Организация контроля качества отливок в литейном производстве

На большинстве литейных предприятий контроль качества выпускаемых отливок осуществляет отдел технического контроля (ОТК). Работа контролеров ОТК, как правило, специализирована и каждое подразделение отдела выполняет строго определенные функции, к которым относятся:

• контроль качества изготовления и эксплуатационного состояния технологической оснастки и модельных комплектов;
• входной контроль качества основных и вспомогательных материалов;
• выборочный пооперационный контроль исполнения технологического процесса;
• контроль качества готовых отливок.

За исключением контроля качества готовых отливок, перечисленные выше функции ОТК, строго не регламентированы и определяются внутренней структурой производства, различными инструкциями и положениями.

Основанием для контроля качества готовых отливок служат ГОСТы, действующие  технические условия, чертежи на отливку со специальными конструктивными  и технологическими требованиями к  ней. Действенность контроля во многом зависит от взаимосвязи работы контролера, принимающего отливки, со всеми звеньями службы ОТК, от получения контролером  своевременной и конкретной информации об отливке. Контролер, принимающий  продукцию, должен уметь предъявить исполнителю не только общие, но и  вполне конкретные требования. Лишь при  этом условии можно предупредить выпуск недоброкачественной продукции, полнее учесть требования технических  условий, оперативно повлиять на ход  производства.

Окончательный контроль продукции  выполняет контролер-приемщик. Однако некоторые функции этого контроля возложены на другие подразделения  ОТК и лаборатории. Но вся информация о требованиях к отливке поступает  к контролеру-приемщику.

В таблице 1 определены основные виды контроля отливок и их периодичность.

Таблица 1

Одной из основных и наиболее ответственных  работ, выполняемых ОТК, является контроль размерной точности, т.е. разметка. Помимо контрольно-измерительного инструмента, контролер-разметчик широко использует шаблоны и щитки. В настоящее время на предприятиях с высокой технологической оснащенностью используются 3-Д сканеры и контрольно-измерительные центры. В ряде случаев для проверки геометрических размеров внутренних камер отливки, измерения толщины стенок в труднодоступных местах или для проверки шероховатости внутренних поверхностей и отсутствия изъянов отливку разрезают. Этот способ контроля применяют выборочно, в основном в серийном производстве мелких и средних отливок, используют при запуске в производство модельных комплектов, а также для проверки точности исполнения отдельных элементов отливки и в других случаях. Периодичность разметки зависит от массы, размера партии, способа изготовления отливок и материала модельного комплекта. При периодичной разметке выявляют износ и неисправность модельных комплектов, определяют состояние опочно-плитовой оснастки.

Размерная точность отливки  определяется не только состоянием технологической  оснастки и особенностями технологического процесса, но и наличием литейных дефектов, влияющих на геометрические размеры  отливки. Помимо соответствия требованиям чертежа, наличие тех или иных литейных дефектов определяют механические свойства отливок, их гидропрочность и т.д.. Правильная идентификация дефектов обеспечивает установление истинных причин их возникновения, помогает правильно выбрать необходимые методы контроля для надежного выявления дефектов и разработать эффективные мероприятия по их устранению.

По ГОСТ 15467-79 дефектом называют каждое отдельное несоответствие

продукции установленным  требованиям. Изделие, имеющее хотя бы один дефект, называют дефектным. Это  означает, что как минимум один из показателей качества отливки  превысил предельно допустимое значение.

В зависимости от степени  пораженности дефектами все отливки подразделяют на четыре группы:

• годные, полностью отвечающие всем установленным требованиям технической документации и стандартов;
• условно годные, имеющие небольшие отклонения от установленных требований (малозначительные дефекты), не оказывающие существенного влияния на эксплуатационные показатели отливки или изделия в целом; отливки допускаются к дальнейшей обработке и используются по своему назначению с разрешения главных специалистов промышленных предприятий после тщательной оценки дефектов;
• исправимый брак - отливки, имеющие один или несколько устранимых дефектов, после исправления которых они могут быть допущены к дальнейшей обработке и использованию по назначению;
• неисправимый или окончательный брак - отливки, имеющие такие дефекты, исправление которых технически невозможно или экономически нецелесообразно, либо качество исправления которых невозможно проконтролировать. Забракованию подлежат отливки, имеющие хотя бы один неустранимый дефект.

Устранимость или неустранимость дефекта определяют применительно к конкретным условиям производства и ремонта. Дефекты подразделяются по разным признакам. Например, в зависимости от предрасположенности дефектов к обнаружению они могут быть явными и скрытыми. Явным является дефект, обнаруживаемый при внешнем осмотре (визуальном контроле), или дефект, для выявления которого в нормативной документации предусмотрены соответствующие инструментальные средства и методики. Несмотря на невозможность визуального обнаружения, такой дефект является явным, так как при использовании предписанной методики дефектоскопии он будет безусловно обнаружен. Скрытый дефект - это дефект, не обнаруживаемый при указанных выше условиях и не выявляемый предусмотренной для контроля аппаратурой. Скрытые дефекты иногда выявляются в процессе механической обработки отливок или в процессе эксплуатации изделий, а также при дополнительном дефектоскопическом контроле не предусмотренными в технологических картах методами и средствами. Наиболее нежелательно и опасно, когда скрытый дефект проявляется в процессе эксплуатации изделия, что может вызвать аварийную ситуацию.

Согласно ГОСТ 19200 – 80 дефекты отливок  из чугуна и стали подразделяют на пять основных групп (50разновидностей).

Первая группа дефектов – несоответствие по геометрии, определяет размерную точность отливок и включает в себя четырнадцать видов:

• Недолив - дефект в виде неполного образования отливки вследствие незаполнения полости формы металлом. Одной из основных причин недолива является недостаточное количество жидкого металла.
• Незалив - несоответствие конфигурации отливки чертежу вследствие износа модельной оснастки или дефектов формы. Причиной незалива может быть также нарушение технологических режимов заливки.
• Неслитина - сквозная щель или отверстие в стенке отливки, образовавшееся вследствие неслияния встречных потоков металла. Неслитина характерна для сплавов с широким интервалом кристаллизации и наблюдается обычно в тонких стенках отливок. Эти дефекты легко обнаруживаются при визуальном осмотре отливок. Основные причины неслитин: низкая температура заливаемого металла, низкая скорость заполнения формы металлом.
• Обжим - местное нарушение конфигурации отливки. Обжим обычно образуется вблизи плоскости разъема в виде прилива или утолщения произвольной формы. Образуется вследствие деформации формы из-за механических воздействий при ее сборке или заливке.
• Подутость - представляет собой местное утолщение отливки, возникшее вследствие расширения недостаточно уплотненной формы заливаемым металлом. Причина: низкая прочность формовочных либо стержневых смесей, слабое уплотнение форм либо стержней, высокое металостатическое давление.
• Перекос - дефект в виде смещения одной части отливки относительно осей или поверхностей другой части по разъему формы/модели вследствие их неточной установки (на ряде предприятий данный дефект называют сдвигом).
• Стержневой перекос - дефект в виде смещения отверстия, полости или части отливки, выполняемой с помощью стержня, вследствие его перекоса. Причины перекосов: дефекты оснастки (коробления, поломки и т.п.); неудовлетворительное состояние опочной оснастки и подмодельных плит (износ центрирующих элементов), некачественная сборка формы.
• Разностенность - увеличение или уменьшение толщины стенок отливки. Разностенность выявляется визуально или с помощью измерительных средств. Причины перекосов и разностенности: дефекты оснастки (коробления, поломки и т.п.); неудовлетворительное состояние опочной оснастки и подмодельных плит (износ центрирующих элементов), некачественная сборка формы. Кроме того, зачастую данные дефекты определяют несоответствие знаковых частей форм знакам стержней.
• Стержневой залив - дефект в виде залитого металлом отверстия или полости в отливке. Возникает из-за непроставленного в литейной форме стержня или его обрушения.
• Коробление - может проявляться в различных формах, наиболее характерным является появление вогнутости или выпуклости на плоских поверхностях отливок. Искажение конфигурации отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении отливки или вследствие деформации  модельной оснастки либо коробления литейных форм.
• Вылом - дефекты в виде нарушений конфигурации отливки при выбивке ее из формы, выбивке стержней, обрубке литников, зачистке отливок или их транспортировании. Причиной выломов может служить неправильный подвод металла к отливке, воздействие больших механических нагрузок на отливку ввиду её конструктивных особенностей и др..
• Зарез - дефект в виде искажения контура отливки при отрезке литников, обрубке и зачистке.
• Прорыв металла и уход металла – дефект в виде неполного образования или искажения формы отливки (прорыв), либо дефект в виде пустоты в теле отливки, ограниченный тонкой коркой затвердевшего металла (уход), образовавшиеся вследствие вытекания металла из формы при заливке либо по истечению некоторого времени. Причиной данных дефектов могут быть слабое крепление формы либо недостаточный вес груза, коробление форм либо их недостаточная прочность.

Вторая группа дефектов отливок  из стали и чугуна – дефекты поверхности, возникающие вследствие сложных физико-химических процессов, проходящих на границе раздела металл – форма. Данная группа включает в себя тринадцать видов дефектов:

• Пригар - специфический трудноотделяемый слой на поверхности отливки, возникший при взаимодействии расплавленного металла с материалом формы. Этот дефект образуется преимущественно на поверхности отливок из сплавов с высокой температурой плавления и при заливке в песчаные формы.
• Окисление - окисленный слой металла на поверхности отливки. Образовывается в результате достаточно длительной и высокотемпературной термической обработки.
• Газовая шероховатость – сферообразные мелкие углубления на поверхности отливки. Образовываются вследствие выделения газовых пузырьков на поверхности раздела металл – форма.
• Спай - дефект в виде углубления с закругленными краями на поверхности отливки. Образуются в месте слияния потоков металла с недостаточной температурой или в результате прерванной заливки.
• Плена - самостоятельный металлический или окисный слой на поверхности отливки, образовавшийся при недостаточно спокойной заливке.
• Складчатость - дефект в виде сморщенной поверхности – незначительных сглаженных возвышений и углублений. Образуется вследствие тепловых деформаций поверхностного слоя формы или затвердевающего металла, а также вследствие пониженной жидкотекучести металла.
• Вскип - дефект в виде скопления раковин и наростов. Подобные дефекты могут не только располагаться в теле отливки, но и выходить на поверхность. Образуются вследствие интенсивного парообразования в местах переувлажнения формы или стержня, а также вследствие переуплотнения формы.
• Ужимина - углубление с пологими краями, заполненное формовочной смесью и прикрытое слоем металла. Образовывается вследствие окисления формовочной смеси при тепловом расширении поверхностного слоя формы.
• Нарост - выступ произвольной формы на поверхности отливки. Образовывается при заполнении металлом разрушенного участка формы.
• Засор - внедрившиеся в поверхность металла комочки материала формы.
• Залив - тонкие металлические приливы. Основной причиной является проникновение металла в зазоры по разъему формы и знакам стержней.
• Просечка – невысокие, часто плоские прожилки металла. Возникают при затекании расплава в трещины формы.
• Грубая поверхность – сферообразные углубления на поверхности отливки, схожие с газовой шероховатостью, но по своим параметрам превышающая допустимые нормы. Образовываются вследствие выделения газовых пузырьков на поверхности раздела металл – форма.

Третья группа дефектов – несплошности в теле отливки. Это внутренние дефекты различного вида и происхождения, наиболее многочисленны и наиболее опасны из-за последствий, возникающих при эксплуатации отливок.

• Горячая трещина - дефект в виде разрыва или надрыва тела отливки по границам кристаллов, поэтому она имеет извилистую или ломаную форму и неровную окисленную поверхность. Горячие трещины образуются вследствие затрудненной усадки в интервале температур затвердевания сплавов и располагаются чаще всего во внутренних углах сходящихся стенок или других подобных узлах отливки.
• Холодная трещина – дефект в виде разрыва тела затвердевшей отливки, отличается сравнительно гладкой светлой поверхностью и, как правило, имеет прямолинейную форму. Дефект образуется в твердом металле в местах наибольшего воздействия внутренних напряжений, т.е. в зонах перехода от толстых сечений к тонким.
• Межкристаллическая трещина - дефект в виде разрыва тела отливки. Возникает при охлаждении отливки в форме на границах первичных зерен аустенита в температурном интервале распада.
• Усадочная раковина – дефект в виде открытой или закрытой полости, образующейся в тепловых узлах отливки. Поверхность такой раковины обычно грубая, иногда окисленная. Причиной является затрудненное питание отливки.
• Усадочная пористость представляет собой скопление мелких пор в тепловых узлах. Усадочная пористость образуется из-за недостаточного питания отливки при усадке металла во время его затвердевания.
• Рыхлота – дефект в виде скопления мелких (микроскопических) усадочных раковин.
• Утяжина – дефект в виде углубления с закругленными краями на поверхности. Причиной является недостаток питания отливки, образуются обычно в массивных частях отливки вследствие усадки металла.
• Газовая раковина - дефект в виде открытой или закрытой полости, но в отличие от усадочной имеющий сферическую форму и гладкую чистую поверхность. Образуется газами, попавшими в отливку при взаимодействии жидкого металла с материалом формы или выделившимися из металла при его затвердевании.
• Газовая пористость – дефект в виде мелких пор. Образуется в результате выделения газа из металла при его затвердевании.
• Ситовидная раковина (ситовидная пористость) - скопление удлиненных тонких раковин, расположенных в подповерхностном слое отливки и ориентированных перпендикулярно к ее поверхности. Обычно их появление вызвано повышенным содержанием водорода в кристаллизующемся слое металла.
• В чугунных отливках может образовываться графитовая пористость в виде сосредоточенных крупных выделений графита, которые нарушают герметичность отливки при работе под давлением газа или жидкости.
• Песчаная раковина - полость, частично или полностью заполненная формовочным материалом.
• Шлаковая раковина – полость, частично или полностью заполненная шлаком.
• Поверхностное повреждение – случайные повреждения поверхности во время выбивки отливок или транспортирования. При этом образуются различные дефекты в виде забоин, вмятин и т. п.
• Залитый шлак – дефект в виде частичного заполнения литейной формы шлаком.
• Непровар жеребеек – дефект в виде несплошности соединения металла отливки с поверхностью жеребеек (холодильников). Образуется вследствии загрязнения жеребеек, несоответствии их масс, понижении температуры заливаемого металла.