Krzysztof Siekański, Stanisław Borkowski

ARCHIWUM ODLEWNICTWA
Rok 2002, Rocznik 2, Nr 6
Archives of Foundry
Year 2002, Volume 2, Book 6
PAN - Katowice PL ISSN 1642-5308
24/6
ETAPY KSZTAŁTOWANIA JAKOŚCI ODLEWÓW
Z ŻELIWA SZAREGO
K. SIEKAŃSKI1 , S. BORKOWSKI2
Politechnika Częstochowska, Wydział Zarządzania, Katedra Inżynierii Produkcji
Al. Armii Krajowej 19B, 42-200 Częstochowa
STRESZCZENIE
W artykule zajęto się analizą całego procesu produkcji odlewniczej, przedstawiono model zarządzania jakością w odlewni żeliwa. Proces odlewania podzielono na
etapy i w każdym z nich wskazano czynniki decydujące o tym, by wyrób końcowy
procesu był jak najwyższej jakości, omówiono także czynności kontrolne podejmowane
na każdym z wyróżnionych etapów produkcji.
Key words: process of casting, quality of castings, quality control.
1.
WPROWADZENIE
Podstawową kwestią dla otrzymania wyrobu odlewanego jest umiejętność zap anowania nad dużą ilością zmiennych czynników decydujących o jakości finalnego produktu. Odlewanie składa się z szeregu etapów, w trakcie których pojawić mogą się
odmiennego rodzaju niezgodności z założonymi charakterystykami, odstępstwa od
przyjętych specyfikacji, czy wymagań. Zatem każde przedsiębiorstwo odlewnicze, by
działać skutecznie musi zidentyfikować liczne procesy prowadzące do powstania wyrobu, jakie zachodzą w toku istnienia firmy, musi także nauczyć się nimi odpowiednio
zarządzać.
Jakość3 uzyskanego wyrobu uzależniona jest od wybranej technologii (pojęcie to
dotyczy procesów wytwarzania form oraz samego wytopu metalu, zalewania form
mgr inż., [email protected].
prof. dr hab. inż., [email protected].
3
W przypadku odlewów, bardzo adekwatną definicją jakości jest najnowsza ujęta w normie ISO
9000:2000 podająca, że „jakość to zespół właściwości wyrobu, usługi decydujący o spełnieniu
1
2
207
i przyjętych metod oczyszczania odlewów). Zatem, to jaki będzie wyrób końcowy zależy od bardzo wielu powiązanych ze sobą czynników. Nowe podejście zalecane przez
normę ISO 9000:2000 wspomaga ujęcie całości produkcji firmy poprzez procesy ogó lne, kluczowe i pomocnicze prowadzące do otrzymania produktu. Ogólne schemat procesów prowadzących do wytworzenia odlewu przedstawia model syst emu zarządzania
jakością (rys. 1).
Rys. 1. M odel systemu zarządzania procesowego jakością odlewów
Źródło: Opracowanie własne na podstawie [4]
Fig. 1. The model of process approach to the quality management system in the foundry
Sources: Elaboration own on the basis [4]
Analizując działanie odlewni można wyróżnić szereg procesów przygotowawczych i kluczowych, inaczej rzecz ujmując samo wytwarzanie odlewu można podzielić
na kilka stadiów. W najprostszym ujęciu można zaprezentować trzy fazy [2]: I faza –
związana z wszelkimi czynnościami przygotowawczymi, zaprojektowaniem i wykonaniem modeli i form odlewniczych oraz rdzeni, II faza – metalurgiczny proces, wytop
metalu i zalewanie form, III faza – wybijanie z form odlewów, usuwanie rdzeni, końcowa obróbka i kontrola wyrobu.
wymagań klienta”. Właściwości wyrobu, to w przypadku odlewu specyfikacje (i inne ustalenia)
zawarte w dokumentacjach technicznych, dotyczące parametrów, jakimi odznaczać powinien się
odlew, czasu, miejsca i warunków dostarczenia wyrobu do klienta [1].
208
ARCHIWUM ODLEWNICTWA
W wyniku takiego złożonego procesu powstaje odlew, który powinien spełniać
wymagania klienta. Dla szerszego ujęcia procesu odlewania celowym będzie dokład niejsza prezentacja powstawania odlewu oraz związanych z przebiegiem każdego etapu
produkcji występowania niezgodności.
2.
IDENTYFIKACJA POSZCZEGÓLNYCH
ODLEWÓW ŻELIWNYCH
FAZ
PROCESU
PRODUKCJI
Rozpoznanie głównych etapów produkcji, na których powstaje wyrób wsp omaga doskonalenie jakości odlewów. Odpowiednie sposoby (metody, techniki) pozwalają na analizę każdej fazy powstawania wyrobu – od projektowania po wprowadzenie
do eksploatacji – bowiem na każdym z tych etapów tworzona jest jakość.
Identyfikacja procesów i takie ich przedstawienie sprzyja określeniu czynników wpływających na kształtowanie jakości na każdym etapie produkcji. Gdyby zatem podzielić
proces produkcji na etapy (bardziej szczegółowo jednak, niż przedstawione powyżej
stadia ogólne), można by się pokusić o określenie, na podstawie czynności wykonywanych w każdym etapie produkcji, możliwych do wystąpienia niezgodności, a więc
wszelkich odstępstw w wykonawstwie, osiągnięciu założonych parametrów w odlewach
(tabela 1.). Następnym krokiem mogłaby być liczbowa (procentowa) ocena częstotliwości występowania wad w zależności od stadium produkcji.
Tabela 1. Fazy produkcji odlewniczej wraz z poglądowym zestawieniem niezgodności, które mogą wystąpić w każdej z nich
Table 1. Stages of foundry production with demonstrative presentation of nonconformances connected with every production phase
Etap procesu
I. Projektowanie
II. Zakup, przyjęcie
materiałów do
produkcji
III. Wykonanie
modeli i pozostałego niezbędnego
oprzyrządowania
O pis czynników charakteryzujących proces, wraz
z elementami decydującymi o jakości wyrobu
finalnego
Projektowanie całej dokumentacji dla odlewów wraz
z wymaganiami dotyczącymi: metalu, omodelowania,
form, warunków przebiegu poniższych procesów.
(projekty zawierają szczegółowe rysunki poszczególnych elementów omodelowania wraz z obliczonymi
na potrzeby procesu odlewania naddatkami, dołączonymi do form układami wlewowymi, przelewowymi
itp.)
Jakość materiałów (zarówno materiału modelu,
formy, surowca do wytopu)
Dokładność wykonania i odzwierciedlenia kształtu
nadanego omodelowaniu przez projektanta
Właściwy dobór materiału oprzyrządowania i odpowiednie wytrasowanie modelu
Możliwość powstania nastę pujących niezgodności
Zażużlenia (zły projekt układów wlewowych i przelewowych), pęcherze powietrza (np.
przyjęty materiał formy), guz
(wypaczenie wnętrza formy),
jama skurczowa, naderwania
(zły projekt formy) itp.
Zanieczyszczenia, skład chemiczny surowca
Chropowatość, nieprawidłowy
wymiar wyrobu gotowego
IV. Wykonanie form Jakość wykonanej formy, przyjęta technologia wyko- Wykruszenia, zapiaszczenia,
nania form, posiadane linie produkcyjne, przeszkole- naderwania, przestawienie
nie personelu wykonawczego, właściwe parametry
formy (np. wilgotność), wykonanie odpowietrzeń,
209
prawidłowe ułożenie elementów omodelowania,
staranny przebieg ubijania form itp.
V. Wykonanie
rdzeni
VI. Przygotowanie
wsadu
Przyjęta technologia wykonania rdzeni,
sposób złożenia formy i rdzenia
T echnologia wytopu
Dodatki stopowe
VII. Wytop metalu
Parametry procesu wytopu, czas wytopu
VIII. Zalewanie
form ciekłym
metalem
IX. Wybijanie
odlewów z form i
rdzeni z odlewów
Przeszkolenie pracowników – zalewaczy do właściwego wykonywania czynności zalewania form,
odpowiednie podanie niezanieczyszczonego metalu
(usunięcie żużla z powierzchni kadzi itp.)
Dokładność wykonania czynności przez pracowników, przestrzeganie czasu stygnięcia wyrobu w
formie przed wybiciem
Zapiaszczenia, wykruszenia,
przestawienia, brak współosiowości formy i rdzenia,
zalewki
Zawartość pierwiastków
stopowych w odlewie i zanieczyszczeń decydujących o
własnościach mechanicznych
odlewu
Niejednorodność,
Przełom
Zaszarzenie
Zabielenie
Obcy metal, wypchnięcie
Niejednorodność, Zażużlenie,
Jama skurczowa, Przypalenie,
Fałda, Niedolew
Pęknięcia na gorąco i na zimno
Uszkodzenia mechaniczne
X. Proces
oczyszczania
i wykańczania
odlewów
T echnologia oczyszczania, maszyny używane w
przedsiębiorstwie, rodzaj oczyszczanego odlewu
Pęknięcia na zimno,
XI. Kontrola
końcowa
Możliwości posiadanego laboratorium badawczego,
dobór próbki do badań, oznaczanie wyrobu niezgodnego, skuteczność kontroli przed dostarczeniem
wyrobu klientowi, oględziny zewnętrzne oraz z
zastosowaniem przyrządów pomiarowych
T wardość, pęknięcia wewnętrzne, błędne wymiary,
wady powierzchni itp.
Źródło: Opracowanie własne na podstawie [3, 4]
Sources: Elaboration own on the basis [3, 4]
W toku wytwarzania odlewów stosuje się szereg skomplikowanych metod bada wczych: oględziny zewnętrzne, kontrola wymiarowa, badania nieniszczące (metoda
proszkowa, radiologiczna, ultradźwiękowa, dźwiękowa, badania przez pomiar masy
właściwej, badania prądami wirowymi, magnetyczne itp.), badania w warunkach zbliżonych do eksploatacyjnych (badanie odlewów pod zmiennymi obciążeniami, pod c iśnieniem i w testach dynamicznych), badania niszczące (łamanie odlewu, cięcie lub
zdejmowanie warstw metalu przy zas tosowaniu obróbki mechanicznej w celu odkrycia
powierzchni przechodzącej przez materiał odlewu w miejscu zalegania wady). Oprócz
takich technicznych metod pomiarowych można jeszcze używać stosunkowo prostych
narzędzi doskonalenia jakości wykorzystujących zebrane wyniki pomiarów do oceny
jakości procesu (metoda Pareto-Lorenza, diagram Ishikawy, histogramy, karty kontrolne itp.) można stosować także nowoczesne metody oceny ryzyka wytworzenia wyrobu
niezgodnego z założonymi specyfikacjami (np. analiza FMEA). To wszystko razem
oraz kontrola bieżąca produkcji dopiero gwarantuje wysoką jakość odlewu oraz
210
ARCHIWUM ODLEWNICTWA
wykrycie newralgicznych miejsc procesu, w których powstaje najwięcej wyrobów niezgodnych z wymaganiami. Istotą właściwego nadzorowania procesów odlewniczych
jest wykorzystanie danych z kontroli, w takich sposób, by móc umiejętnie regulować
cały proces tworzenia wyrobu gotowego.
3.
ANALIZA WYNIKÓW Z PROCESU PRODUKCYJ NEGO
Dla rozpatrywanego przykładu przyjęto za przydatne określenie miejsc, osób
odpowiedzialnych, czy też etapów procesu odlewania narażonych na występowanie
błędów. Zebrano dane z procesu odlewania i przyporządkowano je do kilku grup związanych bezpośrednio z fazami otrzymywania wyrobu gotowego. Udział niezgodności
wykrytych w toku produkcji w roku 2000 stanowił 4,7% ogółu odlewów żeliwnych. W
toku analizy powstałych niezgodności określono zakres odpowiedzialności za powstałe
błędy i przyporządkowano go do 10 grup – czyli wyróżnionych faz odlewania. Dane
uzyskane w ten sposób posłużyły do wykonania wykres u kołowego - rysunek 2.
X DOZÓR TECHNICZNY
KONTROLA KOŃCOWA
9%
I PROJEKTOWANIE
4%
II WYKONANIE
OMODELOWANIA
2%
III PRZYGOTOWANIE
MATERIAŁÓW
6%
IV WYKONANIE FORM
18%
IX OCZYSZCZANIE
ODLEWÓW
20%
V WYKONANIE RDZENI
9%
VIII WYBIJANIE
ODLEWÓW
17%
VII ODLEWANIE
12%
VI PRZYGOTOWANIE
WSADU
3%
Rys. 2. Struktura niezgodności w procesie odlewania wg etapów procesu produkcyjnego (udział
w całości wyrobów niezgodnych %)
Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych Działu kontroli Jakości Odlewni
Żeliwa
Fig. 2. Structure of nonconformances in the casting process (% share in the whole of nonconformances)
Source: Selfresearch on the basis of documantation of the Quality Control Department of
the foundry
Z rysunku 2 wynika, że większość ze stwierdzonych niezgodności powstaje
w trakcie oczyszczania odlewów (20%), wykonania i przygotowania form (18%) oraz
wybijania odlewów z form (17%). Zatem w trakcie tych trzech etapów powstaje 55%
niezgodnych wyrobów. Fazy wymienione powyżej powinny być poddane bardziej
szczegółowej kontroli, a pracownicy biorący udział w ich realizacji muszą być dokładnie przeszkoleni.
211
4. PODSUMOWANIE
Przeprowadzone badania pozwoliły powiązać niezgodności występujące
w procesie odlewania z głównymi etapami produkcji. Zidentyfikowano, że za powstanie
niezgodności odpowiedzialne są głównie następujące fazy wytwarzania odlewów: przygotowanie materiałów, wykonanie form, proces odlewania i oczyszczania odlewów. Na
podstawie badań sformułowano wniosek, że na ilość niezgodności w pro cesie produkcyjnym wpływa głównie postępowanie pracowników związane z niedbałością, nieprzestrzeganiem zaleceń procesu technologicznego, procedur itp. Jakość da się więc znacząco podnieść poprzez podnoszenie kwalifikacji pracowników, wprowadzenie korekt
w procesie produkcyjnym oraz usprawnienie etapu wykonania form odlewniczych,
wybijania odlewów i ich oczyszczania.
LITERATURA:
[1] Draft International Standard ISO 9001:2000 Systemy zarządzania jakością – Podstawowe zasady i słownictwo, International Organizations for Standarization, 1999.
[2] Szanda M.: Planowanie monitorowania i pomiarów na przykładzie procesu odle wniczego w aspekcie pozyskiwania danych do analiz wymaganych normą ISO
9001:2000, Konferencja Naukowo-Techniczna Quality-2000, 8-9 października
2001 Częstochowa-Kokotek, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2001.
[3] Braszczyński J.: Teoria procesów odlewniczych, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1989.
[4] Dzwonnik I.: Wpływ jakości masy i technik formowania na jakość odlewów, Politechnika Zielonogórska, Materiały konferencji – strona internetowa
www.technical.com.pl.
[5] Leist R. (red): Praktyczne zarządzanie jakością, metody i narzędzia stosowane do
planowania i utrzymywania systemów jakości w przedsiębiorstwach, wg norm serii
ISO 9000, Wydawnictwo Informacji Zawodowej ALFA-WEKA Sp. z o.o., Warszawa 1997.
STAGES OF QUALITY FORMATION OF GRAY CAST IRON CASTINGS
SUMMARY
In work it was presented analysis of each stages of casting process from the moment of batch preparation to the obtainment of finished product. The investigative o bject was the foundry in which are producing parts of machines for heavy industry. In
analysis procedure it ascertained, that high quality of finished product decide mostly the
stages of production connected with batch preparation, execution of moulds and dres sing casting process.
Recenzował: prof. dr hab. inż. Adam Gierek
212