同的分類。由于鑄件使用廣泛，涉及的領(lǐng)域比較廣泛，鑄件使用的環(huán)境等對(duì)于鑄件的要求也不盡相同，但總體上每一種鑄件在其具體的使用領(lǐng)域都有其相關(guān)的接受標(biāo)準(zhǔn)。在鑄件生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)工藝設(shè)計(jì)、模型制作、鑄造過(guò)程以及檢驗(yàn)過(guò)程采取有效的控制手段可以滿足鑄件的接受標(biāo)準(zhǔn)和顧客的使用要求。本文對(duì)于鑄鐵件檢驗(yàn)過(guò)程關(guān)鍵質(zhì)量特性識(shí)別進(jìn)行論述。

1 鑄件材質(zhì)要求的識(shí)別和控制

1.1 鑄件材質(zhì)要求的識(shí)別

對(duì)鑄件本身使用性能進(jìn)行控制，使鑄件各項(xiàng)性能達(dá)到一定的要求是滿足顧客最終產(chǎn)品使用要求的基本條件。由于不同鑄件使用要求不同，材質(zhì)要求也不同。通常，鑄件材質(zhì)根據(jù)使用性能、斷口特征以及成分特征，比較常見(jiàn)有灰鑄鐵、球墨鑄鐵以及蠕墨鑄鐵等不同鑄件產(chǎn)品，材質(zhì)要求包括化學(xué)成分、機(jī)械性能、金相組織、硬度、沖擊性能等要求。在鑄件檢驗(yàn)階段，需要明確識(shí)別各項(xiàng)性能檢測(cè)的要求和可接受標(biāo)準(zhǔn)。在鑄件材質(zhì)要求識(shí)別過(guò)程中，根據(jù)材質(zhì)的不同牌號(hào)要求可形成內(nèi)部可控的標(biāo)準(zhǔn)，便于對(duì)比分析，加強(qiáng)材料性能控制。同時(shí)，在材料識(shí)別中要注意由于每個(gè)顧客所使用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的不同，材料表示的也不一樣，這就要求了解各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的表示方式，例如，灰鑄鐵和球墨鑄鐵的材質(zhì)牌號(hào)為例對(duì)照如表1 所示。

表1 常用鑄鐵材質(zhì)在不同標(biāo)準(zhǔn)下的牌號(hào)對(duì)照

1.2 鑄件材質(zhì)要求的控制

常見(jiàn)的球墨鑄鐵件和灰鑄鐵件材質(zhì)化學(xué)成分的控制要點(diǎn)在于C、Si、Mn、P、S 等五大元素的含量。根據(jù)產(chǎn)品組織、性能要求不同，所對(duì)應(yīng)的重要元素控制范圍不同。在鑄件材質(zhì)要求的控制過(guò)程中，依照鑄件生產(chǎn)流程，重點(diǎn)從熔煉工藝配比參數(shù)設(shè)計(jì)、原材料采購(gòu)及入廠檢驗(yàn)、原材料分類存放管理、熔化澆注過(guò)程以及產(chǎn)品最終產(chǎn)品材質(zhì)要求的檢測(cè)控制等基礎(chǔ)方面采取檢驗(yàn)控制措施。在熔煉工藝設(shè)計(jì)初期，應(yīng)提前策劃考慮過(guò)程潛在風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)整個(gè)過(guò)程可依照FMEA 要求進(jìn)行識(shí)別和采取措施控制。同時(shí)，在原材料采購(gòu)和入廠控制時(shí)，通常根據(jù)所覆蓋的材質(zhì)牌號(hào)，設(shè)定企業(yè)內(nèi)部原材料標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)采購(gòu)的原材料進(jìn)行入廠抽樣檢測(cè)，從而保證原材料的質(zhì)量。由于不同顧客材質(zhì)要求不同，除控制基礎(chǔ)五大元素外，還需要控制其他合金元素。因此，在原材料管理上應(yīng)對(duì)不同原材料進(jìn)行分類標(biāo)識(shí)、存放，避免混料造成的熔化過(guò)程控制難度增加，影響產(chǎn)品最終的材質(zhì)要求。

2 尺寸形狀的要求識(shí)別和控制

2.1 尺寸形狀的識(shí)別

滿足鑄件基本性能要求的同時(shí)，鑄件尺寸要求是鑄件加工和裝配過(guò)程中的重要特性。尺寸是用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量單位標(biāo)識(shí)的數(shù)值，用來(lái)定義產(chǎn)品的大小、位置、方向、形狀或幾何形狀特性以及精度的要求。因此尺寸是否符合顧客要求也是一項(xiàng)關(guān)鍵的檢驗(yàn)要求，而其中的一部分尺寸需要被重點(diǎn)識(shí)別出作為關(guān)鍵質(zhì)量特性進(jìn)行重點(diǎn)控制。由于鑄件使用用途不一樣，對(duì)于手工砂型鑄造，通常鑄件的尺寸公差一般要求為GB CT11～CT14 級(jí)，對(duì)于一些要求高、使用金屬模制作的鑄件來(lái)說(shuō)公差在CT8～CT10 級(jí)。在進(jìn)行鑄件檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)于尺寸接受標(biāo)準(zhǔn)需要特別注意。由于有相當(dāng)一部分是日本、美國(guó)、歐洲的客戶這樣他們一般都使用部分本國(guó)標(biāo)準(zhǔn)或者國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。因此，在鑄件檢驗(yàn)階段必須明確規(guī)范要求，同時(shí)核對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的差異，準(zhǔn)確理解、嚴(yán)格執(zhí)行，確保顧客要求。對(duì)于鑄件關(guān)鍵尺寸特性，通常顧客會(huì)在圖紙中進(jìn)行定義（如圖1 所示），在檢驗(yàn)時(shí)需要準(zhǔn)確讀取尺寸公差要求，確認(rèn)是界限公差還是加減公差。在鑄件檢驗(yàn)階段，除識(shí)別尺寸特性外，需要對(duì)圖紙中相關(guān)引用標(biāo)準(zhǔn)、注釋、圖紙說(shuō)明進(jìn)行識(shí)別理解。特別要注意的是，在圖紙識(shí)別時(shí)，需要準(zhǔn)確識(shí)別圖紙是采用第一角投影還是第三角投影法（正射投影）制圖，否則會(huì)導(dǎo)致鑄件在生產(chǎn)和檢驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)不可避免的尺寸問(wèn)題。

圖1 某鑄件產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸特性標(biāo)識(shí)

2.2 尺寸精度控制

保證鑄件尺寸精度的關(guān)鍵是前期模型的制作。在制作模型時(shí)，為滿足鑄件的尺寸控制精度要求，對(duì)于鑄造工藝設(shè)計(jì)要求需要準(zhǔn)確識(shí)別相關(guān)的要求。顧客提供的圖紙有的是加工圖紙、有的是鑄件圖紙，對(duì)于這兩種圖紙?jiān)谥谱鞴に嚂r(shí)要考慮加工量公差要求。

2.2.1 鑄造圖紙尺寸標(biāo)識(shí)

鑄造圖紙有時(shí)也會(huì)標(biāo)出如圖2 所示的標(biāo)注方式，這也是在設(shè)計(jì)檢驗(yàn)時(shí)的重點(diǎn)檢驗(yàn)尺寸。例如：φ74、φ94、φ106、φ，高度尺寸，中心102.7±1 等給出特殊標(biāo)記的尺寸時(shí)，必須讀懂設(shè)計(jì)的意思才能更好滿足設(shè)計(jì)的要求。其中φ74、φ94、φ106、φ，表示孔的直徑在加工時(shí)，要求最大直徑不能超過(guò)尺寸φ74、φ94 等，給出的下公差就是最大的加工量的要求；高度尺寸，即要求了一側(cè)加工量的要求，又要求了毛坯的裝配的重要性；中心102.7±1，給出了中心的位移尺寸。

圖2 某壓縮機(jī)鑄件直徑、高度尺寸標(biāo)注示意圖

生產(chǎn)時(shí)必須要根據(jù)顧客給出的尺寸要求去合理制作模型，這些尺寸如果不加考慮，將模型按照普通的通用公差制作時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)鑄件尺寸由于模型、操作等原因造成尺寸過(guò)大甚至過(guò)小，這樣就會(huì)引起尺寸將來(lái)控制的偏差，甚至?xí)绊懙筋櫩偷募庸?、裝配等各種問(wèn)題。為此應(yīng)該在模型制作時(shí)就根據(jù)圖紙上的尺寸規(guī)范要求，對(duì)于關(guān)鍵、特殊標(biāo)注的尺寸給予特定的制作，對(duì)于圖紙中的注釋必須進(jìn)行全面的了解。

2.2.2 鑄件加工基準(zhǔn)和尺寸檢驗(yàn)控制

對(duì)鑄件進(jìn)行加工基準(zhǔn)尺寸的設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該在模型制作中就考慮到，而且盡最大可能將其設(shè)計(jì)在外模上，由砂型來(lái)保證，避免由型芯形成其相關(guān)尺寸。因?yàn)樯靶拖鄬?duì)于型芯是比較固定的，不易出現(xiàn)砂芯偏移等問(wèn)題。這就要求產(chǎn)品在初期檢驗(yàn)策劃和工藝策劃時(shí)，工藝人員必須要關(guān)注圖紙尺寸，熟悉圖紙的要求，合理設(shè)計(jì)制作工藝，保證后期產(chǎn)品的檢驗(yàn)要求。

當(dāng)前，產(chǎn)品加工已經(jīng)采用智能化、無(wú)人操作的加工中心進(jìn)行加工，這就對(duì)砂型鑄件的一致性提出了更高的質(zhì)量要求。在工藝設(shè)計(jì)之初必須和客戶確認(rèn)產(chǎn)品加工支頂?shù)囊?，避免將這些重要的面出現(xiàn)芯子等易變的位置上，如圖3 所示。而且，當(dāng)前由于很多顧客產(chǎn)品已經(jīng)趨于采用3D 模型圖進(jìn)行整個(gè)尺寸控制，逐步取代了二維產(chǎn)品圖，在產(chǎn)品和設(shè)計(jì)制作時(shí)以3D 模型圖為準(zhǔn)，這就提高了對(duì)鑄件的尺寸檢驗(yàn)要求。對(duì)此在產(chǎn)品尺寸檢驗(yàn)時(shí)可采用單臂數(shù)模測(cè)量壁進(jìn)行檢驗(yàn)，甚至采用更高級(jí)的掃描拍照的方法進(jìn)行檢驗(yàn)以確保產(chǎn)品的質(zhì)量，如圖4 所示。

圖3 壓縮機(jī)鑄件加工支頂位置示意圖

尺寸檢驗(yàn)中往往容易被忽略的R 角問(wèn)題仍然是關(guān)鍵檢驗(yàn)特性之一。由于鑄件的結(jié)構(gòu)、形狀要求必然需要有銜接，而且鑄造過(guò)程中會(huì)有殘余的應(yīng)力，如果在一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、圓弧相接多的地方不做R角，就會(huì)出現(xiàn)鑄件裂紋，這是一個(gè)比較嚴(yán)重的問(wèn)題。所以設(shè)計(jì)之初、檢驗(yàn)時(shí)都必須將其作為重點(diǎn)的檢驗(yàn)項(xiàng)。

綜上所述鑄件的尺寸檢驗(yàn)關(guān)鍵就是熟悉尺寸精度要求，讀懂圖紙?zhí)厥鈽?biāo)記，考慮模型的制作精度，保證砂型的一致性、穩(wěn)定性。

圖4 某壓縮機(jī)產(chǎn)品尺寸掃描結(jié)果示意圖

3 外觀質(zhì)量要求的識(shí)別和控制

3.1 外觀質(zhì)量的識(shí)別

檢驗(yàn)中另一個(gè)常規(guī)檢驗(yàn)就是鑄件的外觀檢驗(yàn)。由于鑄造的特殊性，其比較容易產(chǎn)生夾砂、夾渣、氣孔、冷隔、裂紋、融合不良等一系列的鑄造缺陷。對(duì)于鑄造檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)必須要分清這些缺陷是否影響顧客的使用，哪些缺陷是不可接受的，比如裂紋、融合不良等缺陷。由于鑄件的使用要求不一致，鑄件外觀檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和要求也不一致。通常采用標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比樣塊進(jìn)行鑄件外觀的檢驗(yàn)確認(rèn)，如圖5 所示。

圖5 常見(jiàn)的鑄鐵件外觀比較樣塊

3.2 外觀質(zhì)量的控制

在鑄件外觀檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)配備相關(guān)檢驗(yàn)工具，如光強(qiáng)大于1000 勒克司（lux）的照明工具、卷尺、游標(biāo)卡尺、鏡子等。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的內(nèi)腔必要時(shí)可借助工業(yè)內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢驗(yàn)確認(rèn)。鑄造企業(yè)為了控制外觀質(zhì)量檢測(cè)要求，通?？梢越⑾嚓P(guān)產(chǎn)品的外觀對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)冊(cè)或外觀檢測(cè)記錄卡片；對(duì)于特殊外觀要求產(chǎn)品，必要時(shí)建立圖文并茂的作業(yè)指導(dǎo)書，如圖6 所示典型外觀缺陷示意圖，用于過(guò)程質(zhì)量控制。為減少鑄件外觀缺陷，通常通過(guò)重點(diǎn)控制模具表面質(zhì)量、砂型緊實(shí)度、型砂表面涂層的厚度、或選用一些特定的涂料等來(lái)減少鑄件的外觀缺陷。

4 內(nèi)在質(zhì)量的識(shí)別和控制

4.1 內(nèi)在質(zhì)量的識(shí)別

圖6 典型外觀缺陷示意圖

在鑄件產(chǎn)品設(shè)計(jì)、鑄造工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)以及質(zhì)量檢驗(yàn)策劃過(guò)程中，可以識(shí)別出鑄件產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵控制點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵控制參數(shù)。通常鑄件內(nèi)在缺陷主要有縮松、夾渣、夾砂、皮下氣孔等。這些缺陷的存在影響產(chǎn)品使用性能，如果不能準(zhǔn)確判斷其尺寸或面積大小，產(chǎn)品在使用過(guò)程中可能會(huì)失效而造成重大經(jīng)濟(jì)和成本損失。由于鑄件的特殊要求，以及顧客對(duì)鑄件內(nèi)部的質(zhì)量要求，通常顧客會(huì)明確相關(guān)內(nèi)在缺陷的無(wú)損檢驗(yàn)要求。

4.2 內(nèi)在質(zhì)量的控制

如何判定鑄件的內(nèi)在缺陷是對(duì)鑄件使用有影響，一般情況下可通過(guò)結(jié)合鑄件的精加工圖紙及裝配圖紙要求，與對(duì)應(yīng)的加工或裝配位置的缺陷數(shù)據(jù)綜合判定缺陷的影響程度。而鑄件產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量檢驗(yàn)可以通過(guò)無(wú)損檢測(cè)和有損檢測(cè)兩種方法進(jìn)行。例如球墨鑄鐵產(chǎn)品可以采用UT（超聲波檢驗(yàn)）進(jìn)行內(nèi)在缺陷檢測(cè)，而灰鑄鐵由于其組織的特殊性，不能采用超聲波進(jìn)行內(nèi)在缺陷的檢測(cè)。對(duì)于大多數(shù)鑄鐵產(chǎn)品通常都可以采用PT（滲透檢驗(yàn)）、MT（磁粉探傷）對(duì)其表面和近表面的缺陷進(jìn)行檢測(cè)判斷。而RT（射線探傷）由于其本身檢測(cè)成本較高，通常對(duì)于鑄件產(chǎn)品首件或樣件進(jìn)行關(guān)鍵區(qū)域的檢測(cè)，當(dāng)前，用于對(duì)部分客戶由于其鑄件產(chǎn)品的特殊使用要求，需要對(duì)整體鑄件100%射線檢測(cè)，鑄件產(chǎn)品質(zhì)量要求已經(jīng)超出了當(dāng)前鑄件產(chǎn)品的通用要求，企業(yè)在進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)，可以協(xié)商使用UT 或試加工解剖等破壞性檢測(cè)手段代替射線檢測(cè)，降低企業(yè)的檢測(cè)成本。通過(guò)有效的檢驗(yàn)手段來(lái)確保產(chǎn)品的最終質(zhì)量，使產(chǎn)品滿足使用要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

鑄件檢驗(yàn)涉及的要求及控制項(xiàng)目相對(duì)比較繁雜，為了滿足鑄件特定技術(shù)要求以及使用安全要求，通過(guò)在鑄件檢驗(yàn)過(guò)中對(duì)各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的特性和控制要求進(jìn)行識(shí)別，從而通過(guò)對(duì)鑄件產(chǎn)品檢驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行合理前期策劃，利用合理的、經(jīng)濟(jì)的以及各種先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)手段提升檢驗(yàn)?zāi)芰蜋z測(cè)準(zhǔn)確性，可以有效保證產(chǎn)品最終質(zhì)量，滿足顧客需求。