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航空工业中热处理过程质量控制

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摘 要航空工业中为了适应航空产品减轻重量、提高使用性能的要求,绝大多数航空金属零件都要进行热处理,以获得高的比强度和良好的综合性能,航空零件的热处理决定了零件的内在质量,直接影响零件的加工性和使用性,在航空工业生产中热处理占有及其重要的地位。而如何实施热处理过程质量控制,确保热处理后零件产品的质量显得尤为重要。本文从热处理过程质量控制的人、机、料、法、环、测等影响要素的控制入手,提出了热处理过程质量控制点及热处理过程质量重点控制内容,并对热处理过程质量控制中存在问题及改进措施进行了说明,为提升航空工业中热处理过程质量控制水平提供了思路。 


前言


金属材料热处理是重要的航空制造技术之一,它对航空产品的性能、质量和寿命起着举足轻重的作用。为了适应航空产品减轻重量、提高使用性能的要求,绝大多数航空金属零件都要进行热处理,以获得高的比强度和良好的综合性能[1]。航空零件的热处理决定了零件的内在质量,直接影响零件的加工性和使用性,热处理的不合格零件不仅仅造成了生产原料的浪费,更重要的是存在严重的隐患,而安全可靠是航空产品追求的另一个目标,热处理质量对航空产品的可靠性将产生重大影响。因此,在航空工业生产中热处理占有及其重要的地位。而如何实施热处理过程质量控制,确保热处理后航空零件产品的质量显得尤为重要。 


热处理过程质量控制的六个影响因素控制


1.1 人员控制 


从事热处理工作的人员应该具备热处理理论知识和实际操作技能,并通过职业资格鉴定取得上岗证。人员控制方面要转变传统的检验人员被动把关的质量保证观念,应树立全员参与、全过程控制、全面管理的过程质量管理思路和观念。


1.2 设备与仪表控制


热处理零件加工是通过热处理设备来实现,热处理工艺参数是通过相应的热电偶、温度控制仪表、温度记录仪表、真空度仪表等来控制和记录,因此热处理设备和仪表的等级很大程度上决定了热处理零件的加工质量。 


1.3 零件原材料和工艺材料控制


优质的材料是热处理质量控制的最初保证,如果钢材本身存在着各种缺陷和问题,就可能在热处理时被扩大或者引发热处理缺陷和问题,从而影响热处理质量。热处理工艺材料是指在热处理生产过程中使用,对零件热处理质量影响很大的材料,它包括热处理用盐、淬火介质、保护气体等。如表1所示为常见槽液定期分析技术要求。 



1.4 文件资料以及工艺控制 


1)文件资料控制。航空热处理零件的生产都必须严格按相关型号技术条件和标准及工艺规程进行,并做好质量原始记录。相关技术文件和质量原始记录是质量管理必不可少的根据,是提高和改进质量的信息来源,一旦发生质量事故,可以据此进行质量跟踪和问题的处理。 


2)工艺控制。首先,根据不同的材料、技术要求,选择合适的热处理设备。其次,根据零件的加工等级来决定是否需要用到热处理夹具。最后,根据工艺、材料、标准等,根据零件的大小、形状等,编制热处理工艺规程指导零件热处理和检验,在标准中,如果对材料没有明确说明,则要参照材料的特性、实验数据,选择相应的热处理工艺。 


1.5 热处理环境控制 


与热处理相关的环境因素主要有生产现场的温度、湿度、噪音、振动、照明和现场污染程度等。各种仪表应远离灰尘、腐蚀性烟气和振动不大的地方,环境温度(热处理作业温度应不低于10℃,检验室的温度应不低于15℃)符合仪表要求,还要做好现场的整理、整顿和清扫工作,搞好文明生产。


1.6 检测过程控制


检测过程不仅包括炉温均匀性检测、设备仪器仪表检测等,还包括热处理零件检测设备(硬度计等)的校验和定检。根据设备类型进行了分类管理,有效地确保了热处理生产现场仪器、仪表及检测设备的有效性,对于未在有效期内的器具禁止在过程中使用。 


热处理过程质量控制点的设置 


质量控制点是指为保证工艺过程质量稳定而设置的重点控制对象、关键部位或薄弱环节。对热处理生产过程中需要重点控制的质量特性进行控制,只有抓住了热处理生产线上质量控制的重点内容,才算抓住了热处理质量管理的要害,然后通过抓重点带一般来保证整条热处理生产线的产品质量稳定和提高。因此,正确设置热处理质量控制点,是做好热处理生产现场质量管理的前提。 


2.1 热处理质量控制点设置依据 


热处理检验工序设置的主要依据包括但不限于以下内容:


1) 产品图样或数模、技术条件、试验任务书等设计文件。 


2) 工艺总方案、零件供应状态表等工艺文件。 


3) 热处理有关的标准(如:HB 5013GJB509B等)、材料规范等。 


4) 有关的质量管理程序等。 


5) 顾客要求等。 


2.2 热处理过程质量控制点设置一般原则


一般对热处理产品性能、精度、安全、寿命、可靠性、安全性等有直接影响的质量特性。控制点的设置要结合工艺流程、工艺水平、操作经验以及操作工人的熟练程度等具体情况来确定。热处理质量控制点设置一般原则如下: 


1)零件热处理前应设置检验工序。


2)有工艺参数控制要求的工序应进行专检。


3)具有热处理关键或重要特性的工序应进行专检。 


4)有热处理变形量控制要求的工序应进行专检。


5)有显微组织检查、力学性能、硬度检测、电导率等要求的工序应进行专检。 


6)热处理产品移交工序前应设置检验工序。 


7)热处理产品完工后应设置终检工序。 


8)热处理工序过程包含公司相关技术文件要求应由检验部门检查的内容应进行专检。 


9)根据热处理产品质量的稳定性、下游单位及顾客反馈质量问题等其它要素,在热处理过程中可适当增加或减少热处理专检的设置。 


热处理过程质量重点控制内容 


结合自身日常热处理质量控制工作实际和工艺纪律检查及审核、审计等对热处理过程质量重点控制内容进行了梳理,确定了热处理重点控制对象,主要内容如下:


1) 热处理零件的接收。零件产品转入热处理车间应清点零件数量,检查零件表面状态,对于热处理来说,应该关注零件及随炉试样的标识、尺寸等,确保产品批次的可追溯性。文件资料等应填写准确,检验印章齐全有效,保证质量信息填写的完整性。


2) 设备。热处理生产现场所使用的热处理炉、仪器、仪表,检验设备等,按要求定期进行检定和校准。校准状态标识清晰、准确,以确保过程工艺参数及检测数据的准确性。


3) 热处理工艺参数。加热温度、加热保温时间、冷却速度等选择合理。


4) 零件装夹、摆放。零件的装夹和摆放要确保零加热介质和冷却介质流通,同时尽量减小零件加热和冷却过程中的变形和产生应力。具体要求需要在指令或车间操作文件中进行明确,必要时要求绘制零件热处理吊挂图。


5) 周期性试验机监控。严格按照工艺文件和技术条件及相关标准对热处理用盐、淬火介质、保护气体、烘炉要求等进行定期检测和监控,检测结果应满足相关文件要求后方可进行热处理生产。


6) 热处理生产过程确认的控制。对特殊过程确认的准则进行评审;对所使用的设备进行认可;对过程的相关人员资格进行鉴定;准确记录确认过程相关记录;当生产条件(如材料、设施、人员等)发生变化时,应对特殊过程进行再确认。 


7) 质量记录的管控。热处理生产过程中的产品制造记录、理化试验报告、温度时间记录表盘、槽液周期报告等记录较多,日常应建立严格的审查及归档制度,每月应定期对热处理过程中产生的记录进行审查和归档及存储,以便于信息查询及问题追溯。


热处理过程质量控制中存在问题及改进措施


4.1 存在问题 


热处理过程质量控制中存在的主要问题如下: 


1)从事热处理相关工作人员新老交替,各工种人员专业技能水平有待提升。

2)热处理生产厂老旧设备较多,故障率较高,且独生子设备较多,往往因为一台热处理设备出现问题耽误生产周期,影响科研及批生产任务,新设备及新工艺应用不足。


3)热处理产品入厂验收把控不严,导致热处理后质量问题频繁发生。


4)纸质质量记录较多,无纸化程度较低,记录容易出错,审核、审计时易出问题,归档压力较大。


5)热处理质量控制过程未实现全员参与,目前被被动仍依靠检验人员进行看管,自主质量控制并未实现。


4.2 改进措施 


针对热处理过程质量控制中存在问题的改进措施如下: 


1)做好人员需求计划,做好人力资源管理及储备,定期组织专业培训,并经过资格考核,提升各工种人员专业技能水平。 


2)努力改善生产作业环境。对直接影响热处理产品质量的过程设备进行重点监控,适时安排设备维修及养护工作,积极采用先进的热处理技术,开展新设备及新工艺应用的调研和引进工作,组建热处理自动化生产线等。 


3)加强热处理产品入厂验收控制,严格按照工艺文件进行热处理产品的入厂验收工作(包括:零件外形、表面质量、几何尺寸、随炉试料等),减少了热处理后质量问题的发生,提高了生产效率。 


4)尽快实现质量记录的无纸化,实现质量记录的信息化管理,避免操作者及检验员出现记录错误问题,减轻记录归档压力,保证审核、审计工作顺利通过。


5)实现热处理产品检验工序设置,明确热处理过程控制要求的,实现热处理过程质量的自主控制。健全奖惩机制,促进全员参与质量控制当中,充分调动广大职工的积极性,从装炉、热处理到交检、移交等做到人人都能关心质量,达到全员参与。


结论 


热处理质量控制是航空零部件制造过程中极为重要的一个环节,应以热处理相关标准为准则,从人、机、料、法、环、测等影响热处理过程控制质量各要素的控制入手,实行以预防为主,进行热处理质量控制点设置,关注热处理质量控制过程中重点控制内容,积极采取热处理过程自主质量控制,改变过去传统的单纯靠最终检验被动把关来保证质量的观念和制度,实现预防与检验结合的自主控制质量保证模式,把重点转移到质量形成过程的控制上来,努力提升航空零部件热处理产品质量,促进航空产品整体质量的提升。 


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