“IDVO”管理方法在精密鑄造零件質(zhì)量管理中的應(yīng)用

孫茂軍，陳常云

（東風(fēng)格特拉克汽車變速箱有限公司，湖北武漢430058）

1 水玻璃和硅溶膠鑄造的工藝流程簡介

為滿足質(zhì)量和越來越嚴(yán)苛的成本控制要求，該類不規(guī)則結(jié)構(gòu)零件廣泛采用水玻璃和硅溶膠鑄造精密鑄造工藝[2]。以工作中的撥頭為例，列出兩種鑄造工藝的流程，其水玻璃鑄造工藝流程見圖2，硅溶膠鑄造的工藝流程見圖3：從圖中可以看出兩種工藝的熔膜制造、模殼制造、焙燒過程類似[3]；但每個過程的工藝參數(shù)均有差別，如兩者模殼的制造環(huán)境不一致、脫蠟方式不一致、焙燒溫度不一致、冷卻速度不一致等[4]。質(zhì)量管理人員必須清楚鑄造方式的差別和優(yōu)缺點(diǎn)，有針對性、有側(cè)重地選擇和管理不同過程。

圖1 “IDVO循環(huán)管理方法”

2 質(zhì)量管理策略

管理行為是以目標(biāo)為導(dǎo)向[5]。精密鑄造質(zhì)量管理的目標(biāo)是達(dá)成設(shè)定的質(zhì)量指標(biāo)并不斷降低售后市場PPM，包括但不限于降低機(jī)械加工分供方處的問題數(shù)量和頻次，降低在OEM處的不良件量以及售后市場問題數(shù)或召回量。

圖2 水玻璃鑄造的工藝流程

圖3 某零件的硅溶膠鑄造工藝

2.1 產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)階段應(yīng)對策略（Identify）

在產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)階段，主要是識別顧客及顧客的要求，設(shè)計方根據(jù)零件在變速箱中的使用工況，如受力、沖擊載荷、耐久要求，制定一系列的技術(shù)要求。

（1）作為供應(yīng)商質(zhì)量管理人員，首先要研究透徹所有明示或隱含的技術(shù)要求，包括鑄件材料牌號、材料缺陷、性能要求、功能區(qū)域、特殊使用場合或者受力工況。鑄鋼的材料標(biāo)準(zhǔn)目前多采用GB/T 11352，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不同牌號的機(jī)械性能要求、沖擊載荷的試驗方法，提及滲透檢測、磁粉檢測、超聲檢測三種無損探傷手段，但對于鑄造工藝本身的制造缺陷要求，如夾渣、氣縮孔、疏松等，并未清晰的定義許可范圍。按照IATF16949顧客關(guān)注原則，除一般要求外，還要從客戶要求文件，如技術(shù)交流、State of Requirement中了解客戶的特殊要求。

（2）識讀圖紙要求，尤其需要關(guān)注表面質(zhì)量和空間位置度的要求。操縱機(jī)構(gòu)的零件，由于其鑄造成型工藝、裝夾、局部薄壁結(jié)構(gòu)、熱處理等無法規(guī)避的因素造成零件變形，同時，在實際使用工況中，要求異形件表面局部高硬度（感應(yīng)淬火），或者工作表面需要較好的表面質(zhì)量適應(yīng)鋼球的滾動摩擦。

（3）選擇經(jīng)濟(jì)合適的精密鑄造成型工藝。設(shè)計不僅要滿足功能使用要求、耐久要求、制造可行性，還應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)性要求[6]，故而設(shè)計要求在一定程度上決定了制造工藝。組織設(shè)計、采購、質(zhì)量、供應(yīng)商等開展討論，探求優(yōu)化的可能，從設(shè)計上盡可能規(guī)避鑄造缺陷的產(chǎn)生和選擇更經(jīng)濟(jì)的成型工藝。一般而言，相同重量的硅溶膠鑄造是水玻璃鑄造價格的2倍。

（4）明晰項目所要求的進(jìn)度和追溯要求。熔模設(shè)計和制造、充型分析、制殼需要較長周期，基于特殊追溯要求，應(yīng)在鑄造毛坯合適的位置鑄造模腔號，便于區(qū)分。

產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)階段強(qiáng)調(diào)協(xié)調(diào)各方資源，識別顧客及顧客要求，包括正常要求、特殊要求。客戶方需準(zhǔn)確定義零件的尺寸要求、內(nèi)部缺陷要求；并針對該類零件的實物質(zhì)量和開發(fā)控制，提出一系列的特殊性要求，例如毛坯澆鑄系統(tǒng)模擬分析的要求、采用無損檢測或破壞性檢測驗證澆鑄系統(tǒng)是否符合要求。

采用掃描電鏡及自帶的能譜儀對試驗中前進(jìn)側(cè)為鋁，轉(zhuǎn)速為900 r/min，焊接速度為50 mm/min，攪拌頭偏向鋁合金1 mm和鎂合金1 mm兩組樣品的焊縫鋁側(cè)斷口進(jìn)行掃描得到斷口的微觀結(jié)構(gòu)特征。

2.2 過程設(shè)計與開發(fā)階段的管理策略（Develop）

基于產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)階段識別的要求進(jìn)行目標(biāo)實現(xiàn)的過程設(shè)計和開發(fā)。其中毛坯級別二級分供方和零件級別一級分供方是主要關(guān)注對象，而零件級別一級分供方需要監(jiān)控毛坯二級分供方的過程開發(fā)，并重點(diǎn)關(guān)注毛坯實物質(zhì)量、機(jī)加工、熱處理或表面處理合格率以及交貨的準(zhǔn)點(diǎn)率。

2.2.1 毛坯制造過程設(shè)計和開發(fā)階段的管理

根據(jù)優(yōu)化的二維和三維設(shè)計要求，從毛坯內(nèi)部缺陷[7]、毛坯尺寸穩(wěn)定性及對后續(xù)機(jī)加工帶來的影響、機(jī)加工后的熱處理及表面處理等方面選擇鑄造工藝，兩種工藝對比說明見表1。

毛坯二級分供方推薦從中國精密鑄造協(xié)會會員單位中選取。同時應(yīng)確認(rèn)分供方質(zhì)量體系認(rèn)證情況、安全環(huán)保資質(zhì)，跟蹤蠟?zāi)ぴO(shè)計和制造進(jìn)度，了解組串結(jié)構(gòu)的模流充型理論分析結(jié)果[8]。供應(yīng)商現(xiàn)場排查回爐料使用比例，抽查爐前分析儀檢測記錄、查看模殼控溫參數(shù)、熔煉除氣除渣工藝參數(shù)、熔煉溫度參數(shù)、模串保溫工藝參數(shù)、模串切割方法、留存現(xiàn)場檢查記錄和數(shù)據(jù)。尤其需要注意對于爐前材料分析的取樣，務(wù)必從待澆注金屬液中取樣，且必須保存每爐對應(yīng)的批次信息、樣塊和檢測報告。

表1 鑄造工藝中水玻璃與硅溶膠對產(chǎn)品的影響

硅溶膠鑄造工藝的零件對于鑄造表面的要求，是由工件的拋丸工藝保證的。采用滾動拋丸工藝或者懸掛拋丸工藝，使用不同直徑和硬度的丸粒，可以獲得不同質(zhì)量的鑄造表面。出貨前，還需要增加外觀檢查，主要關(guān)注鑄造表面的缺料、多肉、澆口未去除干凈、表面裂紋等缺陷。

2.2.2 零件分供方過程設(shè)計和開發(fā)階段的管理

（1）按照爐批次進(jìn)行金相、鑄造缺陷、機(jī)加定位面、基本尺寸的檢查；尤其是對于鑄造內(nèi)部缺陷的檢查是降低OEM廠家質(zhì)量索賠的重要環(huán)節(jié)。內(nèi)部鑄造缺陷風(fēng)險控制，事前主要通過控制鑄造過程、選擇具有豐富經(jīng)驗的毛坯分供方、監(jiān)控鑄造技術(shù)分析的結(jié)果來控制；事中監(jiān)控鑄造過程中的檢查/記錄/工藝過程；事后控制，對于鑄造后的成品，采用的探測手段是以金相切片為代表的破壞性檢查、以x-ray、超聲波檢查為代表的無損檢測。

（2）零件分供方消除毛坯鑄造熱應(yīng)力后，才能進(jìn)行后續(xù)的加工。在設(shè)計機(jī)械加工夾具時，務(wù)必避免在工件上施加扭轉(zhuǎn)力矩，減少工件變形；隨著加工余量的變化，不斷收集工件鑄造缺陷的位置和大小，并將缺陷反饋給毛坯鑄造廠家，督促分供方改進(jìn)并在毛坯來料檢查指導(dǎo)書上更新取樣位置；統(tǒng)計機(jī)械加工中的不穩(wěn)定尺寸項目，探求最合適的夾具夾持位置和方式；深度分析成品工件在變速箱使用上的工況，聯(lián)合設(shè)計方進(jìn)行成品失效分析，按照嚴(yán)重程度增加和優(yōu)化機(jī)械加工定位方式，如面定位改三點(diǎn)定位。

（3）對于鑄造件的熱處理，多采用感應(yīng)淬火，回火間隔建議控制在2小時內(nèi)；淬火感應(yīng)線圈設(shè)計后，必須對淬火硬度、淬火區(qū)域進(jìn)行多批次較大數(shù)量驗證；尤其需要注意淬火后的金相組織要求。由于鑄鋼材料是由不同的原料熔煉調(diào)配而成，其中Cr、Mn元素對晶粒長大有促進(jìn)作用，即使金相組織硬度合格，但晶粒有可能是粗大的，材料組織變成脆性，故而對淬火組織的檢查務(wù)必增加晶粒度的考核?；诟袘?yīng)淬火屬于特殊熱處理過程，零件級別分供方必須有專職感應(yīng)淬火的技術(shù)人員，且整個熱處理系統(tǒng)通過CQI-9評審。

（4）包裝和追溯要求。在精密鑄造成型零件成品制造過程中涉及爐批次、模腔號、預(yù)熱處理批次、機(jī)加批次、感應(yīng)淬火批次、回火批次、生產(chǎn)批次等。尤其注意區(qū)分模腔號，建議在鑄造時一并體現(xiàn)腔體號；毛坯到零件級別分供方發(fā)運(yùn)批次包含毛坯的所有批次生產(chǎn)信息，由毛坯分供方負(fù)責(zé)追溯；零件級別分供方負(fù)責(zé)成品出貨批次及機(jī)加、熱處理爐批次的關(guān)聯(lián)追溯。

零件一級分供方必須具備一定的技術(shù)和管理能力，針對客戶方提出的明確或隱含要求，在每一級逐步分解，規(guī)劃相應(yīng)的措施或行動計劃并落實到責(zé)任方。

2.3 產(chǎn)品和過程確認(rèn)階段的管理策略

產(chǎn)品是過程的體現(xiàn)，對產(chǎn)品質(zhì)量的確認(rèn)亦是對過程的確認(rèn)[9]。

（1）在零件級別一級分供方的來料檢查處對毛坯產(chǎn)品進(jìn)行確認(rèn)，基于雙方簽訂采購合同的技術(shù)質(zhì)量約定、客戶圖紙上對于毛坯要求的轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)及嵌套的標(biāo)準(zhǔn)要求、金相微觀組織的確認(rèn)。由于無損探傷設(shè)備的價格較為昂貴，大部分鑄造企業(yè)對鑄造內(nèi)部缺陷的無損探測能力較弱，著重于事中事前控制，故而事后的破壞性檢查是必須的。

（2）零件級別一級分供方發(fā)貨前的產(chǎn)品確認(rèn)，包括追溯信息、尺寸、理化檢測、無損檢測；需要注意的是熱處理后的晶粒度檢查、熱處理中的及時理化檢測、熱處理后異形件表面裂紋的100%磁粉探傷；若有可能再次增加x-Ray對成品抽樣內(nèi)部缺陷的透視檢查。

（3）零件發(fā)運(yùn)到OEM后，跟蹤其在OEM和市場中的表現(xiàn)，及時反饋到過程中。

2.4 反饋、評定和糾正階段的管理策略

將上一階段驗證的結(jié)果和風(fēng)險項反饋到過程中，著手進(jìn)行優(yōu)化。在毛坯成型工藝優(yōu)化方面，主要集中在消除鑄造熱應(yīng)力，消除沖擊載荷；機(jī)加工裝優(yōu)化，主要是零件的機(jī)加工表面的定位方式，以及反追查到鑄造毛坯成型的改進(jìn)；熱處理淬火，主要集中在淬火電源類型、淬火參數(shù)優(yōu)化、感應(yīng)線圈結(jié)構(gòu)優(yōu)化、耐火材料的粘結(jié)劑；人員培訓(xùn)，是將開發(fā)過程中的問題和改進(jìn)項對全體參與人員進(jìn)行宣貫，對關(guān)鍵崗位鎖定參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書。

按照“IDVO”的管理方法，自2013年開始對浙江某供應(yīng)商進(jìn)行質(zhì)量管理，其PPM明顯下降，質(zhì)量問題匯報次數(shù)逐月減少，質(zhì)量改善后獲得定點(diǎn)的零件數(shù)量逐步增加，并2015年度獲得“優(yōu)秀供應(yīng)商”稱號。

3 結(jié)論

從APQP的不同開發(fā)階段出發(fā)，進(jìn)行“IDVO”管理循環(huán)，契合質(zhì)量管理手冊的內(nèi)容，加深對先期產(chǎn)品質(zhì)量策劃的認(rèn)識；從兩種精密鑄造工藝切入，得到精密鑄造類零件降低風(fēng)險的策略；同時“IDVO”管理循環(huán)也可以應(yīng)用在具體開發(fā)階段，如技術(shù)圖紙交流評審階段，通過循環(huán)可以透徹理解圖紙的設(shè)計要求，給要求實現(xiàn)提供前瞻性的指導(dǎo)意義。該管理方法在實際工程應(yīng)用中，具有重大的意義。（7）：28-30.