Системный подход к снижению брака отливок

Введение

Литейное производство относится к классу сложных систем, формальное представление которых затруднительно. Это обусловлено значительным количеством параметров, определяющих функционирование системы, сложностью, а подчас и невозможностью точного определения их значений, в силу этого неэффективностью или невозможностью точного моделирования поведения системы. К таким системам относится  технологический процесс  изготовления отливок из железоуглеродистых сплавов. Несмотря на тысячелетнее существование этих технологий, до настоящего времени остается актуальной проблема выяснения причин возникновения дефектов литых изделий и методов их устранения. Специалисты литейного производства считают, что литейное дело – это черный ящик, набитый неожиданностями.

Проведенный анализ последних лет работы литейных цехов показывает, что объем бракованных отливок в России стоит на достаточно высоком уровне. В результате заводы несут многомиллионные убытки. Причина трудности ликвидации дефектов состоит в том, что отсутствует системный подход к поэтапному процессу распознавания дефектов, выявления условий его возникновения и определения эффективных способов ликвидации.

Основные аспекты системного подхода к ликвидации дефектов

При проведении исследований было установлено, что процесс ликвидации дефектов сложных систем, к которым относятся отливки,  можно представить в виде  нескольких подсистем. 

Рисунок 1. DFD-диаграмма организации процесса идентификации и ликвидации дефектов сложных систем на примере дефектов отливок из железоуглеродистых сплавов.

На рис. 1 представлена DFD диаграмма организации процесса идентификации и ликвидации дефектов на примере производства отливок. Такой подход организует  единую систему  выполнения поставленной цели идентификации дефектов, диагностики причин и их устранения. Организация процесса выявления и ликвидации дефектов осуществляется следующим образом. Разрабатывается техпроцесс изготовления отливки и изготавливается пробная партия литых заготовок. При возникновении дефекта проводится его идентификация с выявлением разновидности, определяется причина возникновения и способ ликвидации. После этого проводится исправление ошибок и изготовление новой партии литья. Если причину возникновения дефекта отливки установить затруднительно, тогда проводится моделирование литейных процессов и выбор технологических приемов по созданию устойчивого технологического процесса.

Обзор литературных данных, опыт работы специалистов и авторов, позволил провести анализ пороков отливок из железоуглеродистых сплавов и создать древовидную схему систематизации 38 разновидностей дефектов по их характерным признакам. На рис. 2 приведен фрагмент систематизации в виде дерева для дефектов «Раковина».  Дерево  систематизирует  дефекты  по их отличительным особенностям, а именно по состоянию поверхности, ее виду, форме  и расположению дефекта.

         Рисунок 2. Фрагмент дерева систематизации усадочных и газовых дефектоd

Создание новой методологии диагностики и снижения брака отливок

В течение многолетней работы по повышению качества отливок была создана новая методология выявления и ликвидации дефектов литых заготовок. Она позволяет рассмотреть и использовать различные направления по повышению качества отливок. Схема методологии представлена на рис. 3. Методология использует качественные и количественные методы, способствующие выявлению и ликвидации дефектов, или моделированию литейных процессов.

Рисунок 3. Дерево компонентов методологии выявления дефектов и снижения брака отливок

Качественные методы не требуют специальных математических расчетов и базируются на логическом или эмпирическом определении дефектов. К качественным методам в представленной методологии относятся:

1. Методика логического определения дефектов, содержащая:

·        дерево систематизации дефектов, позволяющее по характерным отличиям точно определить разновидность дефектов;

·        граф цепочек причинно-следственных связей, который создается при исследовании этапов процесса формирования дефекта. По графу можно определить истинную причину возникновения дефекта;

·        граф способов ликвидации дефектов, способствующий определению наиболее эффективного способа устранения дефекта.

Описанная методика предназначена для технологов, которые владеют информацией о протекающих в литейной форме процессах формирования и затвердевания отливки. Если же знания о литейных процессах недостаточны, можно использовать следующую методику качественного метода.

2. Методика эмпирического определения дефектов, выполненная в виде автоматизированной системы и содержащая:

·        дерево систематизации, поэтапно представляющее цветные фрагменты дефектов с описанием для определения разновидности рассматриваемого порока отливки;

·        модуль фиксирования параметров технологического процесса в промежуток времени появления дефектов для формирования цепочек причинно-следственных связей;

·        модуль обобщенного влияния причин и их взаимодействия между собой на формирование дефекта;

·        модуль построения трехмерного графика и таблицы влияния (в %) причин на возникновение дефекта, а также предложение способов ликвидации дефектов;

Количественные методы моделирования условий возникновения дефектов содержат следующие автоматизированные системы:

1.                Моделирования условий ликвидации газовых раковин;

2.                Снижение брака отливок с использованием интегрированной аналитической системы;

3.                Моделирования условий снижения или ликвидации усадочных дефектов;

4.                Расчет литниковых систем.

Методики логического и эмпирического определения дефектов и оценка эффективности их использования

Рассмотрим практическое использование разработанной методологии для ликвидации брака отливок, а именно метод качественного анализа. На рис. 4 представлена методика логического определения, диагностики и ликвидации светлых, мелких подкорковых газовых раковин. В верхней части алгоритма определяется разновидность дефекта, в средней части устанавливаются цепочки причинно-следственных связей между разновидностями дефектов и причинами их возникновения, в нижней части выбираются приемлемые способы ликвидации брака отливок. Используя эту методику можно достаточно быстро определить и ликвидировать дефект отливки.

Рисунок 4 . Визуальная демонстрация использования методики логического определения, диагностики и ликвидации  светлых мелких подкорковых раковин.

Представленная методология была апробирована на ряде заводов России (АЛНАС, Тверьвагонзавод, Пензадизельмаш, Ростлит, НЭВЗ, АВТОВАЗ, БМЗ и др.) и получила одобрение литейщиков.

Практические результаты использования новой методологии. На Тверьвагонзаводе за 25 минут было найдено решение по ликвидации  светлых газовых раковин на отливке «Крышка 766», что позволяет заводу получить экономию 12 миллионов руб.  Там же найдено решение по ликвидации окисленных газовых раковин на отливке «Корпус 548» с экономией для завода 6,4 миллионов рублей. На Альметьевском насосном заводе ликвидация окисленных газовых раковин на отливке «Рабочее колесо» Л-ЕЮТИ.Н.354.01.631 позволяет заводу получить экономию в 3,5 миллиона руб.