автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.23, диссертация на тему:Разработка методов и средств совершенствования качества производства отливок поршневых колец

АРУСТАМЯН Арам Иванович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ

Специальность: 05.02.23 Стандартизация и управление качеством продукции

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

2013

005541758

005541758

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» (ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»),

Научный руководитель: — доктор технических наук, профессор

Черненькая Людмила Васильевна

Официальные оппоненты: — доктор технических наук,

старший научный сотрудник Сулаберидзе Владимир Шалвович

— доктор технических наук, профессор Челпанов Игорь Борисович

Ведущая организация: — ОАО «Звезда»

Защита состоится « 24 » декабря 2013 года в 16:00 на заседании диссертационного совета Д 212.010.03 при Балтийском государственном техническом университете «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова по адресу:

Санкт-Петербург, 1-ая Красноармейская ул., д. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « 22 » ноября 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

Ю.В. Петров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из ключевых проблем, стоящих сегодня перед российскими предприятиями, является повышение конкурентоспособности их продукции на внутреннем и международных рынках. Доминирующий фактор обеспечения конкурентоспособности - качество продукции. Управление качеством является основным средством достижения и поддержания конкурентоспособности производства.

Задачи повышения качества выпускаемой продукции приобрели особую остроту после вступления России в ВТО. По мнению автора, конкурентоспособность российских производителей напрямую зависит от внедрения на предприятиях современных методов и средств повышения результативности своей деятельности (всех ее составляющих - экономичности, прибыльности, производительности, действенности, инноваций) на основе принципа сквозного интегрированного управления качеством.

Неотъемлемой частью производства любой продукции машиностроения является литьё из чугуна. Динамика потребительского спроса машиностроения на чугунные изделия показывает устойчивый тренд к опережающему росту, который в начале 1990-х годов привел к выравниванию цен на машиностроительную продукцию на внутреннем рынке и мировых цен. Сложилась ситуация, когда повышение затрат на производство (в особенности на энергоносители) и транспортировку не может быть скомпенсировано повышением цен, что приводит к снижению рентабельности. Эта проблема может быть решена за счет повышения качества продукции и снижения издержек путем совершенствования технологий производства.

Для машиностроительной промышленности самым массовым способом получения заготовки деталей является литьё из чугуна, стали, цветных металлов. Важнейшей технологической операцией в процессе изготовления отливок является заливка расплавленного металла в заливочные формы. От эффективности решения задачи обеспечения точности технологических параметров заливки чугуна по таким характеристикам, как температура, время заливки, весовая скорость, высота струи заливаемого металла, зависят как минимизация расхода чугуна при заливке, так и параметры, характеризующие качество отливок. В настоящее время отсутствуют эффективные средства контроля параметров заливки металла. Решение задачи обеспечения точности параметров технологических процессов заливки расплавленного чугуна на основе дистанционного контроля положения ковша, выполненное с учётом отечественного опыта, является актуальным для предприятий российского машиностроения, имеющим в своем составе литейное производство.

Вопросам исследования теории и практического применения автоматизированных управляющих и контролирующих систем качества в машиностроительном производстве посвящены работы Маслова В.И., Аристова О.В., Корчуиова А.Г.. Дорошевич В.К., Белова A.B., Маркова A.B., Хамидуллина В.К., Ефремова И.В. и др. Вопросам обеспечения требуемых технологических характеристик отливок при заливке расплавленного чугуна требованиям качества в условиях промышленного литейного производства посвящены исследования и разработки Гиршовича II.Г., ТСу-манина И.Б., Титова Н.Д. и др.

Работа выполнена с учетом Приказа Минпромэнсрго России от 29 мая 2007 г. № 177 «Об утверждении стратегии развития металлургической промышленности

Российской Федерации на период до 2015 года» и планом научно-исследовательских работ ОАО «Ставропольский завод поршневых, колец "СТАНРИ''», массово выпускающего поршневые кольца для автотракторных двигателей. На предприятии действует система менеджмента качества (СМК) в области производства и поставки поршневых колец для автомобильной и сельскохозяйственной техники, ухшотнительгалх колец, подтвержденная сертификатом № 7510070166 соответствия стандарту ISO 9001:2008, выданному 15.01.2011 года органом по сертификации «TUV Rneinland InterCert». В 2014 году планируется ресертификация СМК по ISO 9001:2011, а также подготовка ОАО «СТАНРИ» к сертификации в системе «АвтоПром». Настоящая работа является частью выполнения общего плана развития производства.

Целью работы является повышение эффективности функционирования технологической системы производства поршневых колец путем совершенствования системы управления качеством производства, и обеспечение конкурентоспособности продукции за счет снижения себестоимости производства.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

• анализ разработанных и применяемых в настоящее время методов управления качеством производства поршневых колец на стадии заливки чугуна в литейные формы в части создания средств контроля положения ковша при заливке чугуна;

• исследование влияния технологических параметров заливки чугуна на качество отливки и на этой основе оптимизация режимов технологического процесса;

• выбор и обоснование критериев контроля положения ковша с расплавленным чугуном ири заливке форм изделий, обеспечивающих соответствие установленным требованиям качества производства поршневых колец;

• разработка метода и устройства контроля положения ковша с расплавленным металлом, основанных на дистанционном измерении спектральных характеристик объектов, обеспечивающих удовлетворение критериям контроля качества;

• определение и обоснование выбора показателя экономической эффективности системы обеспечения качества производства иоршиевых колец и разработка метода оценки влияния ценовых показателей рыночного спроса на качество;

• определение и обоснование способов повышения адресности рыночного предложения поршневых колец разного уровня качества.

Объектом исследования является типовой участок чугунного литья производства иоршиевых колец для продукции машиностроения.

Предметом исследовании являются технология и процессы управления качеством производства поршневых колец и задача достижения сбалансированности спроса и предложения на потребительском рынке для обеспечения максимальной экономической эффективности производства.

Научная новизна работы заключается в следующих основных результатах решения перечисленных выше задач диссертации:

• обоснована эффективность методов контроля соответствия техническим условиям в системе управления качеством производства поршневых колец на стадии заливки металла;

• разработан способ дистанционного контроля отклонений параметров положения ковша с расплавленным металлом от оптимального по критерию минимизации доли несоответствующей продукции;

• предложены методы синтеза измерительной процедуры и оптимизации выбора набора датчиков для идентификации ковша с расплавленным металлом по спектру излучения, на основе которого обоснован критерий контроля положения ковша;

• показана возможность и разработана математическая модель кластеризации для исключения фоновых излучений объектов производства по разнесению спектральных характеристик с минимальным числом сопоставляемых параметров;

• предложен метод сопоставления показателей эластичности качества по пене и но затратам, позволяющий на основе анализа состояния системы качества и динамики влияния экономической эффективности затрат на повышение качества продукции оценить эффективность этих затрат;

• предложено использование информационной технологии (У/ЕВ-сервиса) с целью совершенствования связей интерактивного адресного взаимодействия системы «изготовитель-заказчик» разного уровня качества и получения заказов, выявления потребительских предпочтений при сквозном интегрированном управлении качеством для максимизации результативности производства и продаж.

На защи ту выносятся следующие положении:

• система автоматизированного контроля положения ковша с расплавленным металлом, основанная на кластеризации объектов идентификации и представлении характеристик выходных сигналов датчиков рядом Фурье;

• принципиальное и схемотехническое решения системы дистанционного контроля параметров положения ковша с расплавленным металлом в процессе литья, защищенные патентом РФ;

• критерии кластеризации объектов но спектральным характеристикам и минимизации показателей определения близости спектральных характеристик;

• критерий экономической эффективности затрат па повышение качества производства продукции, характеризующий превышение эластичности качества по затратам эластичности по цене;

• информационная технология адресного удовлетворения спроса на качество продукции в виде сервиса Интернета по формированию заказов, выявлению потребительских предпочтений и намерений;

• методические рекомендации по практическому применению системы дистанционного контроля параметров положения ковша при заливке расплавленного металла и ожидаемый экономический эффект.

Методы исследований.

В работе использованы аналитические и компьютерные методы математического моделирования процессов, происходящих в системе дистанционного контроля положения ковша с расплавленным металлом при автоматизации системы контроля, спектрального анализа характеристик излучения, отражения материалов, чувствительности датчиков, а также натурные испытания.

Практическая значимость.

Применение разработанной методики и системы дистанционного контроля положения ковша с расплавленным металлом позволяет получить значительный

технико-экономический эффект предприятиям, использующим технологии литья металла в формы, за счет уменьшения затрат на одноразовые средства измерения и снижения доли несоответствующей неисправимой продукции. Реализация н внедрение результатов работы.

Основные результаты диссертационной работы использованы для совершенствования технологического процесса литья заготовок поршневых колец из чугуна; разработанное устройство контроля положения ковша с расплавленным металлом прошло опытную эксплуатацию и натурные испытания в заводских условиях на предприятии ОАО «СТАПРИ» (Ставрополь).

Апробация работы. Результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• X региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северно-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2006 г);

• XXXV научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студе1ггов СевКавГТУ за 2005 год (Ставрополь, 2006 г);

• XXXVI научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2006 год (Ставрополь, 2007 г);

• Международном научном симпозиуме «Молодые учёные - промышленности Северо-Западного региона» (Санкт-Петербург, 2006 г);

• XIV международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2007 г);

• XVIII международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоиосов-2012» (Москва, 2012 г);

• Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодёжи (Астрахань, 2011 г);

• XII международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, 2012 г);

• II международной научно-практической конференции (Санкт-Петербург, 2012 г);

• П1 международной научно-практической конференции (Санкт-Петербург, 2013 г).

Публикации.

По результатам работы опубликовано 17 печатных работ, из них 3 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ; получен патент РФ на полезную модель.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников го 161 наименования и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проанализированы базовые показатели производства изделий машиностроения в России и технического уровня существующих методов производства и контроля качества продукции на предприятиях машиностроения. На основании результатов анализа сформулированы цель и задачи работы, обоснована актуальность выбранной темы диссертационного исследования.

В первой главе сделан обзор применяемых в машиностроении методов и средств обеспечения качества продукции.

Исходя ш критериев экономичности и производительности работ, изделия машиностроительной продукции из металлов и металлических сплавов наиболее эффективно изготавливать путем отливки с последующей обработкой. Достоинства технологии изготовления деталей литьем проявляются при производстве деталей машиностроения сложной конфигурации. Технологический цикл изготовления отливки включает ряд операции (основных и вспомогательных), выполняемых как последовательно, так и с распараллеливанием работ па различных производственных участках.

Одним из ключевых этапов в технологии производства поршневых колец является заливка формы расплавленным металлом. На предприятиях, специализирующихся на серийном производстве поршневых колец, используется метод формирования опок и их сборка в формовочную стопку.

Важной задачей при заливке чугуна в заливочные формы является обеспечение стабильности таких параметров, как температура расплавленного металла, время заливки, непрерывность струи расплавленного металла и высота, с которой заливается расплав. Дополнительным технологическим параметром, имеющим важное значение при литье металла, является весовая скорость - вес (или масса) металла, подаваемая в заливку за единицу времени.

Все перечисленные параметры технологического процесса литья чугуна на практике обеспечиваются точным позиционированием ковша с расплавленным металлом относительно заливочных форм. Оштшальная высота струи заливаемого металла при изготовлении поршневых колец составляет (200-250) мм от кромки верхней опоки до носка ковша с расплавленным металлом. Превышение высоты расположения ковша приводит к снижению температуры металла в литьевой форме, увеличению времени заливки, нарушению непрерывности струи металла, разрушению формы, появлению дефектов за счет увлечения струей заливаемого металла атмосферного воздуха. В случае же снижения высоты струи менее требуемого значения давление заливаемого металла в формы становится недостаточным и, как результат, возникают- дефекты: «зарезы», газовые раковины, включения в виде частиц песчаной формы. При этом следует учитывать, что промышленное литье в больших объемах ire позволяет выполнить индивидуальное позиционирование каждой литьевой формы относительно ковша, который используется, во-первых, для заливки множества форм, во-вторых, должен быть подвижным для перемещения к печи и обратно.

Анаши дефектов при отливке поршневых колец показал, что основными из них являются:

а) скрытые дефекты: песчаные и газовые раковины, являющиеся следствием завышенной высоты струи заливаемого металла. Обнаруживаются уже после механической обработки поверхности кольца, на финишной операции шлифовки:

б) скрытый дефект: газовая раковина, следствие завышенного положения ковша;

в) дефект «коржи». Результат завышенного от оптимального уровня (200-250) мм положения ковша, при котором образуется избыточное давление металла, нарушающее заливочную форму;

г) дефект «зарезы». Следствие заниженного положетшя ковша и недостаточного давления металла в форме. Обнаруживается визуально после выбивки;

д) дефект раковины «засоры». Это результат несоблюдения высоты положения ковша (выше или ниже оптимального уровня), при котором струя металла, разрушая форму, увлекает за собой частицы песчаной формы, образуя раковины.

При превышении допустимой высоты струи наблюдается вытекание металла из формы, что приводит к появлению перечисленных выше дефектов и выходу из строя оборудования (тележечного транспортера).

Устранение указанных дефектов является одной го главных задач работы. Контроль качества отливки проводится после завершения собственно технологической операции изготовления отливки. Отсутствие системы автоматизации контроля положения ковша с расплавленным металлом при заливке является одной из основных причин появления несоответствующей продукции и недостаточно высокого качества производимых чугунных изделий.

Для анализа зависимости появления дефекта от различных упорядоченных факторов процесса заливки металла используется причинно-следственная диаграмма К. Исикавы, которая позволяет выявить, проанализировать и графически отобразить все возможные причины появления того или иного дефекта. В качестве примера на рис. 1 приведена причинно-следственная диаграмма для анализа причин появления дефекта «песочная раковина» на отливке Ст-53-100.40.25.

Доминирующими среди причин, вызывающих появление дефектов, выявленных в ходе групповой работы, являются: отсутствие средств контроля, квалификация рабочего, безответственное отношение к качеству, отсутствие мотивации.

Автором проведены исследования качества при изготовлении поршневых колец в части оценки степени влияния дефектов на общий уровень неисправимой несоответствующей продукции. На основании полученных результатов исследования построена диаграмма Парето с кривой Лоренца, анализ которой показал, что основным! видами дефектов являются «песочные раковины» и «коржи», возникновение которых обусловлено отклонениями параметров заливки металла в готовые зафор-мованные стопки вследствие завышенного или заниженного положения ковша с металлом от оптимального уровня (200-250) мм, нарушения непрерывности струи металла, несоответствием скорости заливки и температуры металла.

Сводные результаты анализа несоответствующей неисправимой продукции по характерным дефектам, перечисленным выше, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Количество дефектов в общем объёме несоответствующей продукции

X» тип Наименование колец Брак! тыс.шт. без мероприятий по повыш. качества Песочные раковины шт. (%%) «Коржи», IIII. ("и"о) Газ. раковины шт. (%%) «Зарезы» (неспаи) шт. (%%) Нарушение структуры металла шт. (%%)

1. Ст-53-100.40.25 168 73 (43.6) 40(23,8) 25(14,8) 20(11,9) 10(5,9)

2. А-27.07.01.064 190 84 (44.2) 51(26,8) 28(14.7) 23(12.1) 4(2,1)

3. А-27.15.70.004 180 75 (41.6) 49(27,2) 26(14,4) 20(11,1) 10(5,5)

4. А-27.00.022 170 71 (41.8) 39(22,9) 26(15,3) 21(12,4) 13(7,6)

5. Ст-53-35-09.164А 100 42 (42) 25(25) 15(15) 12(12) 6(6)

(В скобках указано процентное соотношение)

Окружающая среда

Отсутствие эффективно?/) отопления и кондиционирования

Высокие перепады температур «Зима-Лето»

Отсутствие эффективной вентиляции

Отсутствие наказания

Отсутствие самоконтроля

Безответственное отношение к качеству

Квалификация рабочего

Отсутствие обучения

Низкая зартата

Технология

Оборудование

Рис. 1. Причинно-следственная диаграмма

Обзор методов автоматизации контроля положения ковша с расплавленным металлом показал, что в настоящее время существует значительный пробел, связанный с недостаточной эффективностью применяемых методов и средств контроля, основанных на контактных (с расплавленным металлом) технологиях контроля.

В заключении первой главы сформулированы задачи диссертационной работы.

Вторая глава работы посвящена определению влияния отклонений параметров заливки (температуры, времени заливки металла, непрерывности и высоты струи металла, скорости заливки) на качество литьевых изделий.

Обзор результатов различных исследований процесса заливки позволил установить, что достижение требуемых характеристик изделий в значительной степени предопределяется технологическим процессом направленного затвердевания отливки. В работе доказано существенное влияние отклонений температуры, весовой скорости заливки, непрерывности и высоты струи металла на качество отливок, и определена взаимосвязь позиционирования ковша с металлом с процессами, происходящими при выпуске изделий методом литья. Несоблюдение весовой скорости заливки, непрерывности и высоты струи расплава вызывают нарушения структуры изделия, литьевых форм, появляются трещины, газовые и неметаллические включения.

Третья глава посвящена системному совершенствованию управления качеством производства поршневых колец. Проведен аналитический обзор исследований, посвященных методам и средствам контроля и идентификации объектов. Установлено, что контактные способы, используемые на практике, не отвечают требованиям долговечности, экономичности и требуют значительных трудозатрат. Для контроля положения ковша при заливке форм чухуном обоснована целесообразность дистанционной идентификации поверхности расплавленного металла по спектру излучения.

Разработан способ регистрации уровня ковша по спектральному излучению в инфракрасном спектре, измеряемому дистанционно расположенными датчиками, обоснован выбор датчиков, обладающих спектральными характеристиками чувствительности, позволяющими зафиксировать характерные спектры излучения ковша с расплавленным чугуном на фоне излучений окружающих объектов. Задача состоит в выборе такого датчика или совокупности датчиков, спектральные характеристики чувствительности которых с заданной допустимой погрешностью кдш совпадают со спектральной характеристикой излучения. На интервале излучения [).„„„ -г ?.1ШХ] спектр объекта представляется рядом Фурье:

где Ялцк -Лпь - регистрируемый интервал длины волны спектра излучения.

Аналогично строится спектральная характеристика ¡-того датчика положения:

/О) = 4, + ¿(4 япАэг + А'ь. соькх)

0)

1

где значение х выражается через длину водны излучения:

СО

/л О) = Ал + X (А'ш 5ткх + Аш созкх)

(2)

В общей спектральной характеристике набора датчиков /¡¡(х) составляющую сигнала каждого датчика («вклад» в общих! сигнал) можно ослабить или усилить (например, схемотехнически), что означает введение в ряд//.*) разложения сигнала каждого датчика коэффициента К,у (при усилении Кф>1, при ослаблении Кф<1). Тогда для спектральной характеристики набора из N датчиков получим:

/А) = ТХ

(3)

W + Z('tí sinto: + .rkJJ cos for)

Задачу подбора совокупности датчиков (числа и их видов) можно решить путем решения задачи поиска набора коэффициентов Кф которые обеспечат минимизацию модуля отклонения аппроксимирующей функции fj(x) от реального спектра/,^:

N

F(x,Kci) = Z \f/x)-f/x)\ (4)

j=1

при условии соблюдения заданной погрешности, определяющей отличия спектров окружающих объектов от идентифицируемого.

Принимая F(x, KJ = 0, получим систему уравнений [Л/*.\'|. гдеМ-число членов ряда, учитьшаемых при синтезе, N - количество датчиков в наборе. Корни этой системы являются решением задачи синтеза набора датчиков с индивидуальными спектральными характеристиками чувствительности, показывают удельное влияние Kdj на синтезируемую характеристику, в результате которого обеспечивается максимальное сближение спектральной характеристики излучения (или отражения) идентифицируемого объекта с характеристиками регистрирующих устройств.

Второй по приоритету задачей параметрической идентификации ковша с расплавленным металлом является разнесение спектральных характеристик расплавленного металла и фоновых излучений так, чтобы информация, регистрируемая датчиком, позволяла идентифицировать только расплав. Для решения задачи применена кластеризация.

Предлагается для кластеризации характеристик излучения j-ro объекта использовать квадратичную форму отклонений составляющих ряда Фурье. Для этого в интервале излучения [л,„,„ + Д,„ш] регистрируемого объекта i спектральная характеристика представляется функциейJ¡(x) в виде ряда Фурье:

/¡и) = А» sinx + Д" cos.v+4, sinlv+A^xosüx+...+^ sinfoe+4£ eoskx+..., (5) где.'10. - постоянная составляющая,

<C - амплитуды синусоидальной и косинусоидалыюй к-й составляющих ряда, значение дс выражается через длину волны излу чения:

х = о>хл = 2х , • (6)

max '"mm

где Л^ - Л^ - регистрируемый интервал длины волны спектра излучения.

Спектральную характеристику, принадлежащую другому объекту у, представляем аналогичным рядом Фурье fj(x). Число членов рядов/¡(х) и f/x) уместно ограничить, что неизбежно приведет к появлению погрешностей í:, и 6). Значения этих погрешностей определяют, с одной стороны, требуемое число членов рядов, с другой стороны - минимальную границу кластеризации. Предлагаемый метод класте-

ризации объектов по спектралыплм характеристикам излучения /¡foj uf^x). которые принадлежат одному кластеру, основан на выполнении условия:

I [Ш-fjM1 (7)

Применение предложенного метода кластеризации на практике позволило существенно ограничить число контролируемых величин по сравнению с традиционным спектральным анализом, без ухудшения результата.

Автором применен альтернативный метод представления спектральных характеристик объектов и характеристик чувствительности датчиков. Для обоснования метода проведено измерение интенсивности отраженного оптического сигнала для образца, выполненного го чугуна. Экспериментальные данные получены с помощью спектрофотометра Colormunki швейцарской фирмы X-Rite с использованием программной оболочки DispCal GUI.

Спектральную характеристику f3(X) предлагается представлять рядом Фурье. Однако в ходе экспериментальных исследований было отмечено несовпадение значений интенсивности отражения в начале и в коште диапазона длин волн [ХтШ Дтш]. Для учета разброса интенсивности предлагается введение дополнительной линейной функции длины волны с коэффициентом:

I, _ f * (•^'тдх ) Уэ (^пии) max *him

Увеличение числа учитываемых в анализе гармоник до шести обеспечит приведенную погрешность измерения спектральных характеристик, не превышающую 1%; при увеличении числа гармоник до 11 погрешность снижается до значений <0,5%. В ходе проведённого автором эксперимента число гармоник составляло 25, это обеспечило допустимую погрешность идентификации, не превышающую 0,36%. Однако на основании результатов анализа, представленных в табл.2, можно рекомендовать использование не более 15 гармоник, при этом погрешность не превысит 0,40%. Разработанный способ идентификации поверхности расплавленного металла обладает всеми преимуществами традиционных зондовых способов, но исключает главный недостаток зондирования - одноразовое использование датчика, который теперь располагается дистанционно. Внедрение метода позволило сократить число параметров, необходимых для описания объекта контроля, сократить количество применяемых датчиков, а также повысить класс точности (до 0,05 и выше) представления спектральных характеристик. Результатом явилось достижение стабильности параметров заливки металла и повышение качества продукции. Авторские права на разработку защищены патентом [8].

Автором проведены нату рные испытания и исследования предложенной системы дистанционного контроля положения ковша с расплавленным металлом на технологической линии заливки чутуна при изготовлении поршневых колец в литейном цехе ОАО «СТАПРИ». Система внедрена в производство.

Ожидаемая экономическая эффективность от внедрения разработанной методики и системы контроля, которая базируется на снижении затрат по сравнению с базовым вариантом, требующим замены контактирующих с расплавленным металлом датчиков, составляет более 100000 руб./год в зависимости от программ выпуска изделий.

Четвертая глава посвящена разработке методики оценки качества производства отливок поршневых колец с применением предложенной технологии заливки чугуна, отличающейся наличием системы дистанционного контроля положения ковша при заливке.

Автором проведены исследования качества отливок пята различных типоразмеров поршневых колец, результаты которых сведены в табл. 3.

Таблица 3

Количество и доля несоответствующей продукции

№ п/п Наименование колец Общее кол-во. несоотв. ирод., шт. Несоотв. прод. до внедрения системы на 1 1ыс. шт. Несоотв. ирод, после внедрения системы, на 1 тыс. шт. Снижение брака. %°/о

1 С-1-53-100.40.25 2142 168 151 1,7

2 А-27.07.01.064 969 190 176 1,4

3 А-27.15.70.004 1836 180 165 1,5

4 А-27.00.022 2167 170 153 1,7

5 Ст-53-35-09.164А 1530 100 82 1,8

Анализ количества несоответствующей неисправимой продукции (брака) по характерным дефектам, перечисленным в 1 главе, после внедрения системы дистанционного контроля положения ковша показал устойчивую тенденцию к снижению брака (см. табл. 4).

Таблица 4

Снижение количества несоответствующей продукции до и после внедрения системы дистанционного контроля (на 1 тыс. изделий)

Наименование колец Виды дефектов

«песочные раковины» «коржи» газовые раковины «>арс'1ы» нарушение структуры металла

Ст-53-100.40.25 73/65 40 / 36 25/24 20/17 10/9

А-27.07.01.064 84/78 51/47 28/26 23 / 21 4/4

А-27.15.70.004 75/67 49/47 26/25 20/18 10/10

А-27.00.022 71/66 39/34 26/21 21/20 13/12

Ст-53-35-09.164А 42/32 42 / 19 15/14 12/11 6/6

Однако рынок продолжает ориентироваться только на соотношение цена-качество. Возникла проблемная ситуация: возможности управления качеством продукции производителями опережают возможности традиционных торговых циклов по формированию спроса на уровень качества продукции.

Автором предлагается использование виртуальных ресурсов, предназначенных для повышения мобильности выявления динамики и оценки объемов спроса на востребованное рынком качество продукции.

Простейшим решением взаимодействия с потребителями в виртуальном пространстве является разработка соответствующего ЧУЕВ-сервиса. Предлагаемый ва-

риант \Л/ЕВ-сервиса обеспечит взаимодействия между производителями и заказчиками продукции машиностроения по схеме:

а) предоставление сравнительной информации о продукции, ее качестве и ценах;

б) выявление потребительских предпочтегаш соотношения цена-качество;

в) распространение информации (мнений, отзывов и рекомендаций) пользователей продукции;

г) заказ или предоставление возможности заказа в будущем. Разработанный \УЕВ-сервис предоставляет целый набор преимуществ, как для

заказчика, так и для производителя, подробно рассмотренных в работе.

Применение предложенного WEB-cepвиca позволяет перейти к адресному планированию выпуска продукции требуемого для потребителя качества. При производстве поршневых колец для этого используется контроль качества не только по критерию допустимости числа структурных аномалий заданного размера, но и сортировка их в порядке снижения числа таких аномалий (от чего в конечном итоге зависит наработка изделий на отказ). При планировании за основу принимаются реальные показатели предпочтений потребителей (от заказа продукции до отзывов о свойствах продукции, позволяющих сделать выбор другим пользователям сервиса, в том числе не имеющим опыта приобретения необходимой продукции). Дополнительно появляется возможность повысить прибыльность продаж за счет более высоких цен на изделия более высокого качества.

В работе показано, что система виртуальных заказов является основанием для планирования объемов производства с коэффициентом чувствительности и-, =1, что позволяет рассчитать плановый объем выпуска продукции на основе заказа ¡1.

Информанта, полученная с использованием разработанного \\'ПВ-сервиса, заносится в базу данных, где производятся соответствующие расчеты. Помимо значения Ух важным является У2, соответствующее объему продукции, которую заказчики выразили желание приобрести в будущем. При наличии таких потенциальных заказчиков план производства увеличивается пропорционально К с коэффициентом

чувствительности = 0-й. Значение "'2 рассчитывается на основе информации из базы данных о намерениях приобрести товар за учетный период времени

|| как отношение объемов фактического роста продаж (^¿и и прирос-

та за тот же интервал времени объемов предполагаемых покупок ' ^2.1) ■

Важным достоинством разработанного \УЕВ-сервиса является предоставляемая возможность для обсуждения потребительских предпочтений. Статистика показывает, что предоставление такой возможности через сайты производителей приводит к лавинообразным эффектам роста продаж продукции. Это объясняется диффузией предпочтений, приводящей к росту числа потребителей и, соответственно, к приросту объемов продаж. По оценкам экспертов, полученным путем статистической обработки эмпирических данных, для описываемого производства с внедренной технологической инновацией значение показателя показатель темпов диффузии продукции г варьируется в интервале [0,08-Н ,0] в день.

Далее в работе, с целью комплексного обоснования управленческих решений в области управления качеством производства, предлагается использование эконо-

мического показателя - эластичности, которая показывает зависимость изменения спроса от изменения различных факторов, к числу которых относится качество.

Для решения задачи повышения качества производства необходимо определить такой уровень относительного качества продукции, при котором сохранится возможность продаж продукции на конкурентном рынке.

Переход к показателям качества продукции, основанный на соотнесении затрат на обеспечение качества и ценой, переводит задачу управления качеством в плоскость: качество - экономическая эффективность его повышения. Критерием экономической целесообразности перехода производителя на более высокое качество продукции является превышение ценовой эластичности предложения качества по затратам эластичности качества по цене .

В производстве поршневых колец показателями качества выступают конструкционные требования, предъявляемые к готовой продукции - кольцу, при которых обеспечивается работоспособность колец в эксплуатационных условиях. В относительных единицах базовым значением показателя является максимальная величина, достигаемая лучшими марками поршневых колец. Цена, но которой возможна реализация продукции, растет с повышением качества, однако по мере повышения качества темп роста цены снижается. Именно это свойство рынка и отражает ценовая эластичность качества в часта спроса. Типичная зависимость показателей качества от цены имеет нелинейный нарастающий характер.

Для выяснения степени влияния человеческого фактора на качество отливок автором были проведены социально направленные эксперименты на предприятии ОАО «СТАПРИ», серийно производящем поршневые кольца. Исследования проводились на производстве двух выбранных отливок, изготавливаемых методом литья по выплавляемым моделям по различным технологическим схемам: «Корпус» из высокопрочного чугуна ВЧШГ (масса отливки 2,7 кг) и «Крышка» из чугуна серого специального (масса отливки 2,2 кг). На основании данных по 32 партиям для каждой из выбранных отливок был определен объём несоответствующей неисправимой продукции (брака) при выполнении основных технологических операций, выявленной в разные рабочие дни недели. Определена устойчивая и объективная зависимость уровня брака от дней педели при использовании ручного труда. Полученные выводы позволили планировать выполнение наиболее важных заказов в дни недели с наименьшим процентом брака производства отливок колец (среда, четверг) с ориентацией на заказчиков, выражающих готовность платить больше за более качественную продукцию.

Результаты, полученные при работе над диссертацией, внедрены в производство и будут использованы для дальнейшего комплексного совершенствования системы управления качеством производства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведён анализ качества изготовления поршневых колец при использовании традиционной технологии. Определены узкие места технологического процесса, обусловливающие возникновение дефектов. Наиболее значимые дефекты производства выявлены и ранжированы с помощью диаграмм Исикавы и Парето.

2. Разработана и апробирована инновационная технология дистанционного контроля положения заливочного ковша, основанная на формализации предетавле-

ния спектра отражения линейной функцией и рядом Фурье. Примените технологии позволило сократить число контролируемых параметров, обеспечить высокую точность представления спектральных характеристик, повысить стабильность параметров заливки чугуна, что привело к повышению качества продукции.

3. Предложен критерий кластеризации объектов с различными спектрами с целью разнесения спектральных характеристик расплавленного металла и фоновых излучений.

4. Доказана возможность синтеза спектральной характеристики датчиков, требуемой для дистанционной идентификации объектов, основанного на разложении формы спектральной характеристики объекта в ряд Фурье.

5. Разработана автоматизированная система мониторинга параметров положения ковша с расплавленным металлом на основе пространственного сканирования и попадания спектра объекта в идентифицируемый кластер. Определены точностные характеристики измерительной установки контроля положения ковша, а также предельные параметры пространственного разрешения.

6. На базе системы мониторинга разработана система автоматизированного дистанционного контроля положения ковша в процессе заливки в литьевые формы, позволившая обеспечить стабильность технологической высота струи металла, соблюдение допустимых отклонений весовой скорости и непрерывности струи при заливке форм, а также снизить влияние человеческого фактора на качество отливок. Система испытана в эксплуатационных условиях.

7. Разработан \УЕВ-сервис, применение которого обеспечивает возможность повысить прибыльность продаж за счёт более высоких цен на изделия более высокого качества.

8. Ожидаемая экономическая эффективность внедрения разработанной системы из-за снижения доли несоответствующей продукции на (1,5-И,8) % для различных наименований поршневых колец по сравнению с базовым вариантом, основанном на визуальном контроле высоты струи металла заливщиком, составит более 100000 руб./год на одно устройство.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Мниаков В.Ф., Лрустамян Л.Н. Технология контроля положения ковша при розливе металла // Вопросы материаловедения, .N"»4 (64), 2010. С. 72-78.

2. Маслов B.1Ï., Лрустамян Л.Н. Повышение качества производства поршневых колец // 11аучно-тсх1П1ческне ведомости СПбГПУ JV« 1 (142У2012. Серия «Паука н образование». -СПб.: Нзд-во Политехи, ун-та, 2012. - С. 132-136.

3. Маслов B.W., Лрусгамян А.И., Мипаков В.Ф. Оптический контроль в системе управле-1П1Я качеством производства поршневых колец. // Научно-технический вестннк информационных технологий, механики и оптики, .Vs 2 (78), 2012. - С. 16—20.

Публикации в других научных изданиях:

4. Лрустамян А. И. Автоматизация технолог ии розлива чугуна. // Материалы симпозиума «Молодые учёные - промышленности Северо-Западного региона». - СПб.: СПбГПУ, 2006. -С. 110-111.

5. Лрустамян А.И. Кластеризация спектральных характеристик объектов. /7 Материалы научной конференции «Ломоносов 2007». М.: МГУ, 2007. - С. 5-6.

6. Лрустамяи А.И.. Минаков В.Ф., Минакова Т.Е. Автоматизация контроля положения ковша при розливе чугуна. // Материалы XXXV научно-технической конференции но результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ. Т.1. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2006. - С. 55-56.

7. Лрустамян Л.И., Минаков В.Ф., Синтез спектральной характеристики чувствительности датчиков // Материалы X региональной научно-технической конференции «Вузовская наука -Северно-Кавказскому региону». - Ставрополь: СевКавГТУ, 2006. - С 100-101.

8. Патент РФ на полезную модель № 69233. Устройство для контроля положения ковша с расплавленным металлом. В.Ф. Минаков и А.И. Арустамян. Зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.12.2007 г. Приоритет от 25.04.2006 г.

9. Арустамян А.И., Минаков В.Ф. Кластеризация объектов по спектральным характеристикам излучения /7 Материалы XXXVI научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ. Том 1. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2007. - С. 71-72.

10. Маслов В.И.. Арусгамян A.IL, Минаков В.Ф. Математическая модель спектральных характеристик излучений и датчиков // Материалы 12-й международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии». Воронежский государственный университет, 8-10 февраля 2012 г. - Воронеж: издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2012. - С. 241-242.

11. Маслов В.И., Арустамян А.И. Повышение эффективности и качества заливки форм при изготовлении поршневых колец /У Материалы Международной научно-практической конференции с элементами научной школы. - Астрахань: АГУ, 2012. -С. 169-171.

12. Арустамян А.И., Маслов В.И. Повышение качества производства поршневых колец // Материалы международной научно-практической конференции «XL неделя науки СПбГПУ». -СПб. : Изд-во Политехи, ун-та, 2011. С. 269- 270.

13. Арустамян А.И. Оценка погрешности представления спектральных характеристик линейно-гармоническим рядом // Материалы научной конференции «Ломоносов-2012». М.: МГУ. 2012. - С. 1-2.

14. Маслов В.И., Лрустамян Л.И., Минаков В.Ф. WEB-сервисы в системе управления качеством машиностроительной продукции. // Современное машиностроение. Наука и образование: материалы 2-й Международной научно-практической конференции. - СПб.: Изд-во политехи, ун-та, 2012. - С. 472-478.

15. Арустамян А.И., Артемьев A.B.. Томша ГШ., Маслов В.И. Управление качеством огливок поршневых колец на основе ранжирования по Парето // XLI неделя науки СПбГПУ: материалы научно-практической конференции с международным участием. - СПб.: Изд-во Политехи. ун-та. 2012. - С. 271-272.

16. Маслов В.И., Минаков В.Ф., Арусгамян А.И. Эластичность качества продукции но цене // Проблемы формирования новою индустриального общества в России: Научная сессия профессорско-преподавательскою состава, научных сотрудников и аспирантов по итогам НИР 2011 года. Март-апрель 2012 г. Общеэкономический факультет: сборник докладов. - СПб.: Изд-во СПбГУЭФ, 2012. - С. 185-188.

17. Маслов В.И., Арустамян А.И., Минаков В.Ф. Дистанционный контроль в системе управления качеством заливки металла // Современное машиностроение. Наука и образование: материалы 3-й Международной научно-практической конференции / Под ред. М.М. Радкевнча и А.Н. Евграфова. - СПб.: Изд-во Политех, ун-та, 2013. - С 450-459.

Подписано в печать 22.11.2013г. Формат А5, цифровая печать. Тираж 100 экз.

Отпечатано в ЦОП «Сенная Площадь» Россия, г. Санкт-Петербург, Сенная пл., д. 7 тел./факс: 407-49-97 e-mail: sen@copy.spb.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

На правах рукописи

04201 453483

АРУСТАМЯН Арам Иванович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ

Специальность: 05.02.23 «Стандартизация и управление качеством продукции»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор,

ЧЁРНЕНЬКАЯ Л.В.

Санкт-Петербург 2013

Содержание

Введение.................................................................................. 4

Глава 1. Качество изготовления чугунных изделий

методом отливок............................................................ 7

1.1. Анализ этапов технологического процесса изготовления чугунных изделий методом литья...................................... 7

1.2. Определение параметров технологического процесса литья

и факторов производства, влияющих на качество изделий...... 14

1.3. Анализ процесса диагностики и мониторинга качества

отливок чугунных изделий............................................... 23

1.4. Постановка задачи исследования....................................... 29

Глава 2. Свойства литейных сплавов и параметры процесса литья,

влияющих на образование дефектов чугунных отливок........ 38

2.1. Физическое обоснование процессов образования

дефектов чугунного литья............................................... 38

2.2. Экспериментальное исследование факторов, влияющих

на качество отливок...................................................... 42

2.3. Параметры заливки как факторы, влияющие

на качество чугунных отливок.......................................... 44

Глава 3. Разработка системы контроля положения ковша

с расплавленным чугуном при заливке в формы................. 47

3.1. Зондовые методы........................................................... 48

3.2. Оптические методы........................................................ 51

3.3. Методы контроля по косвенным параметрам........................ 53

3.4. Разработка системы бесконтактного контроля положения

ковша с расплавленным чугуном по спектру излучения......... 55

3.5. Практическая реализация системы бесконтактного контроля положения ковша с расплавленным чугуном........................ 63

Глава 4. Оценка и совершенствование качества производства поршневых колец с применением автоматизированной технологии заливки...................................................... 69

4.1. Анализ снижения количества несоответствующей продукции, достигнутого за счет использовании системы контроля положения ковша...................................................... 70

4.2. Обоснование экономической эффективности внедрения инновационной технологии заливки металла..................... 72

4.2.1. Эффект от снижения количества несоответствующей продукции............................... 72

4.2.2. Эффект на экономии заработной платы

при использовании разработанной системы контроля ... 74

4.2.3. Эффект на экономии металла

при использовании системы................................... 75

4.2.4. Эффект на экономии сопутствующих технологических материалов при использовании системы.................... 76

4.2.5. Эффект на экономии электроэнергии

при использовании системы................................... 78

4.3. Адресное управление качеством производства.................... 80

4.4. Ценовая эластичность качества как показатель эффективности совершенствования................................. 86

4.5. Оценка влияния человеческого фактора

на качество производства.............................................. 92

4.6. Экспериментальное определение коэффициента нестабильности технологии........................................... 97

Заключение............................................................................. 102

Список использованных источников............................................. 104

Приложение............................................................................ 121

Введение

Одной из основных проблем, стоящих сегодня перед российскими предприятиями, является повышение конкурентоспособности их продукции на внутреннем и международных рынках. Доминирующим фактором конкурентоспособности является качество продукции. Управление качеством является одной из ключевых функций как корпоративного, так и проектного менеджмента, основным средством достижения и поддержания конкурентоспособности производства.

Задачи повышения качества выпускаемой продукции приобрели особую остроту после вступления России в ВТО. Теперь таможенные пошлины (ввозные), защищавшие многих отечественных производителей, в частности, предприятия автомобилестроения, снижаются, возрастает количество импортных товаров, проникающих на отечественный рынок [90]. При этом достойную конкуренцию импорту смогут составить только российские товары высокого уровня качества.

По мнению автора, конкурентоспособность российских производителей напрямую зависит от внедрения на предприятиях современных методов и средств повышения результативности своей деятельности (всех ее составляющих - экономичности, прибыльности, производительности, действенности, инновации) на основе принципа сквозного интегрированного управления качеством.

Главными целями развития машиностроительного комплекса России должны стать: выпуск продукции в востребованной номенклатуре, качестве и объёмах поставок, повышение конкурентоспособности продукции, создание условий для развития экономики страны на основе инновационного обновления отрасли, обеспечивающего повышение ее экономической эффективности, экологической безопасности, ресурсосбережения.

Неотъемлемой частью производства любой продукции машиностроения является литьё из чугуна. Динамика потребительского спроса машино-

строения на чугунные изделия показывает устойчивый тренд к опережающему росту, который в начале 1990-х годов привёл к выравниванию цен на машиностроительную продукцию на внутреннем и -мировом рынке. Сложилась ситуация, когда повышение затрат на производство (в особенности на энергоносители) и транспортировку не может быть скомпенсировано повышением цен, что приводит к снижению рентабельности. Эта проблема может быть решена за счёт повышения качества продукции и снижения издержек путём совершенствования технологий производства. В свою очередь, технологичность зависит от степени автоматизации процессов, позволяющей повысить экономичность самих процессов и одновременно снизить затраты на заработную плату персонала, перенося его функции на автоматизированные системы.

Для машиностроительной промышленности самым массовым способом получения заготовки деталей является литьё из чугуна, стали, цветных металлов. Важнейшей технологической операцией в процессе изготовления отливок является заливка расплавленного металла в заливочные формы. От эффективности решения задачи обеспечения точности значений технологических параметров заливки чугуна по таким характеристикам, как температура, время заливки, весовая скорость, высота струи заливаемого металла зависят как минимизация расхода чугуна при заливке, так и параметры, характеризующие качество отливок. В настоящее время отсутствуют эффективные средства контроля параметров заливки металла. Решение задачи обеспечения точности параметров технологических процессов заливки расплавленного чугуна на основе автоматизации контроля положения ковша, выполненное с учетом отечественного и зарубежного опыта и современных достижений науки, является важной для предприятий российского машиностроения.

Вопросам исследования и практического применения автоматизированных управляющих и контролирующих систем качества в машиностроительном производстве посвящены работы Сулаберидзе В.Ш., Аристова О.В., Корчунова А.Г., Чёрненькой Л.В., Маслова В.И., Дорошевич В.К., Белова A.B.,

Маркова A.B., Хамидуллина В.К., Ефремова И.В. и др. Вопросам обеспечения соответствия технологических характеристик заливки расплавленного чугуна требованиям качества в условиях промышленного литейного производства посвящены исследования и разработки Гиршовича Н.Г., Куманина И.Б., Титова Н.Д. и др.

Работа выполнена в соответствии со стратегией развития машиностроительной промышленности Российской Федерации, принятой Минпром-энерго России (Приказ Минпромэнерго России от 29 мая 2007 г. № 177 «Об утверждении стратегии развития металлургической промышленности Российской Федерации на период до 2015 года») и планом научно-исследовательских работ ОАО «Ставропольский завод поршневых колец -"СТАПРИ">>, выпускающего поршневые кольца для автотракторных двигателей. На предприятии действует система менеджмента качества (СМК) в области производства и поставки поршневых колец для автомобильной и сельскохозяйственной техники, уплотнительных колец, подтвержденная сертификатом № 7510070166 соответствия стандарту ISO 9001:2008, выданному 15.01.2011 г. органом по сертификации «TÜV Rneinland InterCert». В 2014 году планируется ресертификация СМК по ISO 9001:2011, а также подготовка ОАО «СТАПРИ» к сертификации в системе «АвтоПром». Настоящая работа является частью выполнения общего плана развития производства.

Целыо работы является повышение результативности технологической системы производства поршневых колец путём совершенствования системы управления качеством производства, обеспечивающей конкурентоспособность продукции за счёт снижения себестоимости производства.

Глава 1. КАЧЕСТВО ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧУГУННЫХ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ОТЛИВОК

1Л. Анализ этапов технологического процесса изготовления чугунных изделий методом литья

Изготовление чугунных изделий в наиболее массовых технологиях производится методом литья [29]. Методами литья изготавливается в среднем около 65% заготовок деталей машин (по массе), а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, массовая доля таких деталей доходит до 95%. От соответствия исполнения операций технологического процесса требованиям технологической документации зависит качество производимой продукции, а соответственно - цена, по которой она реализуется на рынке в условиях конкуренции. Одновременно от показателей качества заготовок, получаемых литьем, зависит и себестоимость производства продукции. Несоответствие заготовок требованиям последующих технологических процессов по существу приводит к отбраковке таких заготовок. Они не используются в последующих технологических операциях. Однако на их производство затрачиваются сырье, энергоресурсы, труд. Затраты на данные ресурсы входят в себестоимость продукции, удовлетворяющей требованиям качества. Конкурентоспособность товарной продукции падает.

Потенциал рынка рассматриваемой продукции в денежном выражении только в машиностроении отражен в табл. 1.1.

Потенциал рынка продукции только машиностроительной отрасли исчисляется сотнями миллиардов долларов. Следовательно, каждый процент снижения несоответствующей продукции эквивалентен экономическому эффекту в миллиарды долларов США. Это подтверждает важность исследования и совершенствования систем менеджмента качества производств машиностроительной продукции.

Таблица 1.1.

Экспорт и импорт машин, оборудования и транспортных средств РФ (млрд. долл. США, в фактически действовавших ценах)

1995 2000 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Экспорт - всего, в том числе: 78,2 103 182 241 301 352 468 302

машины, оборудование и транспортные средства 8,0 9,1 14,1 13,5 17,4 19,7 22,8 17,9

Импорт - всего, в том числе: 46,7 33,9 75,6 98,7 138 200 267 168

машины, оборудование и транспортные средства 15,7 10,7 31,1 43,4 65,7 102 141 72,6

Для выявления процесса, наименее затратного и чувствительного к результату - повышению качества производства поршневых колец - представим процессы системы менеджмента качества на предприятии-производителе (рис. 1.1). Наиболее подверженным влиянию управляющих воздействий и, с другой стороны, дающим наибольший результат в части характеристик качества, является процесс «производство продукции». Рассмотрим особенности этого процесса при изготовлении поршневых колец.

Исходная заготовка колец выполняется методом литья. Сущность процесса литья заключается в заполнении расплавленным металлом полости в термостойкой изложнице, имеющей форму будущей отливки [36]. При охлаждении залитый металл затвердевает и сохраняет конфигурацию полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

Процесс литейного производства включает: изготовление модели изделия;

изготовление формовочных опок, сборка их в стопки; изготовление стержней, изложницы и сборка изложницы; плавку металла;

заливку металла в заформованные стопки или изложницу;

охлаждение залитой формы;

освобождение металлической отливки из опоки или изложницы; удаление лишнего металла с полученной отливки.

Рис. 1.1. Система взаимодействия процессов системы менеджмента качества

производства поршневых колец

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 тонн, длиной от нескольких сантиметров до 20 метров, со стенками толщиной 0,5^-500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т.д.)

Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

Производство изделий из чугуна большей частью осуществляется методом литья в песочно-разовые формы. Процессы литья - одни из самых экономичных и совершенных методов получения деталей машин и других изделий из металлов. Основное отличие технологии литья от технологии механической обработки, штамповки, ковки, сварки и др. заключается в возможности получения изделий не только высокой размерной и массовой точности, но и с заданным комплексом механических, физических и химических свойств [29].

Материал отливки в жидком состоянии (металл, сплав, химическое соединение) обладает, как правило, большой подвижностью и деформируемостью, легко заполняет любые полости литейной формы, что обеспечивает получение литых изделий сложной конфигурации [30]. Изменение состава покрытий литейных форм позволяет дифференцированно управлять процессом формирования химического состава и структуры литого изделия. Масштабы литейного производства и возрастающие требования к качеству отливок ставят много новых задач, для решения которых необходимы принципиально новые научные подходы, применение сложной вычислительной техники, систем анализа и обобщения огромного количества теоретических и экспериментальных данных.

Механические свойства характеризуют способность детали, изготовленной из определенного материала, выдерживать различные нагрузки или хорошо сопротивляться истиранию при работе машины. К механическим свойствам относятся прочность, твердость, упругость, пластичность и др.

Литейное производство характеризуется трудоемкостью и широтой номенклатуры выпускаемой продукции. Основными типами литейного производства являются единичное, серийное и массовое. Единичное производство характеризуется выпуском в небольших количествах самого разнообразного литья. Производство отдельных отливок может периодически повторяться. Серийное производство характеризуется периодичным выпуском литья ограниченной или широкой номенклатуры значительными или небольшими партиями. Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском в больших количествах определенной номенклатуры литья. Примером массового производства может служить выпуск однообразных отливок литейными цехами автомобильных и тракторных заводов.

Серийность производства оказывает большое влияние на выбор методов изготовления форм, на характер применяемого оборудования и всю работу литейного цеха. Если единичное производство характеризуется применением ручных методов труда, малой механизацией производственных процессов и незначительным количеством применяемой оснастки, то в массовом и серийном рационально применять наиболее технически совершенное и высокопроизводительное оборудование, большое количество специальных приспособлений.

Основные принципы литейной технологии стабильны по своим параметрам и характеристикам. Однако некоторые процессы литья стали механизированными, а отдельные - автоматизированными. Разработаны новые материалы для производства стержней и изложниц, применяется широкий диапазон сплавов [33, 76]. Среди многочисленных технологических операций выплавки чугуна, требующих автоматизации, одной из наиболее важных является заливка расплавленного чугуна.

Заливка - технологический процесс, требующий особой точности. Отливка высокого качес