CC BY
16
УДК 658.562.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-332-338
ПРИМЕНЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ АНАЛИЗА ДЕФЕКТОВ КАДМИЕВОГО ПОКРЫТИЯ НА СТАЛИ
А.Н. Ефремов, С.В. Юдин
Для решения задач повышения качества и надежности изделий с успехом могут применяться статистические методы. В статье проведен анализ результатов контроля качества кадмиевого покрытия, нанесенного гальваническим способом на стальные детали в гальваническом цехе ПАО «Машиностроительный завод имени М.И. Калинина», г. Екатеринбург, с применением статистических методов. Показано, что использование статистических методов позволяет в кратчайшие сроки снизить долю дефектной продукции и находить критические точки в процессе производства.
Ключевые слова: качество изделий, статистические методы, диаграмма Парето, причинно-следственная диаграмма, гальваническое производство, кадмиевое покрытие.
В зависимости от назначения металлические покрытия должны удовлетворять различным требованиям, которые обычно оговариваются в технических условиях. Однако, независимо от назначения, все покрытия, как защитные, так и декоративные, износостойкие и специальные, должны удовлетворять общему требованию - они должны быть прочно сцеплены с основным металлом изделий. Покрытия не должны отставать от изделий при любых воздействиях. Такое требование может быть удовлетворено при соответствующей подготовке поверхности изделий перед нанесением на них покрытий. Это особенно существенно при нанесении покрытий гальваническим методом.
Не менее важно, чтобы металлопокрытие имело мелкокристаллическую структуру. Процесс образования гальванического покрытия должен протекать таким образом, чтобы невооруженным глазом нельзя было различить в покрытии отдельные кристаллы.
Металлические покрытия должны отличаться минимальной пористостью. Особенно это важно при нанесении так называемых катодных гальванических покрытий, так как в порах происходит коррозия основного металла.
Наряду с этими требованиями в ряде случаев к покрытиям предъявляются некоторые частные требования, например, повышенное сопротивление механическому износу, повышенные оптические свойства, повышенная электропроводность, обеспечение прочного сцепления резины при горячем прессовании, повышенные антифрикционные свойства и др. [1].
Кадмиевые покрытия обладают устойчивостью в среде морских испарений, тумана и морской воды. Благодаря дополнительному хроматированию такие покрытия сохраняют товарный вид более длительное время.
Кадмий относится к электроотрицательным металлам. В гальванической паре с железом вследствие малой разности потенциалов кадмиевые покрытия выполняют функции анода и катода в зависимости от условий эксплуатации. Так, в растворах, содержащих хлориды и сульфиды (морская вода), кадмий является анодным покрытием для стальных изделий и хорошо защищает их от коррозии не только механически, но и электрохимически [2, 3].
На гальваническом участке ПАО «Машиностроительный завод имени М.И. Калинина» (ПАО МзиК), г. Екатеринбург, нанесение кадмиевых покрытий с последующим хроматиро-ванием осуществляется из цианистых электролитов на ручных и полуавтоматических линиях.
В статье проводится анализ результатов контроля качества кадмиевого покрытия, нанесенного гальваническим способом на стальные детали на гальваническом участке ПАО МзиК в период с августа 2020 по январь 2021 года включительно.
С помощью контрольных листков производился первичный сбор и упорядочение данных контроля качества кадмиевого покрытия на стальных деталях. Обнаруженные дефекты были рассортированы по 7 группам. Результаты данных контроля, послужившие исходными данными для построения диаграммы Парето, представлены в таблице.
Для выявления главной проблемы, связанной с возникновением дефектов, был проведен анализ с помощью диаграммы Парето [4]. На рис.1 представлена диаграмма Парето по обнаруженным дефектам кадмиевого покрытия на гальваническом участке ПАО МзиК в период с августа 2020 по январь 2021 года включительно.
332
Исходные данные для построения диаграммы Парето
№ дефекта Наименование дефекта Количество обнаруженных дефектов, шт.
1 Неудовлетворительная адгезия 3
2 Несоответствие внешнего вида покрытия 9
3 Не выдержана толщина покрытия 15
4 Вздутие покрытия 23
5 Частичное отсутствие покрытия 34
6 Несоответствие химического состава 7
7 Прочие 2
ИТОГО 93
Рис. 1. Диаграмма Парето по обнаруженным дефектам кадмиевого покрытия на гальваническом участке ПАО МзиК
Представленный на рис. 1 график дает основание утверждать, что наиболее важными для производства являются дефекты №4 и №5. В первую очередь необходимо устранить причины возникновения именно этих дефектов - частичное отсутствие (дефект №5) и вздутие (дефект №4) покрытия.
На следующем этапе анализа для оценки факторов, являющихся причиной возникновения двух наиболее значимых дефектов, с помощью группового метода анализа причин или метода «мозгового штурма» была построена причинно-следственная диаграмма (диаграмма Исикавы) по двум наиболее значимым дефектам кадмиевого покрытия [4].
Проведем анализ диаграммы Исикавы для дефекта №4 (вздутие покрытия), представленной на рис. 2 и построенной «по ходу» технологического процесса.
Согласно диаграмме Исикавы, полученной для дефекта №4 или вздутия покрытия, одними из основных причин дефекта может выступать марка материала детали (причина А1), состав электролита и технологические параметры ведения процесса кадмирования (причина С), а также гальваник, выполняющий технологические операции на линии (причина D). Действительно, экспертный анализ показал, что на долю этих причин приходится 86%.
На следующем этапе анализа была проведена стратификация данных по дефекту №4. В качестве стратифицирующего фактора были выбраны разные механосборочные цехи-поставщики деталей на участок гальванопокрытий. Анализ показал, что 93% деталей, после покрытия которых наблюдался подобный дефект, поступали на участок от одного цеха-поставщика.
При поступлении следующей партии подобных деталей от этого цеха был проведен эксперимент. Для того, чтобы исключить влияние причин С и D были проверены анализы всех растворов технологических ванн на линиях кадмирования, а партия поступивших была разделена на 3 части и отдана на разные линии кадмирования, которые обслуживают различные гальваники (операторы). В результате на всех линиях кадмирования на 45% деталей обнаружился тот же дефект в виде вздутий покрытия (дефект №4). С деталей с дефектом №4 были сняты нанесенные покрытия, и они были отправлены в металлографическую лабораторию для определения марки материала.
В результате проведенного анализа было определено, что химический состав соответствует марке коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т. Сложность нанесения кадмиевого покрытия на такие виды сталей связана с наличием на поверхности деталей тонкой пассивной пленки, состоящей из оксидов никеля и хрома, которая препятствует хорошей адгезии покрытия и основного металла после проведения предварительной обработки поверхности деталей методами, предназначенными для обычной углеродистой стали (операций химического обезжиривания и декапирования). Такая пленка легко удаляется на стадии декапирования, но при последующей промывке и переносе деталей между технологическими ваннами почти мгновенно образуется вновь на воздухе, что и приводит к образованию пузырей, вздутий на поверхности кадмиевого покрытия.
Рис. 2. Диаграмма Исикавы, построенная «по ходу» технологического процесса для дефекта №4 (вздутие) кадмиевого покрытия
В результате проведенного статистического анализа были предложены и реализованы следующие корректирующие и предупреждающие мероприятия:
1. Ужесточить на гальваническом участке входной контроль деталей, поступающих на покрытие от данного цеха-поставщика.
2. Произвести проверку задела однотипных деталей, на которых наблюдался дефект №4, по химическому составу в цехе-поставщике.
3. Систематически проводить анализ дефектов кадмиевого покрытия на гальваническом участке с помощью статистических методов (диаграмма Парето).
Далее проведем анализ диаграммы Исикавы для дефекта №5 (частичное отсутствие покрытия), представленной на рис. 3 и построенной «по ходу» технологического процесса.
Как видно из диаграммы Исикавы, полученной для дефекта №5, одними из основных причин дефекта покрытия может выступать состояние поверхности детали (причина А2), состав электролита и технологические параметры ведения процесса кадмирования (причина С), а также гальваник, выполняющий технологические операции на линии (причина D). Экспертный анализ показал, что на долю этих причин приходится 93%.
Далее была проведена стратификация данных по дефекту №5. В качестве стратифицирующего фактора были выбраны разные механосборочные цехи-поставщики деталей на участок гальванопокрытий. Анализ показал, что 79% деталей, после покрытия которых наблюдался подобный дефект, поступали на участок от двух цехов-поставщиков (обозначим их условно: цех X и У).
При поступлении следующей партии деталей данной номенклатуры от цеха X был проведен эксперимент. Для того, чтобы исключить влияние причин С и D были проверены анализы всех растворов технологических ванн на линиях кадмирования, а партия поступивших деталей была разделена на 3 части: одну часть отправили на покрытие без предварительной обработки, вторая часть до покрытия была подвергнута гидроабразивной обработке, а третья - до покрытия отправлена на операцию мойки на гальваническом участке. Для проверки гипотезы о некачественной подготовке основного металла перед покрытием в цехе X после механической обработки, кадмиевое покрытие затем наносилось на одной линии кадмирования, чтобы максимально исключить влияние второстепенных причин. В результате обнаружился тот же дефект в виде частичного отсутствия покрытия (дефект №5) только на первой части деталей, которые не подвергались предварительной обработке.
Рис. 3. Диаграмма Исикавы, построенная «по ходу» техпроцесса для дефекта №5 (частичное отсутствие) кадмиевого покрытия
335
В результате дальнейшего анализа было определено, что все детали, поступавшие на гальванический участок от цеха X, на которых впоследствии после покрытия наблюдался дефект №5, проходили после механической обработки операцию мойки в моечной машине цеха X, а используемое в этой машине моющее средство не обеспечивало полного удаления смазоч-но-охлаждающей жидкости после механической обработки. Подобный анализ был проведен и в цехе Y, где ситуация с моющим средством оказалась идентичной цеху X.
В результате проведенного статистического анализа были предложены и реализованы следующие корректирующие и предупреждающие мероприятия:
1. Руководству ведущего отдела по данному направлению непосредственно на гальваническом участке предъявлены результаты по нанесению кадмиевого покрытия на детали одной партии с различными видами подготовки.
2. Выданы рекомендации по смене поставщика моющего средства или замене моющего средства для моечных машин цехов X и Y на моющее средство, используемого на гальваническом участке.
3. Систематически проводить анализ дефектов кадмиевого покрытия на гальваническом участке с помощью статистических методов (диаграмма Парето).
Для проверки эффективности разработанных мероприятий в период с января по сентябрь 2021 года включительно был проведен анализ дефектов кадмиевого покрытия на гальваническом участке ПАО МзиК с использованием диаграммы Парето. На рис. 4 представлена диаграмма Парето по обнаруженным дефектам кадмиевого покрытия на гальваническом участке ПАО МзиК в данный временной период.
100
80
60
40
20
0
3 2 4 7 5 1 6
Рис. 4. Диаграмма Парето по обнаруженным дефектам кадмиевого покрытия на гальваническом участке ПАО МзиК после реализации корректирующих и предупреждающих мероприятий
Из рис. 4 видно, что частота появления дефектов №4 и №5 уменьшилась в 2,5 и 3,7 раза соответственно, в то время как общее количество дефектов кадмиевого покрытия по всем показателям снизилось почти на 30%, что подтверждает эффективность реализованных мероприятий. Из данной диаграммы Парето также видно, что на сегодняшний день на первый план выдвинулось другое несоответствие кадмиевого покрытия - дефект №3 «Не выдержана толщина покрытия», которое требует дальнейших исследований с применением статистических методов.
На основании полученных результатов можно сделать вывод, что применение статистических методов позволяет в кратчайшие сроки снизить долю дефектной продукции и находить критические точки в процессе производства. Кроме того, диаграмма Исикавы, помимо установления и представления причинно-следственных связей, позволяет хранить информацию об особенностях процессов, накапливая таким образом знания. Ведь не секрет, что при уходе квалифицированного работника в компании остается лишь 5% знаний, которыми обладал этот специалист. Применение этой диаграммы позволит сократить потери, вызванные этими событиями.
100
Список литературы
1. Лайнер В.И., Кудрявцев Н.Т. Основы гальваностегии. Ч. 1. М.: Металлургиздат, 1953.624 с.
2. Мельников П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. М.: Машиностроение, 1991. 384 с.
3. Ямпольский А.М., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. М., Л.: Машгиз, 1962. 244 с.
4. Управление качеством. Современные статистические методы контроля и управления качеством продукции в производстве / С.В. Юдин, С.Н. Остапенко, В.Б. Протасьев, А.С. Кривов, В.П. Гурьянов, А.С. Юдин, М.В. Волков, Г.В. Палихов; под ред. проф. С.Н. Остапенко. М., 2020. 184 с.
5. Драчев О.И., Жилин А.А. Статистические методы управления качеством: учебное пособие. Старый Оскол: ТНТ, 2019. 148 с.
Ефремов Андрей Николаевич, аспирант, начальник бюро (технического контроля), andrey_effremuss@mail.ru, Россия, Екатеринбург, ПАО «Машиностроительный завод имени М.И. Калинина»,
Юдин Сергей Владимирович, д-р техн. наук, профессор, sviudin@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский филиал РЭУ им. Г.В. Плеханова
APPLICATION OF STATISTICAL METHODS FOR THE ANALYSIS OF CADMIUM COATING
IMPERFECTIONS ON STEEL
A.N. Yefremov, S.V. Iudin
Statistical methods can be used to solve problems of improving the quality and reliability of products. The article analyzes the quality control results of galvanic cadmium coating on steel, which applied at the galvanic shop of the Machine-building plant named after M.I. Kalinin, Yekaterinburg, using statistical methods. It is shown that the use of statistical methods makes it possible to reduce the proportion of imperfect products in the shortest possible time and to find critical points in the production process.
Key words: product quality, statistical methods, Pareto chart, causal diagram, electroplating production, cadmium coating.
Yefremov Andrey Nikolaevich, postgraduate, head of the bureau (technical control), andrey_effremuss@,mail. ru, Russia, Yekaterinburg, Machine-building plant named after M.I. Kalinin,
Iudin Sergey Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, sviudin@rambler. ru, Russia, Tula, Plekhanov Russian University of Economics, Tula branch
