книги из ГПНТБ / Ефимычев Ю.И. Экономические проблемы повышения качества, надежности и долговечности литых деталей

по результатам дорожных, полигонных и стендовых испытаний; б) о трудоемкости, материальных затратах, текущих и капи­

тальных ремонтах и восстановлении литых деталей; в) о потребности в запасных частях по различным литым де­

талям с целью установления их дефицитности.

Показатели производственного качества (механические свой­ ства, твердость и т. д.) отливок находятся в корреляционной связи с показателями потребительского качества (ресурс до пер­ вого капитального ремонта, частота отказов, гарантийный срок службы и т. д.). Характер корреляционной связи между произ­ водственными и потребительскими показателями качества про­ дукции объясняется тем, что размер удовлетворения потребно­ стей в данной продукции, выявляющийся при конкретном ее использовании, зависит как от изменения свойств производствен­ ного качества, так н от изменения конкретных условий потребле­ ния. Поэтому задача состоит в том, чтобы выявить корреляцион­ ные связи между потребительским и производственным качест­ вом в первую очередь лимитирующих литых деталей, так как к практическому управлению качеством отливок можно присту­ пить, зная меру взаимного соответствия их производственных и потребительских свойств.

Для лимитирующих деталей определяются связи надежности с характеристиками производственного качества.

На основе проведения статистических исследований с исполь­ зованием ЭВМ можно установить зависимость срока службы (гарантийной наработки) литых деталей от их физико-механи­ ческих свойств.

На втором этапе устанавливаются оптимальные параметры технологических процессов с помощью методов корреляции или теоретических закономерностей. Например, составление вариан­ тов технологических процессов предлагается производить с уче­ том формул, связывающих себестоимость отливки и ряд влияю­ щих на нее факторов, находящихся в корреляционной связи с себестоимостью, хотя, по нашему мнению, более обоснованны­ ми в этих случаях являются регрессионные зависимости1.

Одним из основных вопросов получения необходимых потре­ бительских свойств отливки является разработка математических моделей технологических процессов в литейном производстве.

Для построения математических моделей технологических процессов могут быть использованы теоретические и статистиче­ ские (экспериментальные) методы.

Теоретические методы основаны на точном знании функцио­ нальных зависимостей, отражающих физико-химические, меха­ нические и другие закономерности литейных процессов. Но так

1 Ефимычев Ю. И., Иванов В. В., Прохоров И. И. Регрессионный анализ себестоимости точнолитых деталей с помощью ЭВМ.— «Экономика судострои­ тельной промышленности», 1971, № 4.

£0

как эти процессы очень сложны и взаимообусловлены, установ­ ление теоретических закономерностей в большинстве случаевзатруднительно. Поэтому математическая модель литейных про­ цессов может быть установлена с помощью статистических дан­ ных в виде уравнений парной или множественной линейной и не­ линейной регрессии, дисперсий, математических ожиданий и т. д.

В разработке математических моделей литейных технологи­ ческих процессов необходимо, как уже отмечалось, исходить из соотношения производственных и потребительских показателей качества отливок как основы этой разработки. На основании дан­ ных регрессионного (корреляционного) анализа технологиче­ ских процессов сталей и других литейных сплавов и их физико­ механических свойств с помощью методов линейного программи­ рования производится оптимизация заданной целевой функции. Ее выбор обусловлен условиями эксплуатации и требованиями экономичности литых деталей в машинах, приборах или обору­ довании. Эти идеи реализованы нами при разработке новых эко­ номичных литейных сплавов и улучшении качества литых конст­ рукций ответственных изделий из низколегированных сталей.

Борьба с браком в литейном производстве является традици­ онно острой проблемой, в первую очередь для отливок из черных металлов. Даже в массовом производстве литых деталей из чу­ гуна и стали, где имеется возможность тщательно отработать технологический процесс, уровень брака в 7—10% от предъявлен­ ного на контроль — обычное явление, а с учетом исправимых пороков — 20—25%'. Кроме того, значительное количество отли­ вок отсеивается в брак после их механической обработки.

Операции по исправлению дефектов отливок являются техно­ логически необходимыми, так как они ведут к восстановлению потребительских свойств литых изделий, но, по нашему мнению, нельзя их считать неизбежными для применяемой технологии-

итем более отдельно предусматривать и относить к определен-1

1Заметим, что термины «окончательный» и «исправимый» брак, широкораспространенные в литературе и практике, нуждаются в уточнении. Нам пред­ ставляется, что более обоснованно употреблять термин «брак» вместо «окон­ чательный брак» и вместо «исправимый брак» — «исправимые дефекты» (поро­

ки) отливок, а соответствующие показатели: уровень брака и уровень испра­ вимых дефектов. Здесь можно согласиться с мнением С. Я- Герштеикерна («Литейное производство», 1967, № 1), что термин «исправимый» принципиаль­ но искажает само понятие «брак».

61

'ной части отливок1. Во-первых, доля отливок с дефектами, как показывает анализ уровня и динамики брака автомобильных 'отливок12, имеет значительные колебания (2 — 10 раз), и, во-вто­ рых, совершенствование литейной технологии, ее строгое соблю­ дение и т. п. приводят к минимизации уровня дефектности литья.

Снижение брака чугунного и стального литья — это важный -резерв в повышении экономичности литых заготовок. Эффектив­ ность снижения брака, а вернее уровня дефектности отливок, проявляется в экономии черных металлов и соответствующих капиталовложений в черную металлургию, трудовых и матери­ альных затрат в литейных и механообрабатывающих цехах, ■в повышении надежности машин и оборудования и т. п. Как пока­ зывает анализ, убытки от брака по вине литейного производства ■на машиностроительных предприятиях составляют в зависимости ют объема производства отливок и других факторов 50—80% от -общезаводских, хотя эти цифры не всегда сопоставимы. Прежде всего на многих предприятиях к ним не относятся расходы на исправление дефектов литья, и главное, нуждается в серьез­ ном совершенствовании сама методика определения убытков от ■брака. Не менее важное значение имеет и обратная задача: экономически обоснованное определение эффективности меро­ приятий, направленных на снижение брака.

Предлагаемая нами методика определения экономического эффекта от снижения брака отливок применяется для практиче­ ских расчетов в литейных цехах судостроительной промышлен­ ности3.

Экономический эффект от снижения брака зависит от содер­ жания технического решения. Если техническое решение позво­ ляет исключить причины возникновения брака, то предприятие •не несет дополнительных издержек по устранению брака, эконо­ мит заработную плату и материалы. Предприятие добивается тем самым снижения себестоимости единицы изделия, так как косвенные затраты распределяются между большим количеством ■изделий4.

В литейном производстве технические мероприятия, как пра­ вило, не приводят к полной ликвидации брака. Кроме того, при

1 С. Я. Герштенкерн считает, что категория дополнительных операции, -квалифицируемых как исправление брака, должна рассматриваться как эле­ мент стандартных операций технологического процесса, относимых к опреде­ ленной части выпуска отливок, и предусматриваться соответственно этой части во всех показателях производства, в том числе в трудовых и материальных затратах («Литейное производство», 1967, № 1).

2 Ройтбурд Л. Н. и Ефимычев Ю. И. Исследование уровня и динамики -брака в литейном производстве.— «Известия высших учебных заведении. Чер­ ная металлургия», 1968, № 5.

3 См.: Прохоров И. И., Романов Л. И., Ефимычев ІО. И. Пути повышения качества и экономичности литья под давлением.—«Экономика судостроитель­ ной промышленности», 1971, № 1.

4 Пилявский Б. Определение экономической эффективности новой техники на промышленном предприятии. М., «Прогресс», 1968.

:82

расчетах допускается, во-первых, определенная неточность, вы­ званная тем, что при большом количестве переменных факторов,, влияющих на образование дефекта отливки, снижение брака мо­ жет быть вызвано не только в результате действия внедряемого мероприятия, и, во-вторых, возникают значительные трудности при определении величины эффекта из-за отсутствия достовер­ ных данных о потерях, связанных с возникновением брака на' различных стадиях технологического процесса изготовления ли­ той детали, включая механическую обработку и сборку узлов- и агрегатов.

Установление экономического эффекта технического решения» облегчает изучение кривой нарастания затрат по каждой литой: детали. Эти кривые могут использоваться при принятии решения о целесообразности организации новых пунктов технического» контроля.

В общем виде годовой экономический эффект Эг мероприятий,, направленных на снижение брака, определяется с учетом нара­ стания экономии в литейном цехе Эл и механическом цехе Эм,. исключая дополнительные затраты, необходимые для их внедре­ ния, Бдз-

Экономический эффект от снижения брака в литейном и меха­ ническом цехах выражается в экономии заработной платы произ­ водственных рабочих (соответственно 5Л и 5М) и цеховых расхо­ дов, начисляемых в процентном отношении к заработной платепроизводственных рабочих по каждому цеху (соответственно Na, и NM), а также учитывается стоимость угара металла при про­ изводстве бракованных отливок Syr.M-

Экономия от сокращения потерь угара металла рассчитыва­ ется следующим образом: сначала определяется вес Ум металлаотливок (деталей), которые должны были бы отойти в брак, еслін бы не было проведено данное техническое мероприятие,

где Р — вес одной отливки (детали), г;

Л— годовая программа, шт.;

Б— общее снижение брака, выявленного в литейном и меха­ нообрабатывающем цехах, % от предъявленного в ли­ тейном цехе;

А— выход годного литья, %,

азатем стоимость этого металла:

где К — угар металла при плавке, %; С — цена за 1 тшихты, руб.

83.

Суммарный экономический эффект технического мероприятия, устраняющего причины возникновения брака, выразится следу­ ющей формулой:

3- = £ + S„ + + S» + Syr. м - Sa.з . (3.6)

Техническое решение может заключаться в организации контроля скрытых дефектов литых деталей на различных стадиях технологического процесса.

Значительный удельный вес раковин во внешнем браке при скрытом их характере повышает вероятность проникновения детален с этим дефектом на изделие, что при определенных усло­ виях может привести к его отказам из-за поломки деталей.

Развитие, совершенствование и удешевление таких методов контроля скрытых дефектов отливок, как ультразвуковая и маг­ нитная дефектоскопия, радиоскопия и другие, позволяют с до­ статочной точностью определять характер, размеры и месторас­ положение дефектов в отливке перед ее механической обработкой в литейном цехе.

Контроль скрытых дефектов в литейном цехе снижает убытки от брака за счет более раннего его выявления, но может привести к дополнительным затратам на устранение дефектов, которые не влияют на служебные характеристики литых деталей.

Отливки, подлежащие исправлению, приходится контролиро­ вать трижды: для выявления дефектов, для оценки качества вы­ рубки под заварку и после заварки (или другого вида исправ­ ления). В отношении этого приводится пример1 — полуторатон­ ный стальной литой корпус задвижки, на который требуются следующие трудозатраты: 1-й контроль — 5 чел-час; вырубка дефектов — 36 чел-час; 2-й контроль — 3 чел-час; заварка — 55 чел-час; снятие напряжений — 4 час нагрев; очистка свароч­ ных швов — 13 чел-час; 3-й контроль (окончательный) — 5 чел-час.

Выявление в литейном цехе скрытых дефектов, не подда­ ющихся исправлению после механической обработки и являю­ щихся признаком окончательного брака, экономически целесооб­ разно в случае, если затраты на контроль всей партии отливок не превышают затрат на механическую обработку отливок до той операции, где выявляются дефекты.

Организация контроля скрытых дефектов, исправимых в ли­ тейном цехе известными способами, без ухудшения обрабаты­ ваемости отливки и качества детали, экономически оправдывает­ ся в зависимости от ряда факторов: объема и стоимости контролируемых отливок, затрат на производство опытных работ по внедрению контроля, стоимости контрольной аппаратуры, процента брака, обнаруженного при контроле, объема испытаний.

1 «British Foundryman», 58, № 04, 121—129, 1965.

84

Экономический эффект от внедрения контроля скрытых дефек­ тов партии отливок с учетом этих факторов мы предлагаем опре­ делять по формуле

Бі и Б2 — процент брака отливок и исправимых дефектов; п — количество испытанных отливок;

Зм— затраты, связанные с механической обработкой од­ ной отливки включительно до операции, где выяв­ ляется брак;

Са — стоимость контрольной аппаратуры, начисляемая на данную партию отливок;

Ск — стоимость контрольной операции одной отливки; 3 0 — затраты на опытные исследовательские работы по

внедрению данного метода контроля, приходящиеся на контролируемую партию отливок;

С — стоимость одной отливки.

Экономическая эффективность метода контроля скрытых де­ фектов возрастает, если удается подвергнуть все или часть от­ бракованных отливок исправлению в литейном цехе.

Трудоемкость исправления дефектов отливок незначительна в сравнении с общей трудоемкостью изготовления отливки, по­ этому экономически целесообразно исправлять любые дефекты при наличии технической возможности даже для отливок неболь­ шого развеса (0,2—5 кг).

Кроме живого труда, при исправлении дефекта отливки эко­ номится овеществленный труд (экономия на угаре металла при переплавке бракованной отливки и вспомогательных материа­ лов). Наибольшие трудности при определении экономического эффекта от исправления дефектных отливок возникают в связи с тем, что косвенные затраты начисляются на большее количество изделий. В этом случае экономический эффект рекомендуется1 увеличить на величину, равную половине косвенных затрат, при­ ходящихся на исправленные изделия.

Обычно трудовые затраты, энергозатраты и т. п. при исправ­ лении дефектов отливок незначительны в сравнении с общими затратами на изготовление отливки. Например, по литейному цеху завода им. М. Воробьева трудоемкость исправления соста­ вила всего от общей трудоемкости в 1967 г.— 3,68%, 1969 г.— 2,72%, 1972 г.— 2,75%. В то лее время выпуск продукции за счет исправления дефектов отливок ежегодно увеличивался допол- ннтелы-ю на 10—1 2 %.

Снижение себестоимости исправления дефектов отливок обес­ печивается поточной организацией исправления на специальных

1 Пилявский Б. Определение экономической эффективности новой техники на промышленном предприятии. М., 1968.

85

участках и применением прогрессивных методов исправления. В этой связи заслуживает внимания передовой опыт некоторых предприятий страны. На головном предприятии объединения «АвтоГАЗ», например, исправление раковин и других дефектов отливок, обнаруженных в литейном цехе, производится посред­ ством газовой заварки и электрозаварки монель-металлом с по­ мощью втулок и ввертышей и металлизации цинком. К прогрес­ сивным видам исправления дефектов литья следует отнести заварку раковин и других дефектов на обрабатываемых плоскос­ тях порошковым электродом. Преимущество этого метода в том, что он не дает отбела на чугунных отливках и свойства чугуна

вместах заварки отливок порошковой проволокой очень близки

ксвойствам основного металла.

Широкое развитие получил на предприятиях автомобильной промышленности другой прогрессивный метод исправления ли­ тейных дефектов — композициями на основе эпоксидной смолы. Этим пользуются некоторые автохозяйства и ремонтные заводы для исправления трещин блоков цилиндров и других дефектов. Расход материала на исправление дефекта незначителен. Так, например, на блоке цилиндров тратится 0,1 кг всех материалов на 1 т отливок с исправимыми дефектами, на мелкое лнтье — 0,2-—0,3 кг. Преимущество этого метода исправления не только в его невысокой стоимости, но и в возможности исправления де­ фектов без коробления отливок, что особенно важно для механи­ чески обработанных отливок.

На Заволжском моторном заводе при почти 100%-ном пора­ жении пороками головки блока цилиндров исправление дефектов; составляет всего 4—5% от общей трудоемкости изготовления отливки. Это обеспечивается за счет пропитки дефектов эпоксид­ ными смолами.

В настоящее время для получения литых заготовок из стал» большое развитие получает способ литья по выплавляемым моде­ лям. Крупные отливки в случае обнаружения дефекта обычно« подвергаются исправлению, более мелкие отсеиваются в брак. В механизированном цехе литья по выплавляемым моделям; Горьковского автозавода изыскан эффективный способ исправ­ ления негерметичиых стальных деталей весом 0,2—0,8 кг путем их пайки медью. На дефектные места отливок усадочного проис­ хождения накладывается от 2 до 5 г отходов меди, затем они устанавливаются на поддоны в методическую электрическую« печь ЦЭП-156 при температуре 1150° С.

Следует отметить, что широко распространенное мнение о том, что качество исправленной детали не отвечает требованиям проч­ ности конструкции, не соответствует действительности. Однако следует стремиться к максимальному сокращению брака. Не­ обходимо совершенствовать и разрабатывать технологические процессы, обеспечивающие значительное снижение уровня де­ фектности отливок.

« 6

Впервую очередь это относится к процессам смесеприготовлеиия и изготовления форм и стержней, с которыми, как отме­ чалось на XXV Всесоюзной научно-технической конференции литейщиков, связано 80% брака в литейных цехах, и к процессам получения качественного металла, которые дают 10% брака.

Вкомплексе мер по снижению брака1и улучшению качества

отливок важное место отводится совершенствованию методов и средств контроля качества литейной продукции. Рассмотрим некоторые аспекты этой проблемы, имеющие, на наш взгляд, важ­ ное практическое значение. Это — создание технических средств контроля шероховатости литой поверхности, применение матема­ тических методов для косвенных методов контроля и, наконец, анализ эффективности и перспектив развития статистических ме­ тодов контроля в литейном производстве.

Одним из путей улучшения качества поверхности отливок является совершенствование методов контроля шероховатости литья. Как мы отмечали выше, из-за отсутствия специального стандарта для оценки микропрофиля литых поверхностей ис­ пользуют ГОСТ 2789—59, но в нем не учтены особенности литых поверхностей. Кроме того, оценка по данному стандарту является трудоемкой операцией, требующей наличия дорогостоящего обо­ рудования. Поэтому в большинстве литейных цехов контроль шероховатости литых поверхностей не производится. При этом неизбежно возникают разногласия между изготовителями и по­ требителями отливок, особенно при кооперированных поставках литейной продукции. Назрела необходимость в изыскании деше­ вого, доступного и достаточно точного метода контроля качества поверхности отливок.

Этим целям, как показывает зарубежная практика, в значи­ тельной мере отвечают эталоны шероховатости литых поверхно­ стей. Создание отечественных эталонов для оценки качества по­ верхностей литых заготовок, полученных различными способами, позволяет предприятиям объективно оценивать результаты своей работы и на этой основе разрабатывать мероприятия по дальней­ шему улучшению качества литых заготовок.

Решение этой сложной задачи осуществляется в несколько этапов.

1 По нашему мнению, комплекс организационных и экономических мер по снижению брака в литейном производстве должен предусматривать следую­ щее: тщательное изучение видов п причин пороков литья, строгий статистиче­ ский учет дефектов иа основе их классификации по наиболее ответственным « массовым отливкам; обеспечение литейных цехов высококачественными ис­ ходными материалами, своевременный и надежный ремонт оборудования, ор­ ганизацию профилактической работы по соблюдению геометрических размеров литейной оснастки; изыскание наиболее эффективных форм работы с исполни­ телями, в том числе развитие системы бездефектного труда; обеспечение мате­ риального стимулирования за выпуск высококачественной продукции; прове­ дение организационно-технических мероприятий по улучшению качества про­ дукции и ликвидации брака; совершенствование методов технического контроля.

87

На первом этапе исследования были разработаны характери­ стики эталонов шероховатости точнолитых заготовок для судо­ строительной промышленности1.

При практической реализации этих разработок на одном из предприятий отрасли были изготовлены отливки-эталоны из ста­ ли 40Х, по которым затем оценивалась шероховатость литых деталей. В результате осуществления технологических мероприя­ тий удалось получить детали сложного профиля без дополнитель­ ной механической обработки. Чистота литой поверхности полу­ ченного профиля вполне отвечала требованиям эксплуатации из­ делий. Экономический эффект отвнедрения 29 наименований деталей выразился в 17,5 тыс. руб.

Все контролируемые параметры продукции в технологиче­ ских процессах в литейном производстве могут быть разделены на объективно, субъективно и косвенно контролируемые. Число первых на современном этапе развития литейной технологии весьма ограниченно; субъективный контроль, к которому относит­ ся рассмотренный нами контроль шероховатости отливок по эталонированной поверхности, является в литейном производстве доминирующим и ведется исполнителями технологических опера?- ций или специальным контрольным персоналом; точность опре­ деления косвенно контролируемых параметров зависит от точ­ ности определения объективных параметров, функциями которых они являются. Необходимость в сокращении числа субъективно контролируемых факторов возникает в связи с тем, что причины образования брака в подавляющих случаях (если не изменяются исходные материалы и т. п.) связаны с их отклонениями от до­ пустимых пределов.

В настоящее время имеются два принципиально различных подхода к регулированию технологических процессов: первый основан на автоматических средствах контроля и второй — на статистическом анализе и регулировании текущего производства. В большинстве случаев автоматизация предполагает применениекосвенных методов контроля, например контроль влажности формовочной смеси по ее электроемкости, химического состава спектральными методами и т. п.

Для установления зависимости между определенным пара­ метром и тем параметром, который контролировать гораздо­ удобнее и дешевле, эффективно использовать математический аппарат корреляционного и регрессионного анализа. Эта идея реализована нами для исследования зависимости содержания остаточного от свободно выделившегося водорода в низколегиро­ ванной стали.

1 Отчет по научно-исследовательской работе «Проведение статистическогоанализа чистоты поверхности точнолитых заготовок по группе заводов отрас­ ли. Разработка характеристик эталонов шероховатости отливок точного литья»., ГГУ, 1971.

88

Как известно, общее содержание водорода в сталях опреде­ ляется по результатам трех проб с учетом свободно выделивше­ гося и остаточного. Остаточный водород определяется методом вакуум-нагрева.

Если определение водорода, выделившегося при нагревании пробы, не представляет затруднений, то выявление остаточного водорода — длительный и трудоемкий процесс. Между тем во многих случаях общее содержание водорода в сталях может быть установлено с определенным, практически удовлетворительным уровнем достоверности и точности с помощью корреляционных моделей. Корреляционному анализу подвергались данные про­ мышленных плавок низколегированной Сг—Ni—Mo—Cu стали в дуговой электропечи ДСВ-5 с основной футеровкой. Примене­ ние корреляционного анализа предполагает выполнение ряда предпосылок, главной из которых является нормальность рас­ пределения полученных экспериментальных данных.

Оценка распределения экспериментальных данных, проведен­ ная нами с помощью критерия Колмогорова X, показала, что отклонение наблюдаемого распределения от нормального закона носит, как правило, случайный характер.

Для проверки гипотезы о наличии связи между содержанием остаточного и свободно выделяющегося водорода в низколегиро­ ванной стали и оценки тесноты этой связи вычислялся сначала коэффициент корреляции гху, а затем корреляционное отноше­ ние

После расчета получаем значение гху— —0,21. При довери­ тельной вероятности а = 0,95 и 98 степенях свободы граница незначимости парных коэффициентов корреляции равна 0,197. Следовательно, связь между остаточным и свободно выделив­ шимся водородом существенна и аппроксимируется уравнением парной регрессии

Это уравнение для расчетов практически удобно, но не дает точных результатов. Поэтому нами на основании изучения рас­ пределения экспериментальных данных остаточного и свободно выделившегося водорода была выдвинута гипотеза о наличии между ними криволинейной связи. Для измерения тесноты кор­ реляционной криволинейной связи вычислили корреляционное отношение т]= 0,49, имеющее здесь тот же смысл, что и коэффи­ циент корреляции. Проверку правильности выдвинутой гипотезы производили по критерию К, величина которого должна быть более 2,5'. Следует заметить, что разработаны алгоритмы корре­ ляционного анализа, в которых не используется критерий К.1

1 См.: Розанов Г. В., Френкель А. А. Корреляционный и регрессионный анализ в экономических исследованиях.— «Экономика и математические мето­ ды», т. 3, вып. 3, 1967.

89