CC BY
12
УДК 005.6
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-411-417
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА СМЕСЕПРИГОТОВЛЕНИЯ В МАССОВОМ
ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Р.Д. Фарисов, В.Н. Козловский, М.А. Иоффе
С применением статистического анализа установлено, что качество отливок в массовом литейном производстве зависит от свойств формовочной смеси. Приведен пример совершенствования технологии приготовления песчано-глинистой смеси с использованием инструментов качества, адаптированных к условиям массового литейного производства, основанных на принципах бережливости.
Ключевые слова: массовое литейное производство, отливка, смесеприготовление, качество, статистические методы управления, бережливое производство, мелко диспергированная влага, контрольные карты, эффект.
Введение. Процессы и методы образования литейных форм являются центральными в литейном производстве, в максимальной мере ответственными за качество и точность будущей заготовки. Известные преимущества изготовления отливок в серых песчано-глинистых формах: универсальность и гибкость процесса, высокая производительность, многократное использование и возможность длительного хранения исходных формовочных материалов и др.- обусловливают сохранение в обозримом будущем ведущего положения этого процесса в массовом производстве отливок в условиях конкуренции со специальными способами литья и аддитивными технологиями.
При производстве отливок в сырых песчано-глинистых формах комплекс свойств смесей, их количественный уровень и стабильность в значительной степени определяют качество и точность и будущих деталей. Формовочная смесь представляет собой сложную пористую структуру с незамкнутыми порами в основном скелете смеси [1]. Важнейшей причиной неудовлетворительного качества отливок считают нестабильность свойств смесей, применяемых при изготовлении формы [2]. Установлено, что точность чугунных отливок, изготавливаемых на автоматических линиях, имеет тесную статистическую связь со свойствами смесей, прежде всего, с влажностью [3].
В этих условиях особую актуальность приобретают вопросы выбора и рационализации составов смесей для заданной номенклатуры, и особенно, интенсификации и оптимизации режимов и процессов их приготовления, разрешаемые нередко на практике эмпирически, без должного анализа, на основе сопоставления ограниченного количества частных конъюктурных вариантов. Решение задачи исключения субъективного выбора технологии смесеприготовления песчано-глинистых смесей (ПГС) непосредственно связано с развитием представлений о зависимости свойств смесей от состава и режимов смесе-приготовления, с внедрением в производственную практику статистических методов управления и принципов бережливого производства.
На крупнейшем предприятии автомобилестроения был проведен статистический анализ технологического процесса изготовления отливок [4]. Статистические методы управления процессами изготовления отливок были интегрированы с принципом бережливого производства - «обеспечение непрерывного потока создания ценности продукта» при использовании модели спиральной динамики постоянного повышения качества отливок на базе детализированного варианта цикла улучшения Plan - Do - Check - Act (PDCA) Деминга [5] и инструментов качества.
Для определения первоочередных главных проблем, используя сведения по дефектам, построили диаграмму Парето [6]. Диаграмма показала, что наиболее значимым дефектом является «песчаный засор» (рис. 1).
Чтобы понять основные причины образования дефекта, использовали причинно-следственную диаграмму - диаграмму Исикавы [6]. Применив диаграмму, определили источники возможных причин возникновения дефектов в массовом литейном производстве, и провели их ранжирование по значимости влияния на проблему.
Примененные инструменты качества: диаграмма Парето, диаграмма Исикавы - были адаптированы к условиям массового литейного производства и интегрированы с принципами бережливого производства и синергетики [7]. Результаты статистического анализа убедительно подтвердили, что наиболее важным направлением для повышения качества отливок является совершенствование свойств ПГС.
Для анализа и управления технологическим процессом смесеприготовления при массовом производстве отливок применили контрольные карты для количественного признака (рис. 2). Исследовали параметр формовочной смеси «уплотняемость». По результатам анализа контрольных карт, проведенного по критериям определения влияния особых причин, установлено, что на процесс действовали дестабилизирующие факторы, которые привели к выходу точек за контрольные границы.
Производство ПЧЛ. ДФЛ
Характеристика
-уЛЛОГНЙЁМОСГЬ»
Частота выборки 50—ВО Объем выбора 1
Предельное значение 37—47
период календарного года
и J¿ i láAülJÍ
¥0| rrwf
I зо 40 и и то во » 1» па i» i» Расчетные предельные значения Х^,'41,47
с, = 1,28 С„ - 1.15 р„ - 1.14 Р„ ■ 1.02
Норма > 1,33 Процесс требует нападки
140 ISO 160 ЧТО 1М 140 £00 210 ИО £30 340 350 260 270 £80
-WW Технологические предельные Значения О, = 3,27 Ег ■ 2,66 D„ = 1,13
Рис. 2. Контрольная карта за исследуемый период до совершенствования смесеприготовительной системы
Влияние параметров формовочной смеси на брак отливок подтвердил дисперсионный статистический анализ, который был проведен с помощью модуля STATISTICA DOE.
Для обеспечения стабильности процесса смесеприготовления создали рабочую группу. Рабочая группа направила свои действия на устранение нарушений в смесеприготовительной системе. С целью совершенствования смесеприготовительного оборудования была проведена целевая работа, ориентированная на модернизацию оборудования смесеприготовительной системы. Были реализованы следующие улучшающие усовершенствования.
1. Разработаны чек-листы (перечень пошаговых последовательных действий) на каждую единицу смесеприготовительного оборудования.
2. Проведена модернизация системы увлажнения оборотной смеси в охладителях с целью рационализации процесса увлажнения оборотной смеси и удержания в составе формовочной смеси активных составляющих мелкой фракции:
- существующие датчики (сопротивления) влажности смеси заменили на более чувствительные высокочастотно - ёмкостного характера. Показания влажности (заданные и фактические) выведены на пульт управления системой смесеприготовления и на рабочее место земледела. Данные фиксируются в программе АСУ ТП;
- дополнительно в узел подачи воды охладителя установили датчик потока. На пульт управления системой смесеприготовления выведена сигнальная лампа датчика потока, которая показывает поступление воды в охладитель.
3. Проведена модернизация конструкции вентиляционной системы охладителя:
- дверца воздушного коллектора выполнена на шарнирах для удобства обслуживания;
- жалюзи нагнетающего вентилятора регулируются в автоматическом режиме в зависимости от объема оборотной смеси в охладителе;
- установлены капельные клапаны на циклонах;
- усовершенствована конструкция атмосферных заслонок.
При приготовлении смесей важнейшую роль играет баланс между вновь вводимыми свежими материалами и оборотной смесью. Обеспечение на каждом цикле смесеприготовления постоянного равновесия между освежающей добавкой и выведенными неактивными продуктами позволяет стабилизировать состав и свойства единой ПГС. При этом рациональный уровень освежения составляет от 2 до 10% с
учетом необходимой компенсации потери смеси на каждом обороте. Таким образом, оборотные смеси составляют основу единых смесей, и их подготовка перед подачей в смесеприготовительный агрегат включает ряд необходимых операций, позволяющих улучшить и стабилизировать свойства оборотных смесей [8].
С целью совершенствования процесса увлажнения оборотной смеси и удержания в её составе активных составляющих мелкой фракции опробовали технологию подачи воды под высоким давлением в виде распыленной мелко диспергированной влаги. С целью получения мелко диспергированного водяного тумана внутри охладителя, дополнительно к существующей гребёнке, установили коллектор с форсунками конструкции ООО «Акад ПП «БОРЕЙ» (рис. 3), который является представителем ведущего производителя систем промышленного пылеподавления на основе распыления мелко диспергированной влаги EMI CONTROLS [9].
Рис. 3. Схема размещения коллектора с форсунками внутри охладителя
Исследование эффективности усовершенствованного варианта проводили с помощью «пассивного» эксперимента [10], т.е. в условиях действующего производства при работе смесеприготовительной системы в обычном режиме, что обеспечило максимальное соответствие полученных результатов производственным условиям. Сравнение вариантов охлаждения по действующей и усовершенствованной схемам охлаждения оборотной смеси, т.е. при выключенной и включенной подаче мелко диспергированного водяного тумана в охладитель, осуществляли по следующим показателям:
- изменение содержания глинистой составляющей;
- унос оборотной смеси после охлаждения;
- состав и концентрация пыли в воздухе после охлаждения.
Рандомизированно во времени были сформированы выборки для показателей в статистически необходимых объёмах. Места отбора проб показаны на рис. 4.
Место отбора проб для лабораторных исследований "до охладителя"
Рис. 4. Схема опытных испытаний 413
Определение концентрации и размеров частиц пыли в воздуховоде после циклона охладителя осуществляли прибором СЕМ DT-9881M. Прибор представляет собой экологическую минилабораторию и обеспечивает быстрое получение точных показаний содержания взвешенных твердых частиц. Изменение содержания глинистой составляющей в оборотной смеси при её охлаждении по действующей и усовершенствованной схемам охлаждения приведено в табл. 1.
Таблица 1
Содержание глинистой составляющей, %
Место отбора проб (рис.4) Характеристики выборок значений глинистой составляющей при охлаждении оборотной смеси
по действующей схеме по усовершенствованной схеме
Диапазон изменения Размах Среднее значение Диапазон изменения Размах Среднее значение
На входе в охладитель 10,8-11,4 0,6 11,0 10,7-11,3 0,6 10,9
На вых. из охладителя 9,5-10,0 0,5 9,8 10,3-10,5 0,2 10,4
Из данных, приведенных в табл. 1, следует, что при охлаждении оборотной смеси по усовершенствованной схеме, т.е. при включенной подаче мелко диспергированного водяного тумана, обеспечивается увеличение содержания глинистой составляющей, т.к. потери её снижаются более чем в два раза; повышается стабильность процесса (размах выборки уменьшается в 2,5 раза) с точки зрения содержания глинистой составляющей в оборотной смеси.
Средние значения массы возвратной оборотной смеси, которые характеризуют её унос при охлаждении (рис. 4), составили при действующей схеме 6235 г/мин, по усовершенствованной схеме - 8,37 г/мин, что свидетельствует о почти полном подавлении уноса оборотной смеси из охладителя.
В табл. 2 приведены средние значения содержания частиц пыли разного размера в воздухе после охлаждения оборотной смеси по действующей и усовершенствованной схемам.
Таблица 2
Содержание частиц пыли разного размера и концентрация пыли после охладителя
Схема охлаждения оборотной смеси Количество частиц пыли, шт., со средним размером Концентрация пыли, мг/м3
0,5 мкм 1,0 мкм 2,5 мкм 5,0 мкм 10,0 мкм
Действующая 65127 18425 4487 1135 465 1,38
Усовершенствованная 20051 2523 309 60 10 0,05
Из данных табл. 2 следует, что при охлаждении оборотной смеси по усовершенствованной схеме концентрация пыли в воздухе после циклона охладителя уменьшается более, чем в 25 раз. Видно, что подавляющую часть пыли составляют мелкие частицы размером 0,5-1,0 мкм, содержание которых уменьшается в 3,7 раза; содержание более крупных частиц существенно меньше и подавление их уноса после циклона охладителя значительно более эффективно: содержание частиц размером 2,5-5,0 мкм уменьшается в 15 раз, а частиц размером 10 мкм - более, чем в 45 раз.
Таким образом, применение усовершенствованной схемы охлаждения оборотной смеси, предполагающей подачу воды в охладитель под высоким давлением в виде распылённой мелко диспергированной влаги, обеспечивает снижение потерь глинистой составляющей более чем в два раза, повышение стабильности состава оборотной смеси; полное подавление уноса оборотной смеси из охладителя; уменьшение концентрации пыли в воздухе после циклона охладителя более, чем в 25 раз. Указанные преимущества опробованной схемы инвариантны к параметрам смесеприготовления (степени освежения, маркам песка, связующих и противопригарных материалов и т.п.), и поэтому она может быть применена в литейных цехах с автоматизированными системами смесеприготовления.
Учитывая тот факт, что из смесителя вентиляцией уносится некоторая доля освежающих компонентов, технологию подачи воды под высоким давлением целесообразно использовать в смесителе, т.к. распыленная мелко диспергированная вода, заполняя всё внутреннее пространство смесителя в виде тумана, будет контактировать с каждой крупинкой составляющих формовочной смеси, удерживая их от вентиляционного уноса и обеспечивая увлажнение глинистой оболочки на всех зернах. С целью совершенствования процесса увлажнения формовочной смеси и удержания в её составе активных составляющих мелкой фракции в смесителях смесеприготовительной системы применили технологию подачи воды под высоким давлением в виде распыленной мелко диспергированной влаги.
В производстве массового чугунного литья при подаче смеси из смесеприготовительного отделения на автоматические формовочные машины и обратно оборотной смеси после выбивки ленточные конвейеры транспортируют тысячи тонн формовочной смеси. Ленточные конвейеры взаимосвязаны между собой и представляют собой единую систему. В результате налипания на конвейерные ленты остатков смеси при ее возврате она просыпается под ролики ковейеров.
С целью определения технологических характеристик просыпи смеси, собранной из-под ленточного конвейера, проведены лабораторные исследования. Отобрана проба просыпи, собранная из-под конвейера. Результаты анализа приведены в табл. 3.
Просыпь имеет повышенную мелкую фракцию с высоким содержанием глины и углеродсодер-жащих составляющих. Результаты исследования показывают, что просыпь с ленточного конвейера имеет более высокие технологические характеристики. Так как материал чрезвычайно дисперсен и обладает повышенной активностью, он способствует дополнительной стабилизации технологических свойств смеси. Из-за просыпей, образующихся под ленточными конвейерами, в отвалы вывозится огромное количество ценных оборотных формовочных смесей. Для уменьшения потерь формовочного материала необходимы целенаправленные работы по устранению просыпей.
Таблица 3
Результаты анализа просыпи смеси_
Состав смеси
глинистая составляющая, % модуль мелкости активная глина, %
20,8 116,3 15,5
Свойства смеси (смесь предварительно перемешана в лабораторном смесителе до однородного состояния, затем добавлена вода)
Уплотняемость, % Прочность при сжатии, кгс/см2 Влажность, %
48 1,98 8,7
Гранулометрический состав
№ сито 2,5 1,6 1 063 04 0315 02 016 01 0063 005 Т
остаток,% вес 0 0 0 0 0,2 0,8 16,2 12,8 23,4 16,0 6,6 3,4
Сравнение свойств ПГС
Параметр Просыпь под лентой формовочная смесь с ленты(ср.знач.) По тех. требованию
- глинистая составляющая, % 20,8 11,33 10-14
- модуль мелкости 116,3 62,6 58-68
- содержание активной глины, % 15,5 7,6 более 6
На основании проведенного анализа рабочая группа подготовила предложения по совершенствованию процесса обслуживания ленточных конвейеров и ограничения образованию просыпей. Борьба с просыпями является немаловажной частью всего процесса смесеприготовления. С целью устранения потерь формовочных материалов в системе ленточных конвейеров проводится командная работа -кайдзен-блиц, предусматривающая непрерывное улучшение малыми шагами, не требующими значительных вложений.
Само определение «кайдзен» возникло в результате соединения двух слов: "кай" - "изменить", и "дзен" - "в сторону лучшего"[11]. Кайдзен-блиц проводился следующим образом: обслуживающий персонал выявляет проблему, технологическая служба изучает и разрабатывает карты отклонения или выдает техническое задание конструкторскому отделу. Конструкторский отдел разрабатывает проект. Ремонтный персонал на основании технической документации или карты устраняет отклонения.
В результате проведенных работ удалось сэкономить около 10%. дорогостоящих формовочных материалов.
С целью исключения роли человеческого фактора при контроле влажности формовочной смеси и совершенствования процесса изготовления форм в бункерах формовочных машин нижних и верхних полуформ на автоматической формовочной линии установили датчики влажности.
При реализации указанного технического решения получены положительные результаты по качеству формовочной смеси. Из данных на рис. 5 видно, что с установкой датчиков влажности в бункерах формовочных машин параметр формовочной смеси «влажность» стабилизировался, соответственно, выросло и качество отливок.
Журнал Форысвочиая сикь Параыетр Эг>аж»осгь % с 04 01 2021 го 31.10 2021
Данные до установки цатчина влажности
1
Данные после установки датчика влажности
Среди ее значение —
ХМ*
Ефег.'ч |день. глвсяц|
— — Зилисинв |
Рис. 5. График изменения значений параметра «влажность» формовочной смеси автоматической формовочной линии 415
После проведенных работ по совершенствованию процесса смесеприготовительной системы построили контрольную карту средних значений и размахов параметра формовочной смеси «уплотняемость» за исследуемый период - после совершенствования смесеприготовительной системы (рис. 6).
Производство ПЧЛ, АФЛ Характеристика -уплОтняёмОСть» Частота выборки 50—60 Объем выбора 1 П редельное значение 37—47 период календарного года
' 40 50 60 № ВО 00 IM 110 1» 1Э0 140 150
—= Расчетные предельные значения Х^ 41,84
R.= 1 sa
Сд » 1,76 Cw - 1,70
Норма > 1,33 Процесс стабилен
► 170 im 1во гоо гю но гэо яо 250 г» тто zso гоо эоо —- Технологические предельные значения [>, = 3,27 Ej=2,66 D, = 1,13
Р =1,47
Рис. 6. Контрольная карта за исследуемый период после совершенствования смесеприготовительной системы
Сравнительный анализ процесса смесеприготовления по параметру «уплотняемость» за исследуемые периоды до совершенствования смесеприготовительной системы и после совершенствования сме-сеприготовительной системы проводился по формуле (1):
Р(сов.смеси) (Ср(2)/Ср(1)+Срк(2)/Срк(1)+Рр(2)/Рр(1)+Ррк(2)/Ррк(1)) / 4, (1)
где Р(сов.смеси) - результат совершенствования смесеприготовительной системы; Ср(1) и Сед - индексы воспроизводимости процесса (до совершенствования); Ср(2) и Срк(2) - индексы воспроизводимости процесса (после совершенствования); Рр(1) и Ррвд - индексы пригодности процесса (до совершенствования); Рр(2) и Ррк(2) - индексы пригодности процесса (после совершенствования).
Проведенный сравнительный анализ показал, что качество формовочной смеси после улучшающих мероприятий по совершенствованию смесеприготовительной системы повысилось в 1,4 раза. Соответственно, стабилизация параметра «уплотняемость» формовочной смеси напрямую повлияла на качество отливок. В результате внедрения комплекса мероприятий, разработанных на основе принципов бережливости и включающих разработку и использование контрольных карт для конкретного массового чугунолитейного производства [12-14], получен синергетический эффект повышения качества чугунных отливок, выразившийся в снижении суммарного брака по всем дефектам в 2,5 раза.
Список литературы
1. Борсук П.А. Особенности структуры формовочных смесей // Литейщик России. 2015. №1. С.
28-30.
2. Евлампиев А.А. Общие положения и рекомендации при выборе процессов приготовления и составов формовочных смесей // Литейное производство. 2005. №8. С. 10-13.
3. Иоффе М.А. Исследование точности отливок методами математической статистики / М.А. Иоффе, О.А. Корнюшкин, Е.В. Алимов и др. // Технология электротехнического производства. 1983. №7. С. 1-2.
4. Фарисов Р.Д. Статистические методы управления процессами изготовления отливок в производстве чугунного литья ПАО «КАМАЗ» / Р.Д. Фарисов, М.Р. Хайруллин, Б.М. Морозов, Э.В. Панфилов, И.Ф. Хакимов // Труды XV Международного съезда литейщиков. М.: Российская ассоциация литейщиков, 2021. 386 с.
5. Фарисов Р.Д. Модель постоянного повышения эффективности массового чугунолитейного производства по циклу Деминга / Р.Д. Фарисов, М.А. Иоффе // Литейщик России. 2020. №10. С. 15-18.
6. Управление качеством продукции. Инструменты и методы менеджмента качества: учебное пособие / С.В. Пономарев, С.В. Мищенко, В.Я. Белобрагин, В.А. Самородов, Б.И. Герасимов, А.В. Трофимов, С.А. Пахомова, О.С. Пономарева. М.: РИА «Стандарты и качество». 2005. 248 с.
7. Иоффе М.А., Фарисов Р.Д. Принципы синергии и бережливости в массовом чугунолитейном производстве: монография. Казань: Бук, 2020. 104 с.
8. Формовочные материалы и технология литейной формы: Справочник / С.С. Жуковский, Г.А. Анисович, Н.И. Давыдов и др.; под общ. ред. С.С. Жуковского. М.: Машиностроение, 1993. 432 с.
9. Иоффе М.А., Фарисов Р.Д., Митяев Д.А., Громак В.А. Совершенствование процесса подготовки оборотных песчано-глинистых смесей // Литейщик России. 2020. №1. С. 31-34.
10. Организация металлургического эксперимента. Учебное пособие для вузов. Г.В. Белай, В.В. Дембовский, О.В. Соценко / подред. В.В. Дембовского. М.: Металлургия, 1993. 256 с.
416
11. Вумек Джеймс П., Бережливое производство: Как избавиться от потерь и добиться процветания вашей компании / Вумек Джеймс П., Джонс Дэниел Т. Пер.с анг. 2-е изд. М.: Альпина Бизнес Букс, 2005. 473 с.
12. Фарисов Р.Д., Иоффе М.А., Козловский В.Н. Повышение эффективности чугунолитейного производства и качества отливок. Роль синтеза принципов бережливости и синергетики // Стандарты и качество. 2022. № 9. С. 64-70.
13. Козловский В.Н., Благовещенский Д.И., Айдаров Д.В., Панюков Д.И., Фарисов Р.Д. Концепция методологии комплексной программы улучшений // Стандарты и качество. 2022. № 7. С. 36-42.
14. Козловский В.Н., Благовещенский Д.И., Панюков Д.И., Гафаров Р.Р. Цифровизация и проблемы трудовых коллективов роли и ответственность // Стандарты и качество. 2022. № 1. С. 94-98.
Фарисов Рисун Данифович, канд. техн. наук, главный специалист, [email protected], Россия, Набережные Челны, ПАО «КАМАЗ»,
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Иоффе Михаил Александрович, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, ООО «Литье-Сервис»
IMPROVEMENT OF THE PROCESS OF GREASE PREPARATION IN MASS FOUNDRY PRODUCTION
R.D. Farisov, V.N. Kozlovsky, M.A. Ioffe
Using statistical analysis, it was found that the quality of castings in mass foundry production depends on the properties of the sand. An example of improving the technology of preparing a sand-clay mixture using quality tools adapted to the conditions of mass foundry production, based on the principles of thrift, is given.
Key words: Mass foundry production, casting, sand preparation, quality, statistical control methods, lean manufacturing, finely dispersed moisture, control charts, effect.
Farisov Risun Danifovich, candidate of technical sciences, chief specialist, [email protected], Russia, Naberezhnye Chelny, KAMAZ,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Ioffe Mikhail Alexandrovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Litye-Servis LLC
УДК 65.015
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-417-420
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ БЕРЕЖЛИВОГО ПРОИЗВОДСТВА В РАБОТЕ ОТДЕЛА ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
А.Д. Янковская
В статье рассматривается возможность применения методов бережливого производства в работе отдела технического контроля промышленного предприятия. Восемь видов потерь при производстве преобразованы в восемь видов потерь при контроле. Даны рекомендации по устранению данных потерь при помощи инструментов бережливого производства.
Ключевые слова: бережливое производство, контроль, измерения, потери, инструменты бережливого производства.
В настоящее время в условиях высококонкурентного рынка повышение производительности имеет важнейшее значение для обеспечения устойчивости бизнеса и повышения конкурентоспособности компании. Руководство каждого предприятия ставит перед собой задачу повысить эффективность работы организации, снизить затраты и увеличить количество выпускаемой продукции. С этой целью компании обращаются к концепции бережливого производства, то есть концепции управления производственным предприятием, основанной на постоянном стремлении к устранению всех видов потерь.
Внедрение бережливого производства на промышленных предприятиях - один из трендов отечественного экономического развития. Однако все разработки, касающиеся бережливого производства, относятся в основном непосредственно к производственному процессу. Это происходит в связи с тем, что именно в производственных цехах создается ценность.
417
