Проведение анализа технологического процесса литья позволяет своевременно выявлять и устранять причины возникновения проблем, обеспечивая стабильное качество продукции и эффективность производства. Контроль качества получаемых отливок предполагает выявление дефектов на ранних этапах производства, оптимизацию затрат на производство и осуществлять повышение эффективности производственного процесса. Введение контроля за проведением техпроцесса литья имеет свои технические причины:
- Оценка влияния конструктивных особенностей отливок
- Анализ параметров литейной формы
- Исследование режимов заливки и охлаждения
- Контроль свойств литейных сплавов
- Стабилизация процесса литья
- Улучшение характеристик получаемых отливок
- Оптимизация режимов плавки и заливки
- Совершенствование технологии охлаждения
- Адаптация к новым материалам
Деталь после литья проконтролировать можно, если использовать оборудование для объективного контроля с осуществлением анализа технологического процесса литья, при этом предварительный анализ включает, изучение технической документации, оценку соответствия оборудования техническим требованиям по его применению. При этом проводится сопутствующий анализ состояния оснастки, точность размеров отливок, качество поверхности заготовок, механические свойства материала, качество модельного комплекта, состояние формовочной смеси. А также параметры литья: температура расплава, скорость заливки, равномерность заполнения формы, режим охлаждения. Отдельным вопросом стоит контроль качества: проверка размеров, оценка шероховатости, выявление дефектов, анализ механических свойств. При этом могут использоваться такие методы анализа, как статистические методы, включающие контроль показателей точности, анализ распределения параметров, оценка стабильности процесса с выявлением причин отклонений при появлении повышенного брака.
Для контроля качества литья используют следующее оборудование.
Химический анализ:
- Спектрографы с генераторами искры или дуги
- Микрофотометры для анализа состава (для химического анализа)
- Стилоскопы для быстрого спектрального анализа (для химического анализа)
- Спектропроекторы для детального исследования (для химического анализа)
- Анализаторы серы и фосфора (например, Leeco CB-46)
- Приборы для определения азота (например, NAA 2002)
Неразрушающий контроль:
- Системы визуализации внутренней структуры - рентгеновские томографы для выявления трещин и пустот, анализа пористости, контроля толщины стенок и сравнения с 3D-моделями образцов.
- Профилометры для измерения шероховатости
- Проекторы (компакторы) для контроля сложных сечений
- Измерительные системы для проверки размеров
- Твердомеры различных типов (Виккерс, Роквелл, Бринелль)
Как видно, в наличии достаточно много существует методик, методов, чтоб осуществлять контроль за процессом изготовления литьевых изделий. Однако, на самом деле не все так просто с этим контролем. Не все предприятия, которые изготавливают мелкосерийную продукцию, могут себе позволить внедрить системы визуализации внутренней структуры, из-за их высокой стоимости, стоимости расходных материалов, да и наличия вредных излучений, интенсивность которых становится высокой для толстостенных металлических деталей, что требует отдельных защищенных комнат для проведения диагностики.
Готовая деталь после литья имеет необработанную поверхность, которая малопригодна для непосредственного использования ультразвуковых дефектоскопов, поэтому они используют дорогую иммерсионную жидкость, либо дополнительную механическую подготовку поверхности за счет ручного труда. Если же деталь имеет сложную конфигурацию, то применение ультразвуковых дефектоскопов для проверки литья становится тоже проблематичным. Очевидно, что необходим совершенно другой подход при использовании акустических колебаний в области диагностики сложных литейных изделий. Для этого можно применить отечественный акустический диагностический комплекс TriMod - хх, выставлявшийся на 24-й Международной специализированной выставке "Дефектоскопия / NDT Санкт-Петербург", проходившей недавно 23 и 24 апреля 2025г., использующий новый-старый метод анализа акустический колебаний, возникающих после механического удара по контролируемому образцу. Результат анализа в виде рейтинга образца выдавал ИИ, встроенный в комплекс.
Пример мониторинга техпроцесса ударом.
На одном из отечественных заводов была проведена диагностика нескольких партий литьевых деталей, которые прошли процедуру отжига для снятия механических напряжений. Детали из металла в объеме не превышали 120мм3 и имели сложную необработанную поверхность с наличием отверстий разного диаметра. Анализ проводился для трех партий деталей:
- партий №1 - 100шт.
- партия №2 - 50 шт. (литье после новой оснастки)
- партия №3 - 100 шт.
Для них были построены гистограммы распределений рейтингов деталей (чем меньше рейтинг, тем деталь более "качественная"), после проведения диагностики.
Были получены статистические характеристики данных гистограмм. Для них все величины асимметрий имеют значение >0, что означает, длинный хвост направлен вправо, преобладают меньшие значения признака, распределение имеет правостороннюю скошенность, т.е для партий 1, 3 законы распределения относятся к косым.
Положительная асимметрия в производственных процессах указывает на следующие особенности:
- Распределение показателей смещено в сторону более высоких значений.
- Правый хвост распределения длиннее левого.
- Наличие выбросов с высокими значениями параметров.
- Среднее значение смещено вверх относительно медианы.
Основные проявления положительной асимметрии на производстве:
- Преобладание изделий с показателями выше нормы
- Редкие случаи значительного превышения допустимых значений
- Возможные проблемы с однородностью продукции
Контроль качества: превышение допустимых параметров в отдельных партиях, неравномерность распределения дефектов, смещение контрольных показателей в сторону высоких значений.
Возможные причины возникновения:
Технологические факторы: нестабильность оборудования, несовершенство контроля параметров, износ отдельных узлов.
Для партии №2 видно, что закон распределения двухмодальный (два максимума). Двухмодальное распределение в контексте производственной продукции указывает на наличие двух различных групп значений в исследуемых показателях качества или характеристик продукции.
Основные причины появления двухмодального распределения:
Технологические факторы:
- Работа нескольких производственных линий с разными параметрами
- Использование разных технологических процессов
- Несогласованность настроек оборудования
Материальные факторы:
- Применение разных партий сырья.
- Использование комплектующих от различных поставщиков
- Различия в качестве материалов
Возможные последствия:
- Повышенный процент брака
- Нестабильность качества продукции
- Увеличение затрат на контроль
Двухмодальное распределение требует особого внимания и анализа, так как может указывать на серьезные проблемы в производственном процессе, которые необходимо устранить для обеспечения стабильного качества продукции.
Партия №3 из представленных, имеет более качественный состав изделий, а значит может быть указана, как 1-й сорт при продаже на рынке.
Метод свободных колебаний, используемый в комплексе, основан на анализе акустических мод, возникающих под действием механического удара. На поведение мод существенное влияние оказывают параметры материала, размер и форма объекта, наличие трещин. Если есть трещина, то через нее акустическое колебание не проходит и отражается, а значит изменяется и модовый состав, который и фиксирует оборудование. Если изменяется скорость прохождения волн из-за изменения плотности, внутренних напряжений, то это также фиксируется оборудованием. Мелкие неоднородности могут не оказывать влияние на поведение акустических мод, если они не меняют его структуру и свойства. Тем не менее, анализ акустических характеристик партий образцов, позволяет оценивать в целом их состояние и стабильность технологического процесса, создавать систему мониторинга технологических параметров литья.