全面質(zhì)量管理在航空鍛造中的應(yīng)用

劉秀良 王同超

江西景航航空鍛鑄有限公司 江西景德鎮(zhèn) 333000

航空鍛件一般用于制造飛機(jī)、發(fā)動機(jī)的承力件、連接件、轉(zhuǎn)動件等關(guān)鍵零件，不同的使用要求賦予了鍛件不同的特性。根據(jù)特性的重要程度分為關(guān)鍵特性、重要特性和一般特性，這些特性將鍛件分為了一般件、重要件和關(guān)鍵件。產(chǎn)品能否滿足這些特殊特性的要求直接關(guān)系著飛機(jī)、發(fā)動機(jī)的可靠性和使用壽命，特別是重要件和關(guān)鍵件，一旦其特性無法滿足要求，極可能造成非常嚴(yán)重的后果[1]。鍛造屬于特殊過程，鍛件不易直觀發(fā)現(xiàn)、測量或不能經(jīng)濟(jì)地測量內(nèi)在質(zhì)量特性，而鍛造工序往往是決定產(chǎn)品質(zhì)量特性的關(guān)鍵工序。根據(jù)質(zhì)量是設(shè)計(jì)和制造出來的邏輯，在保證了工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量和制造過程的作業(yè)質(zhì)量的情況下，產(chǎn)品質(zhì)量是能夠得到保證的。因此，鍛造生產(chǎn)采取了全面質(zhì)量控制和基于過程的控制措施來保證產(chǎn)品質(zhì)量。本文以某航空鍛件的鍛造生產(chǎn)為例，從工藝設(shè)計(jì)和鍛造作業(yè)兩個層面介紹鍛造工序的質(zhì)量控制方法。

1 工藝要求及質(zhì)量控制策劃

1.1 工藝設(shè)計(jì)

（1）產(chǎn)品質(zhì)量的70%是在設(shè)計(jì)階段形成的，因此在工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就要按照全面質(zhì)量管理的理論和風(fēng)險(xiǎn)思維考慮人、機(jī)、料、法、環(huán)、測六要素在工藝實(shí)現(xiàn)的過程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，按照“策劃—實(shí)施—檢查—處置”（ PDCA）循環(huán)的思想制定控制措施，做好策劃工作。

（2）該產(chǎn)品是某型號飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件，材料牌號是TA15，需要滿足某型號標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ類件檢測要求，檢測項(xiàng)目有：室溫拉伸、室溫沖擊、高溫拉伸、高溫持久、斷裂韌性，顯微組織、低倍組織，氫含量、化學(xué)成分等。工藝員根據(jù)技術(shù)要求和產(chǎn)品特性設(shè)計(jì)了工藝規(guī)程，共27道工序，其中對產(chǎn)品質(zhì)量特性起決定作用的是鍛造工序和熱處理工序，這兩道工序也是關(guān)鍵工序。鈦合金鍛造對變形量、變形速率、加熱溫度、鍛造溫度很敏感，對加熱設(shè)備、鍛壓設(shè)備、操作細(xì)節(jié)要求很高，生產(chǎn)過程中需要對鍛造工序?qū)嵤┯行У目刂疲_保生產(chǎn)過程符合工藝的預(yù)期，消除可能出現(xiàn)的超出工藝預(yù)期帶來的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)[2]。

圖1 鍛件造型

圖2 模具

表1 鍛造工序

1.2 全面質(zhì)量管理的控制要求

按照全面質(zhì)量管理的方法，影響鍛造工序產(chǎn)品質(zhì)量的要素主要有人、機(jī)、料、法、環(huán)、測六個方面。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)通過對工藝實(shí)現(xiàn)過程中的質(zhì)量影響因素的風(fēng)險(xiǎn)分析，規(guī)避可能出現(xiàn)的異常情況和風(fēng)險(xiǎn)，從而使工藝要求得到準(zhǔn)確貫徹，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2.1 人員要求及質(zhì)量控制方法

（1）參與產(chǎn)品生產(chǎn)的人員必須具備熟練作業(yè)的能力和本崗位的作業(yè)資質(zhì)，熟悉本崗位的操作規(guī)程，并且準(zhǔn)確理解了該產(chǎn)品的工藝要求和操作方法。

（2）參與產(chǎn)品生產(chǎn)的人員必須職責(zé)明確。承擔(dān)該產(chǎn)品鍛造生產(chǎn)的是8000T電動螺旋壓力機(jī)班組，輔助人員有工藝員、檢驗(yàn)員。班組負(fù)責(zé)按照工藝規(guī)程完成鍛造工序的作業(yè)；工藝員負(fù)責(zé)講解工藝要求并現(xiàn)場監(jiān)控工藝執(zhí)行是否準(zhǔn)確，記錄生產(chǎn)過程；檢驗(yàn)員負(fù)責(zé)監(jiān)控實(shí)際工藝參數(shù)并對產(chǎn)品進(jìn)行檢測，做好生產(chǎn)過程的質(zhì)量記錄[3]。

（3）該產(chǎn)品是新產(chǎn)品，價(jià)值較高，必須保證產(chǎn)品的合格率。按照特殊過程的控制要求，各崗位實(shí)行定人員作業(yè)，特別是司錘、掌鉗、加熱、上料這些重要工位，應(yīng)根據(jù)作業(yè)的熟練程度和配合的默契程度確定最佳人選。需要時(shí)，操作人員可在生產(chǎn)前模擬作業(yè)過程的配合形式。

1.2.2 設(shè)備要求及質(zhì)量控制方法

（1）鍛造工序需要使用8000T電動螺旋壓力機(jī)、高溫電爐、1T取料機(jī)等主設(shè)備。除了通過日常點(diǎn)檢、維護(hù)保養(yǎng)等方法保證設(shè)備的完好性外，設(shè)備的精度等指標(biāo)也要滿足相關(guān)技術(shù)要求和生產(chǎn)合格產(chǎn)品的要求。加熱用的高溫電爐的爐溫均勻性應(yīng)滿足HB5425中Ⅱ類爐要求，且在檢測有效期內(nèi)；1T取料機(jī)的鉗口可順利夾取坯料，在生產(chǎn)前預(yù)熱鉗口，避免坯料與鉗口接觸部位有明顯降溫；8000T電動螺旋壓力機(jī)在裝模后的空間可使取料機(jī)夾持的坯料順利放入模具型腔。

（2）除了主設(shè)備外，各生產(chǎn)輔助設(shè)備也應(yīng)保持完好。如裝模轉(zhuǎn)運(yùn)用的叉車、潤滑用的噴涂裝置、提供動力的空壓機(jī)、鍛件風(fēng)冷用的風(fēng)扇等。

（3）按照特殊過程控制的要求，使用的設(shè)備必須嚴(yán)格遵守工藝規(guī)程，不能隨意更改。

1.2.3 材料要求及質(zhì)量控制方法

（1）生產(chǎn)使用的材料必須按照技術(shù)協(xié)議規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)采購，顧客指定了供應(yīng)商的，必須從指定的供應(yīng)商處采購材料。

（2）材料應(yīng)按照技術(shù)協(xié)議規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)驗(yàn)，合格后應(yīng)出具檢測報(bào)告或合格證來表明材料的狀態(tài)，避免誤用。材料復(fù)驗(yàn)合格后方可投入使用。

（3）材料在使用時(shí)要嚴(yán)格遵守工藝規(guī)程的規(guī)定，重點(diǎn)控制材料牌號、材料標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格尺寸。

1.2.4 工藝要求及質(zhì)量控制方法

（1）編制的工藝應(yīng)符合技術(shù)協(xié)議和引用標(biāo)準(zhǔn)的要求，工序完整，參數(shù)準(zhǔn)確，控制要求得當(dāng)，盡可能使用常規(guī)的、成熟的技術(shù)。工藝內(nèi)容的表述要使用標(biāo)準(zhǔn)化語言和約定俗成的表達(dá)方式，盡量不要使用新名詞，避免使用者和工藝設(shè)計(jì)者之間產(chǎn)生理解上的差異。工藝實(shí)現(xiàn)的資源需求要充分考慮制造的可實(shí)現(xiàn)性。

（2）設(shè)計(jì)的工藝要進(jìn)行評審，重點(diǎn)評審工序設(shè)置、設(shè)備選用、參數(shù)設(shè)置、坯料尺寸、過程控制方法等內(nèi)容，以確定工藝方案的可行性。

（3）當(dāng)產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)發(fā)生變更時(shí)要及時(shí)將信息傳遞到生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并及時(shí)更新工藝、圖紙等文件的技術(shù)狀態(tài)。

（4）在生產(chǎn)前，工藝人員應(yīng)向作業(yè)人員講解該產(chǎn)品的技術(shù)要求、質(zhì)量控制要點(diǎn)和工藝操作要求，并對工藝紀(jì)律進(jìn)行監(jiān)控，確保技術(shù)意圖得到準(zhǔn)確貫徹。

1.2.5 工裝工具要求及質(zhì)量控制方法

（1）該產(chǎn)品是模鍛件，模具制作完成后應(yīng)按照程序試模、鑒定，合格后方可投入使用。試模的過程也是對生產(chǎn)過程的模擬，可以發(fā)現(xiàn)模具安裝、模具制造、模具尺寸、坯料設(shè)計(jì)、鍛造操作過程等方面存在的問題，以便在正式生產(chǎn)前解決。

（2）模具應(yīng)配套制作，需要切邊的鍛件還應(yīng)制作切邊摸，與鍛模一同試用、鑒定。

（3）經(jīng)鑒定合格的模具需要出具工裝合格證，以便對模具使用情況和狀態(tài)進(jìn)行記錄和監(jiān)控。

（4）鍛模在使用前必須在400℃充分預(yù)熱6小時(shí)以上，否則容易開裂。

（5）生產(chǎn)使用的工具和消耗品如夾鉗、撬杠、字頭、料架、潤滑劑等應(yīng)準(zhǔn)備齊全。

1.2.6 環(huán)境要求及質(zhì)量控制方法

（1）GJB904A規(guī)定，鍛造車間的溫度冬天不低于10℃?？紤]TA15材料的特性，冬季生產(chǎn)時(shí)需要采取措施提高廠房的溫度，如關(guān)閉廠房門窗、打開燃?xì)鉅t烘熱廠房、在鍛造作業(yè)區(qū)局部放置熱源等。鍛造過程中避免風(fēng)吹向坯料，防止降溫過快。

（2）該產(chǎn)品在鍛后需要風(fēng)冷，生產(chǎn)前要準(zhǔn)備好場地和冷卻用的風(fēng)扇。

1.2.7 檢測要求及質(zhì)量控制方法

（1）鍛造工序用的檢測工具有游標(biāo)卡尺、紅外測溫儀等，所有量具必須經(jīng)過檢測合格方可使用。選用量具的量程要能夠滿足檢測的需要，在使用前必須檢查刻度線并對零，確保量具結(jié)構(gòu)完好、刻度清晰。

（2）檢測項(xiàng)目、檢測頻次和檢測方法要符合規(guī)定，對新產(chǎn)品、重點(diǎn)產(chǎn)品和高價(jià)值產(chǎn)品可加大檢測頻率。對本產(chǎn)品而言，需要通過儀表監(jiān)控加熱溫度、加熱時(shí)間，用紅外測溫儀監(jiān)控始鍛溫度、終鍛溫度，用卡尺測量鍛件尺寸，觀察鍛件外形。

2 鍛造過程中的質(zhì)量控制方法

2.1 鍛造過程

（1）產(chǎn)品的制造過程重點(diǎn)是準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)工藝的要求。因此，在該階段就要全面落實(shí)工藝設(shè)計(jì)階段考慮到的人、機(jī)、料、法、環(huán)、測六要素的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制措施，并且按照“策劃—實(shí)施—檢查—處置”（ PDCA）循環(huán)的思想改進(jìn)工藝和生產(chǎn)過程。

（2）鍛造工序作為對產(chǎn)品質(zhì)量特性起決定作用的關(guān)鍵工序，其控制要求要全面且詳細(xì)，一般應(yīng)編制每道工序的作業(yè)指導(dǎo)書指導(dǎo)操作人員作業(yè)。鍛造工序的作業(yè)順序是：工藝解讀和討論（P）、生產(chǎn)準(zhǔn)備及狀態(tài)檢查（D）、鍛造作業(yè)（D），過程中需要對工藝參數(shù)（C）、操作步驟進(jìn)行監(jiān)控（C），對產(chǎn)品進(jìn)行尺寸外觀檢測（C），需要時(shí)可以錄制生產(chǎn)過程視頻便于總結(jié)改進(jìn)（A）。

（3）根據(jù)產(chǎn)品可追溯性的要求，產(chǎn)品需要按批次生產(chǎn)，對每批產(chǎn)品（Ⅰ類件應(yīng)可追溯到單件產(chǎn)品）的生產(chǎn)過程（如使用設(shè)備、操作工步）、工藝參數(shù)（如加熱溫度、保溫時(shí)間）、產(chǎn)品質(zhì)量（如尺寸、表面質(zhì)量）、標(biāo)識做好記錄。

2.2 工藝解讀和討論（P）

2.2.1 生產(chǎn)前

工藝員應(yīng)在現(xiàn)場對作業(yè)人員、檢驗(yàn)員講解產(chǎn)品的質(zhì)量特性和工藝控制要點(diǎn)，講解工藝操作要求，確保生產(chǎn)人員準(zhǔn)確理解了技術(shù)要求和操作要求，并能按照要求進(jìn)行作業(yè)。質(zhì)量是設(shè)計(jì)和制造出來的，只有工藝規(guī)程的要求在制造過程中得到準(zhǔn)確、充分地執(zhí)行，才能使產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。因此，作為工藝設(shè)計(jì)者的工藝員是產(chǎn)品質(zhì)量的主要責(zé)任人和關(guān)鍵人員，也是制造執(zhí)行過程中的指揮者和監(jiān)督者，需要對工藝?yán)斫夂凸に噲?zhí)行的正確性進(jìn)行細(xì)致、全面地掌控。

2.3 生產(chǎn)準(zhǔn)備及狀態(tài)檢查（D）

2.3.1 人員檢查除按1.2.1 的要求外

還要觀察作業(yè)人員的精神狀態(tài)，避免出現(xiàn)因人員的主管因素造成的質(zhì)量和安全問題。在新產(chǎn)品試制時(shí)，參與試制工作的所有人員都要到場，以便隨時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題[4]。

2.3.2 設(shè)備檢查按1.2.2 的要求

2.3.3 資料和物料對照檢查

（1）資料檢查：檢查工藝規(guī)程、圖紙、材料合格證、流水記錄卡、工裝合格證等生產(chǎn)資料，確保資料齊全、有效、一致，且與生產(chǎn)計(jì)劃相符。流水記錄卡上鍛造工序之前的工序已經(jīng)完成并檢驗(yàn)合格，符合進(jìn)入鍛造工序的條件。

（2）物料檢查：根據(jù)工藝規(guī)程規(guī)定的材料牌號、規(guī)格尺寸核對物料的材料牌號、規(guī)格尺寸；根據(jù)流水記錄卡上記錄的數(shù)量、錠節(jié)號標(biāo)識核對物料的數(shù)量、錠節(jié)號標(biāo)識；根據(jù)工藝要求檢查物料狀態(tài)是否與上道工序結(jié)束后的質(zhì)量要求一致，是否與工藝中對鍛造工序生產(chǎn)的質(zhì)量要求一致。

2.3.4 工裝工具檢查

（1）根據(jù)工藝規(guī)定的模具號和工裝合格證，檢查模具是否正確；檢查上、下模是否裝配正確；工裝合格證是否已注明鑒定合格；檢查鍛模在是否在400℃預(yù)熱6小時(shí)以上。

（2）檢查需要使用的工具是否已在現(xiàn)場準(zhǔn)備好。

2.3.5 環(huán)境檢查按1.2.6

2.3.6 檢測工具檢查按1.2.6

2.4 鍛造作業(yè)（D+C）

2.4.1 鍛造工藝

鍛造工藝需要將坯料加熱到一定的溫度，并在溫度降低到終鍛溫度之前完成鍛造，該過程只有1.5分鐘的時(shí)間，因此要求每一步操作都要盡量迅速，并且銜接順利。

2.4.2 加熱

（1）加熱爐在使用前要將爐膛內(nèi)的爐渣等雜質(zhì)清理干凈，避免加熱時(shí)雜質(zhì)粘到坯料上造成鍛件表面缺陷。

（2）按工藝規(guī)定的溫度參數(shù)設(shè)置加熱溫度，按工藝規(guī)程規(guī)定的裝爐數(shù)量和擺放方法裝爐，記錄每件坯料在爐膛內(nèi)的位置，以便出爐鍛造時(shí)保持產(chǎn)品的標(biāo)識不會混淆，保持產(chǎn)品的可追溯性。坯料在爐膛內(nèi)的擺放位置應(yīng)便于取料機(jī)抓取，擺放方向應(yīng)與放置到模具型腔的方向一致，防止鍛造時(shí)坯料調(diào)頭等非正常操作，盡可能為加快坯料的轉(zhuǎn)運(yùn)速度創(chuàng)造條件。

（3）加熱時(shí)間按工藝規(guī)程規(guī)定的升溫曲線計(jì)時(shí)，可以將保溫時(shí)間、到溫時(shí)間記在黑板上以便提醒作業(yè)人員。

（4）加熱溫度由儀表控制，在加熱過程中操作人員要巡檢加熱設(shè)備狀態(tài)和儀表狀態(tài)，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處置突發(fā)問題。

圖3 加熱記錄

圖4 打擊參數(shù)

2.4.3 鍛造、標(biāo)識、冷卻（D+C）

（1）按照工藝規(guī)程的規(guī)定提前設(shè)置好鍛造打擊能量和錘擊次數(shù)。鍛造工序從坯料出爐、擺料到鍛壓結(jié)束要在最短的時(shí)間內(nèi)完成，所以每一步操作都要銜接順暢，采取便于操作的方法。此過程中使用紅外測溫儀監(jiān)控始鍛溫度和終鍛溫度。

（2）首件打好標(biāo)識后分別由操作者和檢驗(yàn)員檢測外形、尺寸、錯移、翹曲，檢查表面是否有夾傷、裂紋等缺陷并做好質(zhì)量記錄。首件檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下一件產(chǎn)品的生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中可逐件檢查，也可以按比例抽檢。尾件必須檢測。

（3）產(chǎn)品需要逐件打上唯一性標(biāo)識，一般包括批次號和錠節(jié)號，以保持產(chǎn)品的可追溯性。

（4）按照工藝要求將該產(chǎn)品散開放到冷卻區(qū)，用風(fēng)扇吹冷。

（5）生產(chǎn)過程中要及時(shí)做好生產(chǎn)記錄和質(zhì)量記錄，如工藝參數(shù)、產(chǎn)品尺寸和表面質(zhì)量，填寫加熱表盤、工裝合格證等。

（6）該過程中工藝員要全程跟蹤，指導(dǎo)作業(yè)人員準(zhǔn)確執(zhí)行工藝，隨機(jī) 與作業(yè)人員交流，并做好執(zhí)行情況的記錄。

3 分析和改進(jìn)

過程分析（A）：

（1）生產(chǎn)結(jié)束后，由工藝員組織作業(yè)人員和檢驗(yàn)人員總結(jié)生產(chǎn)過程，查找不足以便改進(jìn)。

（2）對工藝規(guī)程進(jìn)行分析，考慮是否要優(yōu)化鍛造打擊能量和錘擊次數(shù)等工藝參數(shù)，是否要改進(jìn)坯料外形和尺寸，以提高鍛件的成型質(zhì)量。該產(chǎn)品在生產(chǎn)首件后根據(jù)產(chǎn)品厚度尺寸調(diào)整了設(shè)備打擊能量，保證了后續(xù)產(chǎn)品尺寸符合要求。

（3）對作業(yè)過程進(jìn)行分析，是否完全執(zhí)行了工藝規(guī)程的要求，找到操作不順利和不方便的地方進(jìn)行改進(jìn)，尋找更為迅速的作業(yè)方法加以練習(xí)。是否可以增加坯料的裝爐數(shù)量以提高生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

在工藝設(shè)計(jì)階段運(yùn)用全面質(zhì)量管理理論，充分識別了工藝執(zhí)行過程中人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等質(zhì)量要素可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，并采取了控制措施；在生產(chǎn)過程中運(yùn)用“策劃—實(shí)施—檢查—處置”（ PDCA）的方法執(zhí)行工藝規(guī)程并進(jìn)行質(zhì)量控制；技術(shù)的指導(dǎo)和監(jiān)控使得在鍛造作業(yè)階段能夠準(zhǔn)確執(zhí)行工藝規(guī)程的要求。技術(shù)要求與生產(chǎn)作業(yè)的一致性保證了產(chǎn)品質(zhì)量，這種以過程控制為主的全面質(zhì)量控制方法為鍛造過程的質(zhì)量控制提供了參考。