壓鑄件質(zhì)量控制方法的應(yīng)用

崔愛軍

1.概述

在ISO9001:2008標(biāo)準(zhǔn)中，是這樣定義特殊過程的：當(dāng)生產(chǎn)和服務(wù)提供過程的輸出不能由后續(xù)的監(jiān)事或測量加以驗證，使問題在產(chǎn)品使用后或服務(wù)交付后才顯現(xiàn)時，組織應(yīng)對任何這樣的過程實時確認(rèn)。

由上述定義可知：壓鑄過程就是一個特殊過程，壓鑄件的質(zhì)量形成在壓鑄過程中不能得以實際控制，所有的工藝參數(shù)只是外部控制的間接測量而已，壓鑄件的真實質(zhì)量只能由事后檢驗來驗證；而此時，壓鑄件的質(zhì)量已經(jīng)形成，檢驗結(jié)果對壓鑄件的質(zhì)量不能得到任何改變。因此，為使壓鑄出來的產(chǎn)品質(zhì)量得到保障，就必須對壓鑄過程采取必要的控制措施，例如嚴(yán)格控制壓鑄過程中工藝參數(shù)的穩(wěn)定性和人員操作的一致性等。但是，能否及時發(fā)現(xiàn)不合格的壓鑄件，盡可能地減少廢品損失，在生產(chǎn)過程中顯得尤為重要。

我公司生產(chǎn)的部分零部件，是有氣密性和安全性要求的產(chǎn)品，其內(nèi)部氣孔、縮孔及漏氣缺陷成為產(chǎn)品報廢的主要原因。因此，為保證和提高產(chǎn)品的品質(zhì)，滿足批量生產(chǎn)的要求，必須從生產(chǎn)準(zhǔn)備階段就采取一些質(zhì)量控制措施，對壓鑄件的質(zhì)量施加一些良性的影響，來確保大批量生產(chǎn)出的壓鑄件質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性。本文擬從壓鑄準(zhǔn)備、壓鑄過程、樣件檢測（事前、事中、事后）這三個階段簡要論述壓鑄件質(zhì)量控制措施。

2.壓鑄準(zhǔn)備階段

（1）鋁合金成分及熔煉控制 生產(chǎn)實踐表明，提高鋁合金熔液質(zhì)量是提高壓鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素，鋁合金熔化工藝要對熔化溫度、熔煉時間、回爐料的投放比例等有明確的規(guī)定。在鋁合金熔煉過程中，凡使用回爐料的鋁液，需要的精煉劑、除渣劑的比例要比僅使用鋁合金錠熔化時加大，其加大比例與回爐料的比例要有一個對應(yīng)關(guān)系。對熔煉后的金屬液要適時進(jìn)行除渣、除氣工作，在集中熔化過程中應(yīng)對每爐金屬液進(jìn)行化學(xué)成分的檢測，確保產(chǎn)品在熔化過程中各種化學(xué)成分合格。另外，還應(yīng)避免長時間熔煉，否則會使合金液中氫含量增加，影響壓鑄產(chǎn)品的強(qiáng)度、氣密性等性能。

對于生產(chǎn)那些有氣密性要求的鑄件，還需要對除氣效果進(jìn)行監(jiān)測，確保合金液中的含氣量能夠滿足使用要求，必要時采用測氫儀對鋁液進(jìn)行氣體含量的定性測量，以及采用密度測量法來對鋁液質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，如圖1所示。

圖1 不同含氣量的鋁液測試斷面

（2）慢壓射速度的驗證 慢壓射的作用是利用沖頭慢速運(yùn)動，將金屬熔體堆積在沖頭前端而不產(chǎn)生跳躍波，隨沖頭前進(jìn)，熔體液面逐漸升高達(dá)到壓室頂部，將壓室中的氣體從模具排氣槽排除。為此，在慢壓射預(yù)熱模具階段，有必要對工藝設(shè)定的慢壓射速度進(jìn)行驗證。

一般可以采用簡易的方法來進(jìn)行慢壓射工藝參數(shù)的確認(rèn)，壓射活塞慢壓射開始到達(dá)快壓射起動位置時，壓射桿自動停止前進(jìn)（在一些壓鑄機(jī)上可定制該功能）。待合金液冷卻后頂出，進(jìn)行切割、車削觀察判斷。

正確的慢壓射速度下，在金屬液到達(dá)內(nèi)澆道時，壓室中的金屬液已經(jīng)完全成為完整的圓柱體，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部組織比較致密，不存在肉眼可見的氣孔時，此時的慢壓射速度一般是合適的。不適當(dāng)?shù)穆龎荷渌俣?，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的卷氣。從圖2可以看出，慢壓射速度為0.17m/s時，料柄內(nèi)部存在嚴(yán)重的孔洞。此時會對鑄件質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。

3.壓鑄過程控制

（1）生產(chǎn)過程操作的一致性 由于壓鑄生產(chǎn)的自動化程度普遍較低，基本上還都處于半手工操作的狀態(tài)，壓鑄件的質(zhì)量與操作工的操作技能、工作環(huán)境、精神狀態(tài)有極大的關(guān)系。為使這些因素盡量趨于穩(wěn)定，我公司在這方面采取的主要措施是：定人、定機(jī)、定產(chǎn)品的“三定原則”，即安排特定的人在特定的設(shè)備上生產(chǎn)特定的產(chǎn)品。一旦這三者之中任何因素發(fā)生了變化，都必須得到確認(rèn)和監(jiān)控。

（2）工藝參數(shù)的多次調(diào)整的一致性確認(rèn) 一般情況下，每種產(chǎn)品的生產(chǎn)都是按批次進(jìn)行的，每一次重新更換模具后的工藝調(diào)整的一致性必須得到明確的確認(rèn)。目前的壓鑄設(shè)備上比較常見的速度調(diào)節(jié)方式比較簡單，慢壓射速度基本上沒有檢測和控制，快壓射速度常采用手輪進(jìn)行調(diào)整（見圖3），根據(jù)廠家提供的手輪刻度與兩快速度對照表來查對本次的工藝參數(shù)。這種控制方式本身存在著極大的質(zhì)量風(fēng)險，主要表現(xiàn)如下：

第一，不同廠家的設(shè)備的手輪開度與兩快速度對比曲線是不一致的。

第二，同一個廠家的同型號設(shè)備的實際速度與手輪開度也存在不一致的情況。

第三，同一臺設(shè)備不同階段的實際速度與手輪開度存在不一致現(xiàn)象。

上述這些不一致，會使工藝人員無所適從，在生產(chǎn)現(xiàn)場表現(xiàn)為：原有工藝生產(chǎn)的壓鑄件是合格的，但按同樣的生產(chǎn)工藝，就生產(chǎn)不出合格的產(chǎn)品，這種表現(xiàn)的實質(zhì)原因還是兩次生產(chǎn)的工藝參數(shù)不一致。

解決這個問題的簡單方法就是：生產(chǎn)過程中采用直線測速儀對實際生產(chǎn)時的慢壓射速度、快壓射速度進(jìn)行測量，每次生產(chǎn)時按確定的數(shù)值進(jìn)行核對即可。當(dāng)然，對于帶有壓射曲線的設(shè)備，在設(shè)備上就能很方便地檢測壓射速度了，保持每次調(diào)整得以執(zhí)行即可。

4.樣件產(chǎn)出后檢測

（1）試加工 壓鑄件的內(nèi)部質(zhì)量通過X射線檢驗是最方便、快捷的檢測方式，但存在投入大、結(jié)果不直觀等缺點。一般常用的、最直接的檢驗方式就是試加工。試加工后可以更直觀地來觀察機(jī)加工表面的質(zhì)量，對產(chǎn)品質(zhì)量做出一個合理的判斷。

圖2 不同慢壓射速度下的料柄對比

圖3 手輪

對于同時生產(chǎn)毛坯又進(jìn)行后續(xù)機(jī)加工的企業(yè)來講，將生產(chǎn)出的毛坯件直接送達(dá)生產(chǎn)線進(jìn)行試加工來判斷毛坯件的內(nèi)部質(zhì)量的方案是切實可行的。但對僅生產(chǎn)毛坯的工廠來說，對產(chǎn)品試加工檢驗的方式，雖然檢驗了毛坯件的產(chǎn)品質(zhì)量，但試加工的產(chǎn)品件會直接報廢掉，產(chǎn)品件的試加過程中如果不能得到很好的控制，也將是一筆不小的損失。試加工主要是針對內(nèi)部質(zhì)量要求較高，存在氣密性要求的那些產(chǎn)品。

圖4是我公司生產(chǎn)的汽車空調(diào)壓縮機(jī)殼體的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品在機(jī)加工后要進(jìn)行100%的氣密性試驗，同時待裝配成整機(jī)后還需要進(jìn)行更為嚴(yán)格的氦檢。氦檢若發(fā)現(xiàn)漏氣，整機(jī)將做報廢處理，為此造成的損失將由責(zé)任方承擔(dān)。針對此類產(chǎn)品，必須采取嚴(yán)格、高效、切實可行的實時檢測手段來保證產(chǎn)品件的品質(zhì)。

對這類壓縮機(jī)殼體產(chǎn)品，我公司一般只提供毛坯件由主機(jī)廠進(jìn)行機(jī)加工，單件產(chǎn)品的機(jī)加工費用遠(yuǎn)高于毛坯件的價值，主機(jī)廠對每批產(chǎn)品的廢品率都有嚴(yán)格的控制。為控制壓鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，我們有必要對產(chǎn)品件進(jìn)行試漏抽驗。由于試漏工序是在毛坯件機(jī)加工后才能進(jìn)行的，因此必須對毛坯件進(jìn)行相應(yīng)部位的加工處理后才能進(jìn)行試漏。為加快檢驗速度，在機(jī)加工時我們采取了簡化處理，主要方式如下：

第一，全部螺紋采用等直徑的圓孔處理。

第二，內(nèi)孔按要求的尺寸進(jìn)行加工。

第三，機(jī)加工余量以不小于設(shè)計余量為準(zhǔn)。

通過采用機(jī)加工后進(jìn)行試漏的方式，我們能夠及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品件存在的問題，對壓鑄工藝進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保了壓鑄毛坯件的產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）破壞性檢驗 所謂破壞性檢驗，不言而喻就是將產(chǎn)品件進(jìn)行破壞后對其一些尺寸、性能等進(jìn)行檢驗的一種方法，這種檢驗方法的直接后果就是產(chǎn)品件被報廢掉，不能再次投入使用。但是，它可以使檢驗人員更直觀地觀察、測量壓鑄件的一些內(nèi)部特征。例如，我公司生產(chǎn)的某型號的轉(zhuǎn)向器殼體，如圖5所示。

從圖5b可以看出，中間是一個較長的不通孔（長約140mm，直徑≤25mm），由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)所限，模具上面的芯子必須處于懸臂狀態(tài)。眾所周知，壓鑄過程是一個高溫、高壓、高速的金屬液填充過程，勢必會對此處懸臂的芯子造成很大的液流沖擊，長期的金屬液沖擊、模具分型面黏附物的清除不及時等因素，都會導(dǎo)致芯子彎曲、定位不準(zhǔn)等。而一旦芯子發(fā)生彎曲或定位不準(zhǔn)，該產(chǎn)品就會報廢。由于芯子在模具上拆裝不便，為及時發(fā)現(xiàn)可能存在的質(zhì)量隱患，我們采取了對轉(zhuǎn)向器殼體進(jìn)行破壞性檢驗的方法，將生產(chǎn)出的壓鑄件從芯子最小端所在部位進(jìn)行鋸切，鋸切后的形狀如圖5c所示，可通過測量內(nèi)孔圓周的壁厚來判斷芯子是否彎曲變形即可。

5.結(jié)語

壓鑄生產(chǎn)中，通過采取本文所述輔助檢測手段，可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品件內(nèi)在的質(zhì)量問題，并據(jù)此對壓鑄工藝、模具、設(shè)備及原材料進(jìn)行調(diào)整，從而避免大批量的不良品產(chǎn)生，以確保產(chǎn)品件供貨質(zhì)量。

圖4 汽車空調(diào)壓縮機(jī)殼體

圖5 轉(zhuǎn)向器殼體