減少氣滑鑄造圓錠外觀缺陷的生產(chǎn)實踐

陳 亮

(1.中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院， 湖南 長沙 410083； 2.青銅峽鋁業(yè)股份有限公司， 寧夏 青銅峽 751603)

減少氣滑鑄造圓錠外觀缺陷的生產(chǎn)實踐

陳 亮1,2

(1.中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院， 湖南 長沙 410083； 2.青銅峽鋁業(yè)股份有限公司， 寧夏 青銅峽 751603)

通過對氣滑鑄造圓錠彎曲、冷隔、拉痕等外觀質(zhì)量缺陷的調(diào)查，分析探討了造成彎曲缺陷的各種原因，針對主要原因制定了相應(yīng)的改進措施并予以實施，為有效減少氣滑圓錠外觀缺陷、大幅提高成品率提供了途徑。

氣滑鑄造； 缺陷； 彎曲； 冷隔； 拉痕

0 前言

某公司鑄造車間采用美國Wagstaff公司氣滑鑄造技術(shù)及裝備生產(chǎn)圓鑄錠，該技術(shù)及裝備在同行中處于國際領(lǐng)先水平。與傳統(tǒng)鑄造相比，氣滑鑄造對過程控制和設(shè)備維護的要求更高。該車間始終堅持引進外方先進的設(shè)備維護保養(yǎng)技術(shù)和鑄造操作理念，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出了一套與本車間人員、環(huán)境、生產(chǎn)狀況相適應(yīng)的穩(wěn)定、高效的生產(chǎn)工藝和設(shè)備維護保養(yǎng)技術(shù)，為氣滑圓錠的鑄造生產(chǎn)奠定了堅實的技術(shù)理論基礎(chǔ)。

1 氣滑鑄造技術(shù)存在的問題

2013年第一季度，該車間氣滑圓錠成品率由原來的99.24%下降至97.93%，增加了車間廢品回爐量和鑄造損失率，破壞了正常的生產(chǎn)秩序，影響了氣滑鑄造生產(chǎn)線的平穩(wěn)運行。

車間工藝QC小組分析認為造成成品率下降的三個主要原因有：化學(xué)成分不合格、宏觀組織不合格和外觀不合格。前兩種原因?qū)Τ善仿试斐傻挠绊懞苄。珊雎圆挥?。小組主要針對圓錠外觀存在的問題進行了現(xiàn)場攻關(guān)。

從統(tǒng)計的成品率數(shù)據(jù)可以看出2012年第四季度和2013年第一季度車間氣滑圓錠成品率明顯下降，如表1所示。

表1 2012年第四季度～2013年第一季度氣滑圓錠成品率統(tǒng)計表

2 QC小組活動過程

小組對氣滑圓錠產(chǎn)品的外觀情況進行分析和討論后認為造成圓錠外觀缺陷的原因主要有冷隔、裂紋、鑄瘤、彎曲、拉痕等。小組就以上五個因素進行了研究。

2.1 外觀缺陷原因調(diào)查

小組對氣滑圓錠鑄造生產(chǎn)線在2013年第一季度生產(chǎn)的321個鑄次共19 260根圓錠進行了調(diào)查統(tǒng)計，其中341根因外觀質(zhì)量缺陷被判為不合格品，外觀缺陷因素統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。

表2 圓錠外觀缺陷統(tǒng)計

外觀缺陷原因統(tǒng)計圖見圖1。由圖可以看出，造成圓錠表面缺陷的主要原因是“彎曲缺陷”，占總數(shù)的79.7%，應(yīng)采取措施。

圖2 圓錠彎曲缺陷因果圖

圖1 外觀缺陷原因統(tǒng)計圖

2.2 設(shè)定改進目標

形成表面缺陷的因素很多，也較為復(fù)雜，故把解決較為突出的“彎曲缺陷”做為提高成品率的主要途徑。如果其它因素對成品率造成的影響不發(fā)生變化，消除彎曲缺陷就可以使成品率達到99%以上。

彎曲缺陷是近期生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的較為突出的問題，在以往鑄造過程中并沒有此類現(xiàn)象發(fā)生。因此，通過分析造成彎曲缺陷的原因就能夠找到并消除這一缺陷。

2.3 彎曲缺陷的原因分析

在半連續(xù)鑄造中，對鑄錠質(zhì)量產(chǎn)生重要影響的工藝參數(shù)主要有鑄錠橫截面的幾何尺寸和鑄錠長度、冷卻強度(水壓、水流量、水溫)、鑄造速度、鑄造溫度、結(jié)晶器的有效高度。其中，鑄造速度、鑄造溫度、冷卻強度是鑄造過程中三個基本要素。掌握工藝參數(shù)與鑄錠質(zhì)量的關(guān)系及其變化規(guī)律，是調(diào)整鑄造工藝參數(shù)以獲得優(yōu)質(zhì)鑄錠的基本依據(jù)。

鑄錠縱向軸線不成一條直線的現(xiàn)象稱為彎曲。鑄錠彎曲程度通常要求小于3 mm/m，其形成原因主要有：

(1)鑄造機故障，如導(dǎo)軌不直或?qū)к壟c軸瓦間隙過大，或柱塞安裝基礎(chǔ)沉降，或柱塞安裝緊固螺栓松動、楔形墊鐵移位等造成的柱塞垂直度變化，均可導(dǎo)致底座平臺在下降過程中產(chǎn)生位移。

(2)鑄造器具如結(jié)晶器、引錠頭、鑄造平臺(或稱為蓋板)、底座等安裝不對中，在起鑄階段發(fā)生較大摩擦或在鑄造過程中位置產(chǎn)生錯動引起鑄錠彎曲。

(3)鑄錠懸掛引起。起鑄階段因個別鑄錠懸掛而引起底座受力不均進而導(dǎo)致全部鑄錠彎曲。

(4)冷卻不均引起。結(jié)晶器水眼部分堵塞致使鑄錠冷卻不均勻，同一截面熱應(yīng)力釋放不平衡、收縮率不一致造成鑄錠彎曲；也可能因為料溫或水溫瞬間急劇變化，造成冷卻強度波動較大引起。

(5)石墨環(huán)鑄造面磨損不均勻，鋁液冷卻形成的薄殼層垂直度不夠引起。

小組結(jié)合生產(chǎn)實際，從人、機、料、法、環(huán)五個方面進行分析，得出圓錠彎曲缺陷因果圖如圖2所示。

2.4 彎曲缺陷要因確認

2013年4月，小組對產(chǎn)生彎曲缺陷因果圖中的末端因素進行了調(diào)查分析，得出圓錠彎曲缺陷要因確認表，如表3所示。

表3 彎曲缺陷要因確認表

經(jīng)過分析認為造成彎曲缺陷的三個主要原因為有問題的模具、模具維護方法不正確和操作不當。

2.5 制定對策

按照要因確認結(jié)果，分析制定了具體對策，見表4。

表4 要因?qū)Σ弑?/p>

2.6 按對策實施

按照對策表，小組于2013年4月6日從下述幾個方面安排并組織實施改進措施：

2.6.1 模具管理措施

(1)每班次必須保證至少有5個備用替換模具。

(2)對所有模具石墨環(huán)進行嚴格檢查，發(fā)現(xiàn)磨損超標的一律更換后檢修。

(3)查閱模具維護保養(yǎng)記錄，統(tǒng)計石墨環(huán)使用壽命并在今后的維護保養(yǎng)中定期更換。

(4)加強模具維護記錄的填寫和管理。

2.6.2 規(guī)范人員操作措施

(1)禁止生產(chǎn)操作工隨意使用鋼絲棉打磨石墨環(huán)。

(2)必須由修模室人員判斷石墨環(huán)是否需要打磨和對石墨環(huán)進行維護。

(3)在打磨石墨環(huán)時必須嚴格依照操作手冊和車間操作要求。

(4)生產(chǎn)操作人員在每鑄次準備工作時，要用棉布將石墨環(huán)整個內(nèi)環(huán)面仔細擦拭，并且用力要均勻，尤其在鑄造平臺豎起時，應(yīng)避免過度擦拭下部內(nèi)環(huán)面。

2.6.3 模具維護措施

(1)當上一鑄次出現(xiàn)彎曲鑄錠時必須立即將該模具拆卸更換。

(2)石墨環(huán)變形或達到使用壽命時必須立即更換。

(3)石墨環(huán)的更換必須嚴格依照維護手冊。

(4)為節(jié)約生產(chǎn)成本，對于部分內(nèi)環(huán)面磨損量大的石墨環(huán)，可以采取旋轉(zhuǎn)角度調(diào)整安裝后再使用。

2.6.4 石墨環(huán)檢查

通過檢查石墨環(huán)的磨損情況，對導(dǎo)致鑄錠廢品的結(jié)晶器石墨環(huán)進行了更換。2013年4月期間共更換約40個石墨環(huán)，更換記錄(部分)見表5。

表5 石墨環(huán)更換記錄

2.7 效果檢查及效益分析

2.7.1 缺陷發(fā)生率檢查

方案實施后，小組又對2013年5～7月的321個鑄次共19 260根圓錠進行了跟蹤調(diào)查，統(tǒng)計結(jié)果見表6。

表6 實施效果檢查表

對策實施后，彎曲缺陷基本被消除，其它外觀缺陷未發(fā)生較大變化，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見圖3；實物照片對比見圖4。

圖3 對策實施前后圓錠外觀缺陷對比

2.7.2 成品率檢查

由2013年第一季度和第二季度圓錠成品率統(tǒng)計表(表7)和變化圖(圖5)可以看出，車間成品率由97.93%提高至99.05%，提高了1.12%。

表7 2013年第一季度和第二季度圓錠成品率統(tǒng)計表

圖4 圓鑄錠彎曲缺陷消除前后對比圖

圖5 方案實施前后車間圓錠成品率變化對比圖

2.7.3 經(jīng)濟效益分析

車間在發(fā)現(xiàn)問題后及時采取了有效措施，杜絕了問題進一步擴大給整個生產(chǎn)線帶來的不穩(wěn)定，并且完善了維護保養(yǎng)措施，使車間生產(chǎn)管理及成本控制步入良性軌道，圓錠成品率由活動前的97.92%上升至99.05%，取得的經(jīng)濟效益如下：

(1)減少廢品回爐量：(272-2)根×0.404 t/根=109.08 t

(2)節(jié)約回爐再生產(chǎn)成本：230元/t-Al×109.08 t=25 088元

(3)按照圓鑄錠噸鋁回爐燒損為1%、 市場價14 000元/t計算，減少燒損可節(jié)約15 271元

石墨環(huán)設(shè)計壽命為500個鑄次，實際統(tǒng)計此次活動中更換的石墨環(huán)使用壽命均達到了1 000個鑄次以上，因此，石墨環(huán)更換成本可忽略不計。

實施措施后取得的直接經(jīng)濟效益為40 359元。照此計算，全年節(jié)約生產(chǎn)成本約48.4萬元。

2.7.4 社會效益分析

實施措施后取得的社會效益如下：

(1)有效減少了回爐工序中對廢品處理環(huán)節(jié)所浪費的人工、原、輔料成本，提高了生產(chǎn)率，有效降低了員工勞動強度，減少了環(huán)境污染。

(2)確保了車間氣滑圓錠生產(chǎn)線的平穩(wěn)運行，使車間工藝控制步入良性軌道。

(3)建立健全了有效的模具維護的規(guī)范操作管理機制。

(4)為保持鑄造過程連續(xù)成功操作提供了良好環(huán)境。

(5)鍛煉了員工隊伍，提升了崗位技能。

2.8 鞏固措施

為了更好的鞏固加強QC小組本次活動的成果，為小組今后的活動奠定良好的基礎(chǔ)，真正體現(xiàn)現(xiàn)場攻關(guān)活動的意義，特制定以下鞏固措施：

(1)定期對模具維護工作進行檢查，對所用模具維護記錄進行規(guī)范和存檔。

(2)對專職模具維護人員加強培訓(xùn)，提高模具維護人員的質(zhì)量意識和責任意識。

(3)對不嚴格按照車間模具維護保養(yǎng)規(guī)定執(zhí)行的班組或個人，車間將對其進行考核。

(4)模具石墨環(huán)出現(xiàn)磨損需要更換時必須集中統(tǒng)一上報車間審核通過后方可更換。

(5)經(jīng)常檢查和調(diào)整鑄造機，使之在運行過程中平穩(wěn)不晃動；

(6)正確組裝結(jié)晶器、底座、蓋板，既保證水平度，又要保證垂直度，還要保證對中，調(diào)整后要對其緊固，防止鑄造過程中產(chǎn)生移動。

(7)要選用表面光潔、錐度合適、平直的結(jié)晶器，并注意開頭操作，防止鑄錠懸掛。

3 結(jié)束語

通過此次活動的開展，提高了小組成員的業(yè)務(wù)水平，使他們處理和解決問題的能力逐步增強，同時確保了車間生產(chǎn)的順利進行。本次QC活動中，造成外觀缺陷的冷隔和拉痕兩個因素(活動前頻數(shù)為86+73=159根，活動后頻數(shù)為57+34=91根)的數(shù)量雖有所減少，但仍占較大比重，故解決冷隔和拉痕缺陷仍是今后工作的目標。

[1] 向凌霄.原鋁及其合金的熔煉與鑄造[M]．北京：冶金工業(yè)出版社， 2005.

[2] 周家榮.鋁合金熔鑄生產(chǎn)技術(shù)問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

Production Practice on Reduction of Appearance Defects in Rounded Ingot Airslip Casting

CHEN Liang

Through an investigation about bending, cold shut, draw mark and other appearance defects of airslip casting rounded ingot, this paper analyzes all kinds of reasons about product bending defects, works out corresponding improving measures based on the analysis, puts the measures into practice, and finally provides a good method to eliminate appearance defects of airslip casting rounded ingot effectively and to increase yield greatly.

airslip casting; defects; bending; cold shut; draw mark

2014-07-07

陳亮(1976—)，男，內(nèi)蒙古阿左旗人，大學(xué)本科，在職碩士，高級工程師，主要從事鋁熔鑄加工生產(chǎn)工作。

TG249.5

B

1008-5122(2014)06-0028-05