SPC统计过程控制在铸造过程质量管理中的应用.pdf

铸造过程由于生产工序多 、 过程参数复杂 ， 且大部分产 F结构复杂 ， 铸件在铸造过程中容易出现缩  松 、 夹渣 、 夹砂等铸造缺陷 ， 通过常规的统计方法很难找到问题的根源 ， 同时对于铸造过程中相关参数对于缺陷  的影响无法准确判断 。 本文介绍了如何识别现代铸造关键过程中的关键参数并利用 SPC统计过程控制的原理 、  控制图对相关参数进行监控及统计分析 。 使得现代铸造企业将 SPC有效•结合到质量管理中 ， 将质量控制由事  后控制变为事前控制 ， 对相关过程中出现的异常趋势及变异点进行预警,提高产 F质量 ， 降低成本 。关键字: 铸造过程 ； 关键参数; SPC;老中图分类号: TG248 文献标识码: A 文章编号 ： 1674-6694( 2020  )03-0053-05Application of SPC Statistical Process Control in Casting Process Quality ManagementTIAN Xue-sen(Kocel Machinery Co. ,Ltd. ,Yinchuan Ninaxia 750021 % China)Abstract: The casting process has many production procedures and complicated process parameters.Due to the complex structure, most of the products are prone to shrinkage, slag inclusion, sand inclusion and other casting defects, so it is difficult to find out the root of the problem through conventional statistical methods. Meanwhile, the influence of relevant parameters in the casting process on defects cannot be accurately judged. This paper introduces how to identify the key parameters in the key process of modern cast iron and uses the principle and control chart of SPC statistical process control to monitor and analyze the relevant parameters. The effective application of SPC in quality management by modern foundry enterprises can change the quality control in advance, and provide early warning for abnormal trends and variation points in relevant processes, so as to improve product quality and reduce cost.Key words: casting process,critical parameter,SPC,control chart铸造是制造业的重要组成部分 ,也是先进制造  技术的重要内容 。 随着工业技术的进步 ， 铸造技术  也在迅速发展 ,但由于铸造过程的复杂性 ， 当前铸  造企业面临高成本 、 低效率 、 低效益等诸多问题 ， 同  时顾客对于铸件质量要求却越来越高 ,铸件必须满  足其力学 ， 物理性能以及不同的强度 、 硬度和韧性  相配合的综合性能 。 铸造过程的质量管理是铸造企  业面临的重点难题之一 。 伴随当前的， 质量是企业  顾客  和的  在 。 铸造行业将逐步走向数据 、 数字 、  和能时 ,过 SPC 过程制的, 的与当前数据 ， 数字和能的  ，相  合 ， 铸造企业  的发  制造过程  的相  问题,  低  、  制质量成本,收稿日期: 2020-03-24作者简介 ： 田学森 （1989-） ,男 ， 宁夏回族自治区银川市人 ， 主要从  事铸造质量管理方面工作 。效的提升产品质量 。1 SPC的发展与目的SPC 是  Statistic Process Control 的英文缩写 ， 即  过程  制,是  于  高成  率和质量的一重要工具 °SPC 数理  的  ，过程和在  的  ，制造过程的能力和性能  ， 进其进 。 畫  早在 1920 年美国 W.A.Shewhart博士首创过程控制  理以及  过程的工  制 ， 其单 ， 效  ， 成  质管理不  的要工 。 其  SPC迅速  发展 ， 1950 年质量管理  在  本工业  过程  面推行了  SPC；1970 在本效  行 “QC 和技术 ； 1980  等其  随  本的步 ， 开始行 “QC小组 ” 和  技术的  同时MOTOROLA公司颁布 “ QC挑战 ” ， 通过 SPC的实施  -53  -Jun.2020 !3 错“设备与工艺 2020 年第 3 期改进过程能力'并提出追求 “6“” 目标 。 19%7 年  IS09000标准建立并颁布实施 ， 明确要求实施统计  技术 。运用 SPC可以消除引起过程变差的特殊原因 , 使过程达到统计受控状态 ， 同时改进过程控制能  力 ， 使过程满足工艺设计要求 ,最后实现对过程监  控维持统计受控状态 。 SPC的使用对于铸造企业的  生产过程可以有效进行分析评价 ， 根据反馈的数据  信息及时发现  过程的数  ，施消除其影响 ， 使得铸造过程数波  的影响维持在仅受随  性因素影响的受控状态,  达到控制产  的目的 。2 控制图的基本准则2.1休哈特准则 ”在 SPC统计过程控制 ， 控制  有效的工。 控制的  准  用  特准 ” 。 | 于过程  有统计  性,在  过程  在  通原因特殊原因 。 过程岀的差  在  原因时 ， 过程  统计受控的,其分布  可  的 ，  其过程于 “ 统计受控状态 ” 。 过程的岀特殊原  因在时 ， 过程于  状态 ， 其出的分布  不可  的 。  过程受控时 ， 根据，  特性  态分布 。 态分布的特征数数  在  ，数  ， 在  态分布 ±3!  99.73% 的， 出  3! 发生的  0.27%.SPC 用过程  的统计  性对过程进行分  析控制 。2.2铸造过程参数的样本控制铸造过程  数的控制  控制  的准则要求 。 企业据  产的差  ，  设其对的  控制  ，1 i铸件在生产过程的  数的在控制  ， 数  于 ±3!的  ， 确生产过程可控 。3 控制图的选择数据  可以分  计  数据  计数  数据 。 铸在  生产过程  及到的  砂强度 、 化学成分 、 抗拉强度 、 铸尺寸 、 重等都属于  计  数据 ， 似数据  见的用  态分布 ， 指数分  布以及匀分布等 。 计数型数据在铸检验过  程检验一批产共 100  ， 其有 5  格的数据  ， 表现二分布泊松分布 。 企业  根据生产需求设计控制  ， 对于  数据控制  图的判断准分区考 2 ,并根据  系可进行数据分析 ， 当控制  的数据岀现  列情况  一时 ， 说明在制造过程  在特殊原因 ， 需立即采施予以消除  确过程于控制状态 。1 ）  1 点落在控制  夕卜 ；2 ） 连续 9 点落在  线同一侧 ；3 ）  连续 6 点递增递减 ；4 ）  连续 14 点邻点  交替 ；5 ）  连续 3 点中有 2 点落在  线同一侧的 B 区之外 ；6 ）  连续  5  点  有  4  点落在  线同  侧的  C 区  外 ；7 ）  连续 15 点落在 C区  ；8 琏续 8 点落在中心线两侧 ， 但无 1 点在 C区  之内 。------------------------------------------------------------------UCLZoneAZoneB• ZoneC ———...................................     中心线ZoneCZoneB互 e2______________________________________  LCL图 2 控制图判断准则分区示意图在进行控制  对过程进行控制时 ， 有效  的使用  确的控制  ， 可根据数据  的  同 ， 对用控制  可分  计  控制  计数  控制  两 ， 表 1 两控制  对应的控制名称及其特点  适用条 14 铸造过程关键控制点和关键控制参数的确定4.1铸造过程关键控制 5 和控制参数的确定控制点  产  设计 、 制造 、 检验生产过程对影响产最终  的重要  节点要°在铸造过程中 ， 铸产设计 、 铸造工艺设计 、  产品开发以及  策划过程中 ， 有效控制铸件最-54  -2020 年第 3 期 田学森: SPC统计过程控制在铸造过程质量管理中的应用 !“设备与工艺表 1 常用控制图分类类别 名称 符号 特点 适用条件计量值  控制图均值-极差  控制图Xbar—R最常用 ， 判断工序  是否正常的效果好用于产品  量大  生产正常 ， 稳定的工  序 ， 子组容量 N!5均值-标准  控制图Xbar—S常用 ， 判断工序是  否正常的效果最好用于产品  量大  生产正常 ， 稳定的工  序 ， 子组容量 N“9中位数-极  控制图 X-R计算简便 ， 但效果  簸差用于产品  量大  生产正常 ， 稳定的工  序单值-移动  控制图 I—MR简便省事 。 缺点是  不易发现工序分布  中心的变化因各种原因 （ 时间或  费用 ） 每次只能得到  一个数据 ， 单件的数  据计数值  控制图不合格品数  控制图 np常用 ， 计  ，作业人员易于掌  握,样本含量较大样本含量相等不合格品率  控制图 P样本取样量大 ， 且  计  量大 ，  控制  线凹凸不平样本含量可以不等缺陷数  控制图 c常用 ， 计  ，业于握,要求样本量大量相位  陷数  控制图 u计  量大 ，  控制  线凹凸不平 量可以终质量 ， 可以识别岀铸件产品的关键控制点并设定  其对应的关键控制参数,并将相关参数定义为 CTQ （ Critical To Quality） 用于最终的 SPC统计过程分析  和控制 。 关键控制点的识别和关键参数的设定可以  遵循图 3 所示步骤进行确定 。图 3 铸件关键控制点及控制参数确定步骤简图4.2铸造过程关键控制 ） 与其对应的可能的控制  参数通常情况下 ,铸造企业能够识别岀过程中的关  键控制点及关键参数 ,对相关数据进行测量 ,但绝  大部分企业仍然停留在数据测量过程中 ， 而未对相  关测量的数据进行进一步的分析以找岀其中的变  异点 ， 从而可以事前预防风险的发生 。 根据  识  别步骤 ， 铸造过程的  点控制点和控制参数2 , 铸造过程的  对于产品最终内在和质量  大的用 ， 而其关键控制点在于加料  顺序是否正确 、 是否要进行 、  参数是否确设定 ， 对产品最终质量产生影， 对  关键控制点设定  、、 可  以及料  和加入量参数 ， 从而通过控参数  过程质量 。表 2 铸造过程的可能控制点及控制参数工序 可能控制点 可能的控制参数混砂 加料顺序 ， 配比 ， 混砂  工艺参数 树月旨 /固化剂加入量 ， 型砂温度 ，  型砂  度， 可  间等制芯 ， 造型铸造工艺参数 ， 硬化  过程参数 ， 表面硬度,  涂料类型等， 型砂表面硬度 ， 硬化  间 ， 涂料  度 ，  表面清洁度等合箱定位进度 ， 型芯间隙,  辅助材料的准确度 ，  型腔清洁度配合间隙 ， 关键尺寸 ， 冷铁 、 冒口  数量位  等配料熔炼原材料入厂检验 ， 配  比参数 ， 加料顺序 ， 设  备稳定性 ， 成分控制原材料的  质量 ， 化学成分  熔化温度 ， 用  量 ， 铸  成分 ，温度等炉前处理球化剂 ， 孕育剂 ， 增碳  剂质量及加入量 ， 处  理方式和温度加入量 ， 孕育  间 ， 孕育温度 ，  检等浇注 孕育  浇注过程 浇注温度 ， 浇注  间 ， 炉  化学成  分热处理 确定铸  的  ， 性能， 应力大小等量 ，  位  ， 温  ，温温度及  间 ， 温  ，温度 ， 炉温  性 ， 统  度等焊补 铸  过程节点热温度 ，  用 ，  /，  温度 ，  顺序 ， 检验要求检验 铸件最终结果是否满  足规范标准，  温度 ，  结果 ，  度 ，  度 ，度 ， 硬度 ，  ，  性能 ， 铸，  ， 量等涂装 铸涂 过程， 配比参数 ， 铸  点温度 ，  温度 / 度 ， 表面清洁度 ，  度 ，  等5  SPC统计过程控制应用案例5.1利用 SPC控制图监控铸造过程关键参数所 ， 铸造过程中于其  ， 对其过程质量进行  的监测和测量 。 ， 对于产  品铸造过程的质量  控通过  用设  控制点及控  制参数的  ， 通常对于铸件生产的  过程计量  数据  可以  用控制图 ，  ，  ，可  可以用控制图图 4 控情况 ， 并  据  的  定  ，部在控制下  以  ，  数据-55  -Jun.2020 !3 铸“#备与工艺 2020 年第 3 期-840^2^40-6406665544433Sample Mean 2.04195StDev(Overall) 0.0932StDev(Within) 0.0616938LSL Target USLProcess DataLSL 1.91.84 1.92 2.00 2.08 2.16 2.24performanceobserved Expected Overall Expected Within PPM<LSL 6818.18 63864.63 10697.18PPM#USL 68181.82 44965.01 5207.00PPM Total 75000.00 108829.64 15904.18OverallWithinOverall CapabilityPp 0.54PPL 0.51PPU 0.57Ppk 0.51Cpm 0.30Potential (Within)Capability CpCPLCPUCpN0.810.770.850.77图 4混砂机型砂强度控制图 图 5 某产品 Si元素过程能力分析报告201902 2019030.450.400.350.30201707  201709  201710  201711  201812  201901I IUCL=0.4181X=0.3813LCL=0.3445—520160 2661 213107201707 201709 201710 2019010.24201711  20181254201902 201903UCL=0.06040.06R=0.02860.00 LCL=0*201806  2018071 54 107 160 213 266  319 372 425 478 531a) Cr兀素201808  201809  201810  201811  201812  201901 201902  201903201706  201710  20171120180420180554 160 266 4251 213 319 372 478 531107UCL=2.0373X=1.9732LCL=0201809  201810201811201812  201901 201902 201900.4­0.3 -0.2 -0.1 -0.0-201706 201710 201711 201804201805 201806 201807 2018081 54 107 160  213  266 319 372  425  478 531UCL=0.2007R=0.880LCL=0b) Si兀素-56 -2020 年第 3 期 田学森: SPC统计过程控制在铸造过程质量管理中的应用 !造设备与工艺UCL<0.9589201808201711X<0.9034LCL<0.84820.4201706 201708 201709 20171053 661 14 27 40簷 0.2UCL<0.1736R<0.0761LCL<079 92 105 118 131c) Cu兀素图 6某产品主要元素 Xbar-R分析结果型砂强度全部合格 ， 当使用控制图时发现该混砂机  型砂强度连续多点在中心线以下 ， 且多个数据点靠  近控制下限 ， 其型砂强度控制呈现异常趋势和潜在  不合风险 ， 因此需要快速反应对该混砂机相关参数  设定 、 液料配比和加入量进行进一步分析 ， 找出异  常原因并采取应对措施 。5.2利用 SPC控制图对产品质量问题进行系统分  析可以有效运用 SPC对产品质量问题进行  ：分析 ， 找出  定  原因 ， 有效  :v如有一企业生产的某件产品在客处  加  发现  ， 用常的  分析 ，对数据进行趋势  ， 当数据  格上下限时 ， 不  全出其  参数的  异常趋势 ，  定  原因和措施  在利用 SPC控制分析时 ，  对铸件缺陷的生产进行定 ， 产品  产生一时  的  关参数如  强度 、 度 、 分 、 注温  度 ） ， 并  有数据  的生产  ， 以生产时  分  用 Mi如图 6:  Cu 在控制  出现了因此 ， 通过分析产品出现  的  要原因  Si、 Cr、 Cu , 对 Si含量 、Cu 量以  Cr量的  控制 ， 201902控制  定 ， 对产品进行生产  ， 并客力口  反 ， 问题以  ，时 ，  进 ， 连续生产超过 2000 件未出现倾向性的缺陷6 铸造企业在利用 SPC中常见的问题1 ）  没有一定数量的 6Sigama黑带和绿带支  企  业具备有效的推进和应用 SPC 相关数据分析没有好地利用和发挥 6Sigama黑带和绿带的  作用  时 ， 有效识别关键控制点  控制参数 , 没有相关的序制度支持推行 SPC.2 ）  使用  中由测量  不定 ， 数据存在问题分析方法不正 ， 导致分析结果与实际不一  致 。 在使用 SPC控制图时 ，  不稳定直接进行控制 ， 失去控制状态的意3 ）  对  格线和控制线概念混淆 。 当产品设计3下转第 64 页 ）・57 ・Jun.2020 !3 铸造#备与工艺 2020 年第 3 期图 4 晋公盘 （ 局部 ）高的价值 。5 成功追回介绍 ， 件文物的回归颇费周折 。 2019 年 1  月 26 日 ， S西省公安厅对外公布 ， 山西警方多  追  缉 ， 于从境外某国  功追回几年  被盗墓犯罪集  团盗掘贩卖的 “ 晋公盘 ” S西省公安厅有  面  介绍 ， 在 2018 年开展的山西全省严厉打击文物犯  罪动 ， 山西省公安厅 “6 ・03 专案 ” 组获得报 。  情报称 ， 几年前 ， 曾有盗墓犯罪集团盗  盘， 国  文物 。 公安机  判 ， 极  有能是早已被盗  的  晋国 “ 晋公盘 ” ，公安机  即循线追缉 。 2019 年 4 月 9 日 ， 山西省公安厅将被盗文物 “ 晋公盘 ” 移交给  文物门 。移交是  人民和国文物于  没收 、 追文物的移交  ， 经 S西省人民准理的回 。6 结语件文物的回归 ， 的确是值得  的  是中国  文明的  ， 也是  的  物  是目， 能  确定  ，  定会为山西的  人文  新的参考文献 ：[1] 百度百科:晋文公 （ 晋国国君 ） [EB/OL].[2019-01-26].https: //baike.baidu.com/item/% E6N 99%  8BN E6N 96%  87%  E5% 85%  AC/132643?fr=aladdin.[2] 搜狐:震撼海外追回晋公盘 ！ [EB/OL].[2019-01-26]. https://www.sohu.eom/a/291 669268_526303 .[3 .闻喜上郭出土的著名青铜器西周 《 刖人守囿铜挽车 》[J].铸造设备与工艺 ,2019（3） :58-59.（ 上接第 57 页 ）出来后 ， 规格线已经确定 ， 也就是产品的接收标准  已经确定 ， 对于铸件来讲 ， 通常规格线是由顾客在  图纸和规范标准设计时确定的;而控制线是在铸造  过程设计时设定的过程偏差 。 在使用控制图时 ， 控  制图上的单值的变动只能判断过程是否稳定受控 ，  与产品的规格线没有任何的联系 ， 只决定于生产过  程的实际偏差 。4 ） 对于 SPC统计过程控制的应用浮于表面 ， 短  时间内没有发现其产生的价值而放弃推  没有有用控制图来  过程变 ， 通常在铸件生产过程  只  控制图 ， 而没有有  用控制图的判定准 ， 对过程  的变  有  析 ， 并采取措施时  。7 结语质  的  ， 应用 SPC已经生  的  统  铸件  的质  的  ，  只能  判，  统制造  的铸造  在能的质发， 而通过  的 SPC统计过程控制  件 ， 与  能发  来的的  ， 能  对  过程控 ， 并  系统  与 ， 并  用  对系统  析 ， 的发  的统计  的  用 ， 而  铸造过程  格品的  现 ，铸造  的制造  ，参考文献 ：[1  ]彭凡 ， 原晓雷 .现代铸铁技术 [M ].北京:机械工业出版社 ， 201 8.[2] 马逢时 .六西格玛管理统计  南 -Minitab使用指导 [M].北京 ：国人民  版社 ， 2018.5.[3] 邹卫 .统计过程控制在铸造中的应用 [J].铸造, 2009 （ 6 ） ：  100-102.[4] 贾新章 .统计过程控制理论与实践 [M].北京 ： 电子工业出版社 ，2017.• 64  •