24/6 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2002, Rocznik 2, Nr 6 Archives of Foundry Year 2002, Volume 2, Book 6 PAN - Katowice PL ISSN 1642-5308 ETAPY KSZTAŁTOWANIA JAKOŚCI ODLEWÓW Z ŻELIWA SZAREGO K. SIEKAŃSKI 1, S. BORKOWSKI 2 Politechnika Częstochowska, Wydział Zarządzania, Katedra Inżynierii Produkcji Al. Armii Krajowej 19B, 42-200 Częstochowa STRESZCZENIE W artykule zajęto się analizą całego procesu produkcji odlewniczej, przedstawiono model zarządzania jakością w odlewni żeliwa. Proces odlewania podzielono na etapy i w każdym z nich wskazano czynniki decydujące o tym, by wyrób końcowy procesu był jak najwyższej jakości, omówiono także czynności kontrolne podejmowane na każdym z wyróżnionych etapów produkcji. Key words: process of casting, quality of castings, quality control. 1. WPROWADZENIE Podstawową kwestią dla otrzymania wyrobu odlewanego jest umiejętność zap a- nowania nad dużą ilością zmiennych czynników decydujących o jakości finalnego produktu. Odlewanie składa się z szeregu etapów, w trakcie których pojawić mogą się odmiennego rodzaju niezgodności z założonymi charakterystykami, odstępstwa od przyjętych specyfikacji, czy wymagań. Zatem każde przedsiębiorstwo odlewnicze, by działać skutecznie musi zidentyfikować liczne procesy prowadzące do powstania wyrobu, jakie zachodzą w toku istnienia firmy, musi także nauczyć się nimi odpowiednio zarządzać. Jakość 3 uzyskanego wyrobu uzależniona jest od wybranej technologii (pojęcie to dotyczy procesów wytwarzania form oraz samego wytopu metalu, zalewania form 1 mgr inż., krystoff@poczta.onet.pl. 2 prof. dr hab. inż., bork@zim.pcz.czest.pl. 3 W przypadku odlewów, bardzo adekwatną definicją jakości jest najnowsza ujęta w normie ISO 9000:2000 podająca, że jakość to zespół właściwości wyrobu, usługi decydujący o spełnieniu 207
i przyjętych metod oczyszczania odlewów). Zatem, to jaki będzie wyrób końcowy zależy od bardzo wielu powiązanych ze sobą czynników. Nowe podejście zalecane przez normę ISO 9000:2000 wspomaga ujęcie całości produkcji firmy poprzez procesy ogó l- ne, kluczowe i pomocnicze prowadzące do otrzymania produktu. Ogólne schemat procesów prowadzących do wytworzenia odlewu przedstawia model systemu zarządzania jakością (rys. 1). Rys. 1. Model systemu zarządzania procesowego jakością odlewów Źródło: Opracowanie własne na podstawie [4] Fig. 1. The model of process approach to the quality management system in the foundry Sources: Elaboration own on the basis [4] Analizując działanie odlewni można wyróżnić szereg procesów przygotowawczych i kluczowych, inaczej rzecz ujmując samo wytwarzanie odlewu można podzielić na kilka stadiów. W najprostszym ujęciu można zaprezentować trzy fazy [2]: I faza związana z wszelkimi czynnościami przygotowawczymi, zaprojektowaniem i wykonaniem modeli i form odlewniczych oraz rdzeni, II faza metalurgiczny proces, wytop metalu i zalewanie form, III faza wybijanie z form odlewów, usuwanie rdzeni, końcowa obróbka i kontrola wyrobu. wymagań klienta. Właściwości wyrobu, to w przypadku odlewu specyfikacje (i inne ustalenia) zawarte w dokumentacjach technicznych, dotyczące parametrów, jakimi odznaczać powinien się odlew, czasu, miejsca i warunków dostarczenia wyrobu do klienta [1]. 208
ARCHIWUM ODLEWNICTWA W wyniku takiego złożonego procesu powstaje odlew, który powinien spełniać wymagania klienta. Dla szerszego ujęcia procesu odlewania celowym będzie dokład - niejsza prezentacja powstawania odlewu oraz związanych z przebiegiem każdego etapu produkcji występowania niezgodności. 2. IDENTYFIKACJA POSZCZEGÓLNYCH FAZ PROCESU PRODUKCJI ODLEWÓW ŻELIWNYCH Rozpoznanie głównych etapów produkcji, na których powstaje wyrób wsp o- maga doskonalenie jakości odlewów. Odpowiednie sposoby (metody, techniki) pozwalają na analizę każdej fazy powstawania wyrobu od projektowania po wprowadzenie do eksploatacji bowiem na każdym z tych etapów tworzona jest jakość. Identyfikacja procesów i takie ich przedstawienie sprzyja określeniu czynników wpływających na kształtowanie jakości na każdym etapie produkcji. Gdyby zatem podzielić proces produkcji na etapy (bardziej szczegółowo jednak, niż przedstawione powyżej stadia ogólne), można by się pokusić o określenie, na podstawie czynności wykonywanych w każdym etapie produkcji, możliwych do wystąpienia niezgodności, a więc wszelkich odstępstw w wykonawstwie, osiągnięciu założonych parametrów w odlewach (tabela 1.). Następnym krokiem mogłaby być liczbowa (procentowa) ocena częstotliwości występowania wad w zależności od stadium produkcji. Tabela 1. Fazy produkcji odlewniczej wraz z poglądowym zestawieniem niezgodności, które mogą wystąpić w każdej z nich Table 1. Stages of foundry production with demonstrative presentation of nonconformances connected with every production phase Etap procesu O pis czynników charakteryzujących proces, wraz z elementami decydującymi o jakości wyrobu finalnego I. Projektowanie Projektowanie całej dokumentacji dla odlewów wraz z wymaganiami dotyczącymi: metalu, omodelowania, form, warunków przebiegu poniższych procesów. (projekty zawierają szczegółowe rysunki poszczególnych elementów omodelowania wraz z obliczonymi na potrzeby procesu odlewania naddatkami, dołączonymi do form układami wlewowymi, przelewowymi itp.) II. Zakup, przyjęcie materiałów do produkcji III. Wykonanie modeli i pozostałego niezbędnego oprzyrządowania Jakość materiałów (zarówno materiału modelu, formy, surowca do wytopu) Dokładność wykonania i odzwierciedlenia kształtu nadanego omodelowaniu przez projektanta Właściwy dobór materiału oprzyrządowania i odpowiednie wytrasowanie modelu IV. Wykonanie form Jakość wykonanej formy, przyjęta technologia wykonania form, posiadane linie produkcyjne, przeszkolenie personelu wykonawczego, właściwe parametry formy (np. wilgotność), wykonanie odpowietrzeń, Możliwość powstania następujących niezgodności Zażużlenia (zły projekt układów wlewowych i przelewowych), pęcherze powietrza (np. przyjęty materiał formy), guz (wypaczenie wnętrza formy), jama skurczowa, naderwania (zły projekt formy) itp. Zanieczyszczenia, skład chemiczny surowca Chropowatość, nieprawidłowy wymiar wyrobu gotowego Wykruszenia, zapiaszczenia, naderwania, przestawienie 209
V. Wykonanie rdzeni VI. Przygotowanie wsadu VII. Wytop metalu VIII. Zalewanie form ciekłym metalem IX. Wybijanie odlewów z form i rdzeni z odlewów X. Proces oczyszczania i wykańczania odlewów XI. Kontrola końcowa prawidłowe ułożenie elementów omodelowania, staranny przebieg ubijania form itp. Przyjęta technologia wykonania rdzeni, sposób złożenia formy i rdzenia Technologia wytopu Dodatki stopowe Parametry procesu wytopu, czas wytopu Przeszkolenie pracowników zalewaczy do właściwego wykonywania czynności zalewania form, odpowiednie podanie niezanieczyszczonego metalu (usunięcie żużla z powierzchni kadzi itp.) Dokładność wykonania czynności przez pracowników, przestrzeganie czasu stygnięcia wyrobu w formie przed wybiciem Technologia oczyszczania, maszyny używane w przedsiębiorstwie, rodzaj oczyszczanego odlewu Możliwości posiadanego laboratorium badawczego, dobór próbki do badań, oznaczanie wyrobu niezgodnego, skuteczność kontroli przed dostarczeniem wyrobu klientowi, oględziny zewnętrzne oraz z zastosowaniem przyrządów pomiarowych Źródło: Opracowanie własne na podstawie [3, 4] Sources: Elaboration own on the basis [3, 4] Zapiaszczenia, wykruszenia, przestawienia, brak współosiowości formy i rdzenia, zalewki Zawartość pierwiastków stopowych w odlewie i zanieczyszczeń decydujących o własnościach mechanicznych odlewu Niejednorodność, Przełom Zaszarzenie Zabielenie Obcy metal, wypchnięcie Niejednorodność, Zażużlenie, Jama skurczowa, Przypalenie, Fałda, Niedolew Pęknięcia na gorąco i na zimno Uszkodzenia mechaniczne Pęknięcia na zimno, Twardość, pęknięcia wewnętrzne, błędne wymiary, wady powierzchni itp. W toku wytwarzania odlewów stosuje się szereg skomplikowanych metod bada w- czych: oględziny zewnętrzne, kontrola wymiarowa, badania nieniszczące (metoda proszkowa, radiologiczna, ultradźwiękowa, dźwiękowa, badania przez pomiar masy właściwej, badania prądami wirowymi, magnetyczne itp.), badania w warunkach zbliżonych do eksploatacyjnych (badanie odlewów pod zmiennymi obciążeniami, pod c i- śnieniem i w testach dynamicznych), badania niszczące (łamanie odlewu, cięcie lub zdejmowanie warstw metalu przy zastosowaniu obróbki mechanicznej w celu odkrycia powierzchni przechodzącej przez materiał odlewu w miejscu zalegania wady). Oprócz takich technicznych metod pomiarowych można jeszcze używać stosunkowo prostych narzędzi doskonalenia jakości wykorzystujących zebrane wyniki pomiarów do oceny jakości procesu (metoda Pareto-Lorenza, diagram Ishikawy, histogramy, karty kontrolne itp.) można stosować także nowoczesne metody oceny ryzyka wytworzenia wyrobu niezgodnego z założonymi specyfikacjami (np. analiza FMEA). To wszystko razem oraz kontrola bieżąca produkcji dopiero gwarantuje wysoką jakość odlewu oraz 210
ARCHIWUM ODLEWNICTWA wykrycie newralgicznych miejsc procesu, w których powstaje najwięcej wyrobów niezgodnych z wymaganiami. Istotą właściwego nadzorowania procesów odlewniczych jest wykorzystanie danych z kontroli, w takich sposób, by móc umiejętnie regulować cały proces tworzenia wyrobu gotowego. 3. ANALIZA WYNIKÓW Z PROCESU PRODUKCYJNEGO Dla rozpatrywanego przykładu przyjęto za przydatne określenie miejsc, osób odpowiedzialnych, czy też etapów procesu odlewania narażonych na występowanie błędów. Zebrano dane z procesu odlewania i przyporządkowano je do kilku grup związanych bezpośrednio z fazami otrzymywania wyrobu gotowego. Udział niezgodności wykrytych w toku produkcji w roku 2000 stanowił 4,7% ogółu odlewów żeliwnych. W toku analizy powstałych niezgodności określono zakres odpowiedzialności za powstałe błędy i przyporządkowano go do 10 grup czyli wyróżnionych faz odlewania. Dane uzyskane w ten sposób posłużyły do wykonania wykres u kołowego - rysunek 2. X DOZÓR TECHNICZNY KONTROLA KOŃCOWA 9% I PROJEKTOWANIE 4% II WYKONANIE OMODELOWANIA 2% III PRZYGOTOWANIE MATERIAŁÓW 6% IX OCZYSZCZANIE ODLEWÓW 20% IV WYKONANIE FORM 18% V WYKONANIE RDZENI 9% VIII WYBIJANIE ODLEWÓW 17% VII ODLEWANIE 12% VI PRZYGOTOWANIE WSADU 3% Rys. 2. Struktura niezgodności w procesie odlewania wg etapów procesu produkcyjnego (udział w całości wyrobów niezgodnych %) Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych Działu kontroli Jakości Odlewni Żeliwa Fig. 2. Structure of nonconformances in the casting process (% share in the whole of nonconformances) Source: Selfresearch on the basis of documantation of the Quality Control Department of the foundry Z rysunku 2 wynika, że większość ze stwierdzonych niezgodności powstaje w trakcie oczyszczania odlewów (20%), wykonania i przygotowania form (18%) oraz wybijania odlewów z form (17%). Zatem w trakcie tych trzech etapów powstaje 55% niezgodnych wyrobów. Fazy wymienione powyżej powinny być poddane bardziej szczegółowej kontroli, a pracownicy biorący udział w ich realizacji muszą być dokładnie przeszkoleni. 211
4. PODSUMOWANIE Przeprowadzone badania pozwoliły powiązać niezgodności występujące w procesie odlewania z głównymi etapami produkcji. Zidentyfikowano, że za powstanie niezgodności odpowiedzialne są głównie następujące fazy wytwarzania odlewów: przygotowanie materiałów, wykonanie form, proces odlewania i oczyszczania odlewów. Na podstawie badań sformułowano wniosek, że na ilość niezgodności w pro cesie produkcyjnym wpływa głównie postępowanie pracowników związane z niedbałością, nieprzestrzeganiem zaleceń procesu technologicznego, procedur itp. Jakość da się więc znacząco podnieść poprzez podnoszenie kwalifikacji pracowników, wprowadzenie korekt w procesie produkcyjnym oraz usprawnienie etapu wykonania form odlewniczych, wybijania odlewów i ich oczyszczania. LITERATURA: [1] Draft International Standard ISO 9001:2000 Systemy zarządzania jakością Podstawowe zasady i słownictwo, International Organizations for Standarization, 1999. [2] Szanda M.: Planowanie monitorowania i pomiarów na przykładzie procesu odle w- niczego w aspekcie pozyskiwania danych do analiz wymaganych normą ISO 9001:2000, Konferencja Naukowo-Techniczna Quality-2000, 8-9 października 2001 Częstochowa-Kokotek, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2001. [3] Braszczyński J.: Teoria procesów odlewniczych, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1989. [4] Dzwonnik I.: Wpływ jakości masy i technik formowania na jakość odlewów, Politechnika Zielonogórska, Materiały konferencji strona internetowa www.technical.com.pl. [5] Leist R. (red): Praktyczne zarządzanie jakością, metody i narzędzia stosowane do planowania i utrzymywania systemów jakości w przedsiębiorstwach, wg norm serii ISO 9000, Wydawnictwo Informacji Zawodowej ALFA-WEKA Sp. z o.o., Warszawa 1997. STAGES OF QUALITY FORMATION OF GRAY CAST IRON CASTINGS SUMMARY In work it was presented analysis of each stages of casting process from the moment of batch preparation to the obtainment of finished product. The investigative o b- ject was the foundry in which are producing parts of machines for heavy industry. In analysis procedure it ascertained, that high quality of finished product decide mostly the stages of production connected with batch preparation, execution of moulds and dres s- ing casting process. Recenzował: prof. dr hab. inż. Adam Gierek 212