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铸造基础知识培训课件铸造基础知识培训课件课程目的：了解铸造的原理课程目的：了解铸造的原理 课程用时：课程用时：6060分钟分钟主讲人：主讲人：目目 录录 铸造的定义铸造的定义铸造的定义铸造的定义 铸铁及分类铸铁及分类铸铁及分类铸铁及分类2 铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造的定义3什么是铸铁？铸铁是含碳量大于2.11%2.11%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。工业上所用的铸铁，实际上都不是简单的铁一碳二元合金，而是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。铸铁的成分范围大致为：C C：2.4-4.0%2.4-4.0%、SiSi：0.6-3.0%0.6-3.0%、MnMn：0.2-1.2%0.2-1.2%、P P：0.1-1.2%0.1-1.2%、S S：0.08-0.15%0.08-0.15%。有时还加入其他合金元素，以便获得具有各种性能的合金铸铁。4根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为：根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为：1 1、白口铸铁：、白口铸铁：所含碳除极少量溶于铁素体外，全部以渗碳体形式存在，断口呈银白色，故而称为白口铸铁。白口铸铁 组织中含有大量莱氏体，其性能硬而脆，很难机械加工。因此，工业上很少用它来制造零件，一般做些耐磨件如：衬板、犁铧铸铁及分类5铸铁及分类2、灰口铸铁：其中碳除微量溶于铁素体 外，大部分以石墨形式存在，因断口呈暗灰色而得名。它是工业中应用最广泛的铸铁。按石墨形态不同可分为按石墨形态不同可分为灰铁石墨呈片状球铁石墨呈球状蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状可锻铸铁石墨呈团絮状63、麻口铸铁：这种铸铁组织中既存在石 墨，也有莱氏体，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。铸铁及分类7灰铸铁：灰铸铁通常是指具有片状石墨的灰口铸铁，这种铸铁具有一定的机械性能、良好的铸造性能以及其它多方面的优良性能，因而在机械制造业中获得最广泛的应用。铸铁及分类由于灰铸铁对冷却速率的敏感性（壁厚效应），同一种牌号铸铁在不同铸件壁厚条件下的实际强度有很大的差别（薄壁与厚壁之间在强度上的差别达50-80MPa）。8 球墨铸铁和蠕墨铸铁一般是用稀土镁合金对铁液进行处理，以改善石墨形态，从而得到比灰铸铁有更高机械性能的铸铁。铸铁及分类球墨铸铁及球墨铸铁及蠕墨铸铁铸铁9铸铁及分类球墨铸铁依照其基体和性能特点而分为六种高韧性高韧性铁铁 素体 球墨 铸铁高强度高强度珠珠 光光体体 球墨 铸铁耐磨耐磨贝贝 氏氏体体 球墨 铸铁耐磨耐磨奥 氏体-贝贝氏氏 体体球 墨铸 铁抗磨抗磨马 氏体-奥 氏 体球 墨铸 铁耐热、蚀耐热、蚀奥 氏体 球 墨 铸 铁10铸铁及分类蠕墨铸蠕墨铸 铁铁铁素体蠕墨铸铁珠光体蠕墨铸铁铸铁性能与其石墨的蠕化程度（蠕化率）及基体有关11铸铁及分类珠光体蠕墨铸铁 在石墨蠕化良好条件下，珠光体蠕墨铸铁的强度和硬度较高，耐磨性强。适于制造耐磨零件，如汽车的刹车毂等。12铸铁及分类铁素体蠕墨铸铁 铁素体蠕墨铸铁的导热性较好，在高温作用下，不存在珠光体分解问题，组织较稳定，适用于制造在高温下工作、需要有良好的抗热疲劳能力、导热性的零件，如内燃机汽缸盖、进排气岐管等。13 可锻铸铁是将白口铸铁通过固态石墨化热处理（包括有或无脱碳过程）得到的具有团絮状石墨的铁碳合金。铸铁及分类可锻铸铁14铸铁及分类特种铸铁 特种铸铁是指具有特殊使用性能的铸铁材料，主要包括抗磨铸铁、耐热铸铁和耐腐蚀铸铁。为了使铸铁具有这些特殊使用性能，需要使铸铁有一定的组织。特种铸铁中既有非合金铸铁（例如普通白口抗磨铸铁），也有低合金铸铁、中合金铸铁和高合金铸铁（如中锰抗磨用球墨铸铁及高铬抗磨用白口铸铁等）。15灰铁的成分、性能、组织化学成分 灰铁的化学成分一般为：C：2.6%-3.6%Si:1.2%-3.0%Mn:0.4%-1.2%S:0.15%P:0.3%16灰铁的成分、性能、组织灰铁性能灰铁性能 抗拉强度比较低，塑性接近于零。但石墨的存在也使得灰铁具有良好得减震性、良好得耐磨性。具有良好得铸造性能和切削加工性能，但焊接性能很差，并且不能锻造。17灰铁的成分、性能、组织灰铁的组织、性能灰铁的组织、性能 取决于铸铁的组织，石墨化的程度不同，铸铁组织亦不同。因此铸铁的组织和性能主要取决于石墨化程度。影响铸铁石墨化的主要因素是化学成分和冷却速度18灰铁的成分、性能、组织化学成分的影响化学成分的影响1、碳和硅：碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。碳含量越高，析出的石墨就越多。越粗大，但这种可能性还取决于硅的含量，其实就是看碳当量。硅也是强烈促进石墨化的元素。19灰铁的成分、性能、组织化学成分的影响化学成分的影响2、硫和锰：硫是强烈阻碍石墨化元素，硫含量高易促使铸铁形成白口组织。此外硫还使铸铁铸造性能恶化（降低流动性，增大收缩率）因此要严格控制其含量，锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，起着提高铸铁强度和硬度的作用。20灰铁的成分、性能、组织化学成分的影响化学成分的影响3、磷：磷含量过高会使铸铁的耐磨性提高，但同时铸件会很脆，因此我们多限制在0.15%以下。并且高磷铸铁的流动性很好。21灰铁的成分、性能、组织冷却速度的影响冷却速度的影响 相同化学成分的铸铁，若冷却速度不同，其组织和性能也不同。减小冷却速度可以促进石墨化，易得到粗大石墨片和铁素体基体；增大冷却速度则阻碍石墨化，这时只有部分碳以细石墨片析出，而另一部分碳以渗碳体析出，获珠光体基体。22灰铁的成分、性能、组织影响冷却速度的因素影响冷却速度的因素A 铸型材料：不同铸型材料的导热能力不同。如金属型比砂型导热快，冷却速度大，使石墨化受到严重阻碍，易获得白口组织B 铸件壁厚：铸件壁越厚，冷却速度越慢，则石墨化倾向越大，易得到粗大石墨片和铁素体基体；反之则易得到细小石墨和珠光体基体23灰铁的孕育处理 灰铁的组织和性能，很大程度上取决于石墨的数量、大小和形态。因粗大的石墨片对铸铁金属基体的割裂作用，使其力学性能很低，因此，提高灰铁性能的途径就是降低碳、硅含量，改善基体组织，减小石墨尺寸，并使其均匀分布。孕育处理是实现此途径的有效办法。24灰铁的孕育处理原原 理理 向铁水中冲入细颗粒的孕育剂，孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然提高，从而得到在细晶粒珠光体上均匀分布着细片状石墨组织。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。原铁水碳含量越低，石墨越细小，强度、硬度越高。但孕育铸铁的石墨为片状，塑性、韧性很低，仍为灰铁。另一优点是减小冷却速度对组织和性能的影响。25灰铁的孕育处理1、消除碳化物或过冷2、控制石墨形态，以获得均匀的结构3、减少断面敏感性作作 用用26灰铁的孕育处理方方 法法27八八、不合格品的控制不合格品的控制1 1、不合格品的定义不合格品的定义不合格品的定义不合格品的定义 未满足明示的未满足明示的、习惯上隐含的或必须履行的需求和、习惯上隐含的或必须履行的需求和期望的产品期望的产品.2 2、不合格品的控制要求不合格品的控制要求u标识标识u记录记录u评审评审u隔离隔离u处置处置283 3、不合格品评审和处置的方法不合格品评审和处置的方法不合格品评审和处置的方法不合格品评审和处置的方法u 返工返工;u 返修返修;u让步接受让步接受;u降级或改做它用降级或改做它用;u拒收或报废拒收或报废.29九九、质量分析质量分析1 1、主要任务、主要任务:u纠正和预防措施纠正和预防措施;u持续改进持续改进(KVP);KVP);u优先降低不合格品的计划优先降低不合格品的计划;|质量成本分析质量成本分析|测量系统分析测量系统分析(MSA);MSA);|过程能力分析过程能力分析(SPC);SPC);|产品功能展开产品功能展开(QFD);QFD);|实验设计实验设计(DOE);DOE);|测量误差和数据处理测量误差和数据处理;|可靠性分析可靠性分析.302 2、纠正和预防措施纠正和预防措施;u不合格描述不合格描述;u不合格原因分析不合格原因分析(可采用因果图可采用因果图、脑力激荡法等、脑力激荡法等);u纠正措施纠正措施;u预防措施预防措施;u对采取措施的验证对采取措施的验证.313 3、持续改进持续改进(KVP)KVP)3.1 3.1 持续改进是企业永恒的目标持续改进是企业永恒的目标;3.2 3.2 持续改进的主要内容有持续改进的主要内容有:u质量质量u价格价格u服务服务u供货信誉供货信誉323.3 3.3 持续改进的项目可以是持续改进的项目可以是:u减少返工减少返工/返修和报废返修和报废;u简化流程简化流程/优化加工方法优化加工方法;u减少故障停机时间减少故障停机时间;u缩短工装缩短工装/模具的更换时间模具的更换时间;u延长设备延长设备/模具的使用寿命模具的使用寿命;u降低能源消耗降低能源消耗;u优化生产节拍优化生产节拍;u减少物料搬运时间减少物料搬运时间;u-334 4、优先降低不合格品的计划优先降低不合格品的计划4.14.1方法方法:u不合格品统计不合格品统计(查检表查检表,不合格品登记表或缺陷收集卡不合格品登记表或缺陷收集卡););u分类及排序分类及排序(排列图排列图););u主要缺陷原因分析主要缺陷原因分析(因果图因果图););u识别缺陷主要原因识别缺陷主要原因(因果图因果图););u采取纠正预防措施采取纠正预防措施.34GB2828-87逐批检查计数抽样程序及抽样表逐批检查计数抽样程序及抽样表（适用于连续批的检查）检验程序：（适用于连续批的检查）检验程序：。规定单位产品的质量特性。规定单位产品的质量特性（技术性能、技术指标、（技术性能、技术指标、外观等）外观等）附录附录135不合格的分类不合格的分类 按照实际需要，将不合格区分为按照实际需要，将不合格区分为A A、B B、C C三类。三类。A A类：单位产品的极重要质量特性不符合规定，或单位产类：单位产品的极重要质量特性不符合规定，或单位产品的质量特性极严重不符合规定；品的质量特性极严重不符合规定；B B类：单位产品的重要质量特性不符合规定，或单位产品类：单位产品的重要质量特性不符合规定，或单位产品的质量特性严重不符合规定；的质量特性严重不符合规定；C C类：单位产品的一般质量特性不符合规定，或单位产品类：单位产品的一般质量特性不符合规定，或单位产品的质量特性轻微不符合规定。的质量特性轻微不符合规定。NOTE：如有必要，可区分为多于如有必要，可区分为多于3种类别的不合格；种类别的不合格；如果单位产品非常简单，也可以区分为两种类别的如果单位产品非常简单，也可以区分为两种类别的 不合不合 格，甚至不区分类别。格，甚至不区分类别。36规定合格质量水平（规定合格质量水平（AQLAQL）（即认为可以接受的连续提交检查批的过程平均上限值）即认为可以接受的连续提交检查批的过程平均上限值）规定检查水平规定检查水平（用来决定批量与样本量之间关系的（用来决定批量与样本量之间关系的等级。）等级。）通常采用一般检查水平通常采用一般检查水平IIII；特殊检查水平（特殊检查水平（S-1S-1，2 2，3 3，4 4）仅适用于必须使用较小样本，仅适用于必须使用较小样本，而且能够或必须允许较大的误判风险时。而且能够或必须允许较大的误判风险时。原则上应按不合格的分类分别规定检查水平，但必须注意检原则上应按不合格的分类分别规定检查水平，但必须注意检查水平与合格质量水平协调一致查水平与合格质量水平协调一致。37.检查批的形成与提出检查批的形成与提出检查批可以和投产批、销售批、运输批相同或不相同；检查批可以和投产批、销售批、运输批相同或不相同；通常每个检查批应由同型号、同等级、同种类（尺寸、通常每个检查批应由同型号、同等级、同种类（尺寸、特性或分等），且生产条件和生产时间基本相同的单位产特性或分等），且生产条件和生产时间基本相同的单位产品所组成；品所组成；批的组成、批量及提出和识别批的方式，可由供（订）批的组成、批量及提出和识别批的方式，可由供（订）货双方协商确定。货双方协商确定。38规定规定 检查严格度（宽严程度）检查严格度（宽严程度）本标准规定有正常检查、加严检查和放宽检查三种不本标准规定有正常检查、加严检查和放宽检查三种不同程度的检查严格度；同程度的检查严格度；除非另有规定，在检查开始时，应使用正常检查；除非另有规定，在检查开始时，应使用正常检查；检查严格度的调整按转移规则进行。检查严格度的调整按转移规则进行。39选择选择 抽样方案类型抽样方案类型根据比较各种不同类型对应抽样方案的管理费用和平根据比较各种不同类型对应抽样方案的管理费用和平均样本大小来决定一次、二次或五次抽样方案中的一种；均样本大小来决定一次、二次或五次抽样方案中的一种；只要规定的合格质量水平和检查水平相同，不管使用只要规定的合格质量水平和检查水平相同，不管使用哪一种类型所对应的抽样方案进行检查，其对批质量的哪一种类型所对应的抽样方案进行检查，其对批质量的判别力基本相同判别力基本相同。40检索抽样方案检索抽样方案根据样本大小字码和合格质量水平运用标准中给出的表检根据样本大小字码和合格质量水平运用标准中给出的表检索抽样方案；索抽样方案；查表时应注意：查表时应注意：当遇到当遇到时，应使用箭头下面的第一个抽样方案；时，应使用箭头下面的第一个抽样方案；当遇到当遇到时，应使用箭头上面的第一个抽样方案；时，应使用箭头上面的第一个抽样方案；当样本大于或等于批量时，应整批当样本大于或等于批量时，应整批100%100%检查。检查。41抽取样本抽取样本用能代表批质量的方法抽取样本；用能代表批质量的方法抽取样本；当检查批由若干层组成，就以分层抽样方法抽取样本；当检查批由若干层组成，就以分层抽样方法抽取样本；抽取样本的时间，可以在批的形成过程中，亦可以在批组成之抽取样本的时间，可以在批的形成过程中，亦可以在批组成之后。后。检查样本检查样本根据产品技术标准或订货合同中对单位产品规定的检验项目，根据产品技术标准或订货合同中对单位产品规定的检验项目，逐个对样本单位进行检查并累计不合格（品）总数；逐个对样本单位进行检查并累计不合格（品）总数；当不合格分类时应分别累计当不合格分类时应分别累计42逐批检查（不）合格的判断逐批检查（不）合格的判断 根据根据AQLAQL和检查水平所确定的抽样方案，由样品检查的结果：和检查水平所确定的抽样方案，由样品检查的结果：若在样本中发现的不合格品数若在样本中发现的不合格品数合格判定数，则判该批是合格批；合格判定数，则判该批是合格批；若在样本中发现的不合格品数大于合格判定数，则判该批是若在样本中发现的不合格品数大于合格判定数，则判该批是不合不合格批格批；逐批检查后的处置逐批检查后的处置判为合格则整批接受；判为合格则整批接受；判为不合格的批原则上全部退回，或根据有关规定处理判为不合格的批原则上全部退回，或根据有关规定处理.43附录附录2:2:常用质量管理图表常用质量管理图表(示意图示意图)-直方图直方图直方图直方图 排列图排列图排列图排列图 因果图因果图因果图因果图 散布图散布图散布图散布图 流程图流程图流程图流程图 趋势图趋势图趋势图趋势图 控制图控制图控制图控制图 柱状图（直方图）柱状图（直方图）.45排列图排列图46因果图因果图Diagram of the Incorrect Deliveries Example:Diagram of the Incorrect Deliveries Example:47散布图散布图.48流程图流程图.49趋势图趋势图1 1.运行运行时间时间周期周期50控制图控制图.51附录附录3:3:常用质量管理工具常用质量管理工具(简介简介)-5S TPM SPC QFD FMEA DOE 5S活动是在日本广受推崇的现场管理方法，现已广泛应用于世界各地的许多企业和公司。Sort 清理：即清除不需要的物品Straighten 整顿：即合理布置留下的物品Shine 清洁：即经常打扫，保持干净Standardize 规范：（也译为标准化）即定期清理、作好维护，维持整理、整顿和清洁的成效。Sustain 坚持：（也译为自律）即坚持规章制度，养成良好的习惯。良好的工作环境不仅可以建立值得信赖的企业形象，还可以提高员工的士气。位居世界600强的联信公司将5S活动称为“新5S”，就是赋予S新的含义，即“SPIRIT”士气。“高涨的心情和情绪产生高质量的产品”，这就是员工和团队的士气。通过眼睛我们看到的新5S是一个“大扫除”，但其对工作环境和产品质量的影响将是非常广泛的。现在许多公司在提倡5S的同时，又增加了安全（Safe）意识，即6S。5 5S S “我们没有第二次机会再建立第一印象我们没有第二次机会再建立第一印象”53全面生产维护是一种通过全员参与使设备效率最大化的手段。它具有5个要素：以将设备的生产能力提到最高水平为目标；以设备的全寿命为对象；涉及设备的使用部门、维修部门、计划部门等所有部门；从最高领导到操作员，全员参加；通过小组的自主活动，推进生产维护。与一般意义的生产维护相比，TPM突出了全员的参与。它转变了以往“我使用，你维修；我修理，你设计；我设计，你使用”的传统思想，从“要我对设备负责”到“我们都对我们的设备负责”。TPM的基本方针和目标是：通过全体员工的参与，最大限度地发挥设备的有效性；改进设备的可靠性和可维修性，以提高质量和生产力；在设备的整个寿命期内，最大限度地发挥设备的经济性；提高操作者和维修人员的技能；创立一个生气勃勃、积极向上的工作环境。TPMTPM（全面生产维护）全面生产维护）“设备是企业的核心之一设备是企业的核心之一”54 统计过程控制（简称SPC）是一种借助数理统计方法的过程控制工具。它对生产过程进行分析评价，根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆，并采取措施消除其影响，使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态，以达到控制质量的目的。它认为，当过程仅受随机因素影响时，过程处于统计控制状态（简称受控状态）；当过程中存在系统因素的影响时，过程处于统计失控状态（简称失控状态）。由于过程波动具有统计规律性，当过程受控时，过程特性一般服从稳定的随机分布；而失控时，过程分布将发生改变。SPC正是利用过程波动的统计规律性对过程进行分析控制的。因而，它强调过程在受控和有能力的状态下运行，从而使产品和服务稳定地满足顾客的要求。SPC作为质量改进的重要工具，不仅适用于工业过程，也适用于服务等一切过程性的领域。在过程质量改进的初期，SPC可帮助确定改进的机会，在改进阶段完成后，可用SPC来评价改进的效果并对改进成果进行维持，然后在新的水平上进一步开展改进工作，以达到更强大、更稳定的工作能力。SPCSPC（统计过程控制）统计过程控制）借助数理统计方法的过程控制工具借助数理统计方法的过程控制工具55 任何事物都可看作是一个过程。由于输入的变化、各种干扰因素的影响以及各波动源之间可能存在的交互作用，使得过程的输出变化不定。在大多数情况下，这种输出的不稳定会给我们带来许多困扰，甚至损失。究竟是哪些因素显著地影响到输出的波动？在什么条件下输出能够控制在理想的范围内？实验设计可以帮助我们解开其中之谜。DOEDOE（实验设计）实验设计）对实验数据进行有效的统计分析的数学理论和方法对实验数据进行有效的统计分析的数学理论和方法 56 FMEA实际上是FMA（失效模式分析）和FEA（故障影响分析）的组合。它对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。及时性是成功实施FMEA的最重要因素之一，它是一个“事前的行为”，而不是“事后的行为”。为达到最佳效益，FMEA必须在故障模式被纳入产品之前进行。FMEAFMEA（失效模式与影响分析）失效模式与影响分析）一种可靠性设计的重要方法一种可靠性设计的重要方法 57 在“用户就是上帝”的今天，不断满足用户的需求已经成为各公司致力的目标，QFD正是一种以市场为导向、以用户需求为依据的强有力的计划方法。QFD产生于日本。在60年代，随着TQC的深入，日本人开始考虑能否在产品的设计阶段就确定制造过程中的质量控制要点，以减少生产初期大量错误的发生。1972年，三菱重工有限公司神户造船厂首先使用了QFD。QFD就是一种在开发阶段就对产品的适用性实施全方位保证的系统方法。美国而后引入了QFD 技术，并在汽车工业和国防工业进行推广，进一步的提高了QFD技术。目前，质量功能展开已在全球几十个国家得到应用。QFD作为一种策划工具，已经不只被应用于最初的生产领域，而且被广泛的应用于非生产领域，如服务业，软件业等。QFDQFD（质量功能展开）质量功能展开）一种以市场为导向、以用户需求为依据的计划方法一种以市场为导向、以用户需求为依据的计划方法58