BADANIE STABILNOŚCI SYSTEMU PRZYGOTOWANIA OBIEGOWEJ MASY FORMIERSKIEJ

Transkrypt

1 164/18 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 18 (2/2) ARCHIVES OF FOUNDRY Year 2006, Volume 6, N o 18 (2/2) PAN Katowice PL ISSN BADANIE STABILNOŚCI SYSTEMU PRZYGOTOWANIA OBIEGOWEJ MASY FORMIERSKIEJ J. JAWORSKI 1 Politechnika Rzeszowska, Katedra Technologii Maszyn i Organizacji Produkcji Wydział Budowy Maszyn I Lotnictwa ul. W. Pola 2, Rzeszów STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki pomiarów rozkładu prawdopodobieństwa podstawowych parametrów technologicznych obiegowej masy formierskiej w odlewni żeliwa. Przeprowadzone badania pokazały, że proces przygotowania masy jest procesem stabilnym w zakresie badanych parametrów i że stabilność ta może być podtrzymywana w procesie wytwarzania form. Key words: stability, moulding sand, technological parameters, system, capability, 1. WPROWADZENIE Zarządzanie jakością wg. normy PN-EN ISO 9001 w (pkt. 8.4) wymaga prowadzenia analiz danych dotyczących [1]: - zadowolenia klienta, - zgodności z wymaganiami dotyczącymi wyrobu, - właściwości, trendów procesów i wyrobów łącznie z możliwością prowadzenia działań zapobiegawczych, - dostawców (w zakresie kompleksowej oceny dostaw). Analizą powinny być objęte dane będące wynikami monitorowania i pomiarów realizowanych przede wszystkim w kluczowych procesach. Norma wymaga też, aby analizy były prowadzone metodami z uwzględnieniem i wykorzystaniem metod statystycznych. Takie systemowe podejście, w sposób uporządkowany pozwala na ocenę efektywności produkcji odlewniczej. 1 Dr inż.:jjktmiop@prz.rzeszow.pl 495

2 Niezależnie od rodzaju produkcji odlewniczej, wielkości i seryjności produkowanych odlewów, stosowanych tworzyw, w każdym procesie odlewniczym wyróżnić można trzy kluczowe procesy różniące się technologią wykonania i rodzajem stosowanych materiałów [2]: PROCES I wykonanie form (dotyczy każdej z technologii wykonania form z mas formierskich, form metalowych, form z mas ceramicznych) oraz przygotowania ich do zalania ciekłym metalem. PROCES II metalurgiczny przygotowanie ciekłego metalu zapewniającego wymagany rodzaj stopu o odpowiednich właściwościach strukturalnych i mechanicznych (dotyczy stopów żelaza oraz metali nie żelaznych) i zalania form przygotowanym metalem. PROCES III wykańczanie odlewów (oczyszczanie, obróbka cieplna, mechaniczna, malowanie, pakowanie, dostawa itp.) Wyroby odlewy- wykonywane w procesach odlewniczych w przeważającej większości przypadków są komponentami mającymi zastosowanie w wyrobach finalnych takich jak: motoryzacja, urządzenia, maszyny, armatura, instalacje kanalizacyjne itp.). Warunkiem koniecznym do zaplanowania wyrobów realizowanych w procesach kluczowych jest: - ustalenie struktury procesów kluczowych poprzez części składowe stanowiące wyodrębnione podprocesy, - ustalenie punktów krytycznych w procesach kluczowych (miejsc w których występuje największe ryzyko powstania wad wyrobu), - wybranie cech podlegających pomiarom, dla których po otrzymaniu informacji o ich wartościach jest możliwe ustalenie sposobu przeprowadzenia regulacji procesu, - zapewnienie szybkiego pomiaru badanej cechy, - wybranie metody analizy adekwatnej do danego obszaru danych. Wybór konkretnej metody analizy winien być dostosowany do obszaru danych i wielości poszczególnych pomiarów poddawanych analizie oraz w formie prezentacji najwłaściwszej ze względów na ich dalsze wykorzystanie. Należy zaznaczyć, że w produkcji przemysłowej niektóre pomiary dokonywane są kilka razy na jedną zmianę, co pozwala na stosowanie metod statystycznych. 2. CEL I ZAKRES BADAŃ Jest oczywiste, że jakość odlewu zdeterminowana jest jakością formy, a zatem masy formierskiej, z której formę sporządzono. Niedostateczna wytrzymałość masy może być przyczyną znaczących wad odlewniczych, jak: zaprószenia, wypchnięcia, strup. Pojęcie wytrzymałość w odniesieniu do mas formierskich jest dość obszerne, jako,że zawiera nie tylko kryterium naprężeń w temperaturze otoczenia, ale i w wysokich temperaturach. W pracy [3] autorzy wykazują jak trudnym zadaniem jest badanie masy formierskiej ze względu na wielość czynników wpływających na jej jakość. Masa 496

3 formierska stanowi bowiem skomplikowany układ, zarówno na skład, ale głównie z powodu zjawisk powstających podczas zalewania formy, jak choćby: tworzenie się strefy przenoszenia, przemiany polimeryczne kwarcu, rozpad lepiszcza, wydzielania się gazów z dodatków mas itd. [4]. Wytwarzanie odlewów w formach sporządzanych z klasycznych mas formierskich jest ciągle na tyle popularne, że każda próba mająca na celu eliminowanie wad odlewniczych ma swoje ekonomiczne uzasadnienia. Stąd też celem pracy było ocena stabilności systemu przygotowania masy formierskiej i zapewnieniu jej odpowiednich parametrów jakościowych wykorzystując w tym celu karty kontrolne X - R. 3. METODYKA I WYNIKI BADAŃ Badana masa formierska jest sporządzana dla dwóch automatycznych linii formierskich, tj. linii ciężkiej MTM z formierką firmy HWS typu EFA-SD 6,5, oraz linii lekkiej FA- 87 z formierką firmy PRODLEW Nowa Sól. W zależności od asortymentu odlewów w końcowym cyklu formowania stosowany jest nacisk w zakresie od 0,6-1,2 MPa. Masa jest sporządzana w automatycznej sterowni stacji przerobu mas SPM45 wyposażonej w mieszarkę turbinową MTI 4000 i urządzenia dozujące. Czas mieszania jednej porcji odświeżanej masy wynosi 120s. Masę obiegową odświeża się suszonym piaskiem kwarcowym, mieszanką bentonitową z dodatkiem nośników węgla Policarbon oraz wodą. Korzystając z danych literaturowych, oraz doświadczeń własnych odlewni założono utrzymanie właściwości odświeżonej masy na następujących poziomach: - przepuszczalność P w 170 [10-8 m 2 /Pa s], - wytrzymałość na ściskanie R c w 0,085 0,150 [MPa], - wilgotność W 2,5 2,9 %, - płynność Pl 75%, - zagęszczenie Z %, - wytrzymałość na rozciąganie R m w 0,010 [MPa]. Dla określenia rozkładów prawdopodobieństwa poszczególnych parametrów technologicznych masy formierskiej pobierano losowo próbki o wielkości 400sztuk w przeciągu jednego miesiąca. Wyniki badań rozkładów prawdopodobieństwa poszczególnych parametrów technologicznych masy obiegowej w okresie jednego miesiąca przedstawiono na rys. 1, 2. Jak wynika z przedstawionych badań wszystkie parametry badanej masy podlegają rozkładowi Gaussa co znaczy, że na proces oddziaływają tylko błędy przypadkowe i proces przygotowania masy może być kontrolowany statystycznie Wartości poszczególnych parametrów masy tj. wartość średnia X i średnie odchylenie standardowe σ możemy dla poszczególnych parametrów odczytać z wykresu. Zdolność jakościową procesu przygotowania masy formierskiej w zakresie poszczególnych T parametrów wyznaczamy z zależności : C p = a wskaźnik C pk ze wzorów: 6σ 497

4 498 Rys. 1. Rozkład prawdopodobieństwa podstawowych parametrów technologicznych masy obiegowej: a) płynności Pł, b) wilgotności W, c) zagęszczalności Z Fig. 1. Probabilisty distribution graphs for: a) fluidity Pł, b) compactibility W, c) humidity Z, of the moulding sand

5 499 Rys. 2. Wykres rozkładów prawdopodobieństwa podstawowych parametrów technologicznych obiegowej masy formierskiej: a) przepuszczalności P w w, b) wytrzymałości na ściskanie w stanie wilgotnym R c, c) wytrzymałości na rozciąganie w stanie w wilgotnym R m. Fig. 2. Probabilisty distribution graphs for: a) permebility P w w, b) compressive strength R c, c) tensile strength w Rm of the moulding sand

6 Gwg X X Dwg C pk =, C pk = 3σ 3σ Zakłada się, że proces jest zdatny jakościowo jeżeli C 1,33 a 1 Dla stabilnych procesów można dla statystycznej kontroli stosować karty kontrolne X -R lub X - S. W przypadku przekroczenia założonego zakresu konkretnego parametru technologicznego masy obiegowej, zmieniano odpowiednio udział spoiwa, piasku lub wody w odświeżanej masie. Stosowana metoda postępowania zapewniała utrzymanie właściwości odświeżonej masy na założonym poziomie, a jakość odlewów produkowanych w tym okresie nie odbiegała od normy. 4. WNIOSKI 1. Przeprowadzone badania wykazały, że parametry technologiczne obiegowej masy formierskiej podlegają rozkładowi Gaussa. 2. Proces przygotowania masy formierskiej jest procesem zdatnym i zdatność ta może być podtrzymywana. 3. System przygotowania masy jest stabilny w konkretnych warunkach produkcyjnych z możliwością stosowania korekt. Zgodnie z procedurą wskazanych kart kontrolnych. LITERATURA [1] Norma PN-EN ISO 9001 [2] Szanda M.: Planowanie monitorowania i pomiarów, na przykładzie procesu odlewniczego odlewniczego aspekcie pozyskiwania danych dla analiz wymaganych normą ISO Acta Metallurgica Slovaca 2/2002 R8 [3] Michta Stawiarska T.: Wady odlewnicze spowodowane masą formierską. Acta Metallurgica Slowaca 3/2001 R7 [4] Lewandowski L.: Masy formierskie i rdzeniowe. Wyd. PWN, Warszawa 1991 p C pk RESEARCH OF STABILITY OF PREPARATION SYSTEM OF CIRCULATING MOULDING SANDS SUMMARY In the paper the results of probability distribution measurements of basic technological parameters of circulating moulding sand in the cast iron foundry were presented. The performed investigations demonstrated that the sand preparation system is stable in the range of investigated parameters and that this stability can be sustained in mould making process. Recenzował: Prof. Adam Bydałek 500