浅谈铸件检验过程关键质量特性的识别和控制

（共享装备股份有限公司，宁夏 银川 750021）

关键字：检验过程；铸件检验；关键质量特性

作为工业基础的铸件包括铸铁件、铸钢件、合金铸件、特种铸件等几大类，又根据具体的使用范围进行了不同的分类。由于铸件使用广泛，涉及的领域比较广泛，铸件使用的环境等对于铸件的要求也不尽相同，但总体上每一种铸件在其具体的使用领域都有其相关的接受标准。在铸件生产过程中对工艺设计、模型制作、铸造过程以及检验过程采取有效的控制手段可以满足铸件的接受标准和顾客的使用要求。本文对于铸铁件检验过程关键质量特性识别进行论述。

1 铸件材质要求的识别和控制

1.1 铸件材质要求的识别

对铸件本身使用性能进行控制，使铸件各项性能达到一定的要求是满足顾客最终产品使用要求的基本条件。由于不同铸件使用要求不同，材质要求也不同。通常，铸件材质根据使用性能、断口特征以及成分特征，比较常见有灰铸铁、球墨铸铁以及蠕墨铸铁等不同铸件产品，材质要求包括化学成分、机械性能、金相组织、硬度、冲击性能等要求。在铸件检验阶段，需要明确识别各项性能检测的要求和可接受标准。在铸件材质要求识别过程中，根据材质的不同牌号要求可形成内部可控的标准，便于对比分析，加强材料性能控制。同时，在材料识别中要注意由于每个顾客所使用的规范标准的不同，材料表示的也不一样，这就要求了解各国标准的表示方式，例如，灰铸铁和球墨铸铁的材质牌号为例对照如表1 所示。

表1 常用铸铁材质在不同标准下的牌号对照

1.2 铸件材质要求的控制

常见的球墨铸铁件和灰铸铁件材质化学成分的控制要点在于C、Si、Mn、P、S 等五大元素的含量。根据产品组织、性能要求不同，所对应的重要元素控制范围不同。在铸件材质要求的控制过程中，依照铸件生产流程，重点从熔炼工艺配比参数设计、原材料采购及入厂检验、原材料分类存放管理、熔化浇注过程以及产品最终产品材质要求的检测控制等基础方面采取检验控制措施。在熔炼工艺设计初期，应提前策划考虑过程潜在风险，对整个过程可依照FMEA 要求进行识别和采取措施控制。同时，在原材料采购和入厂控制时，通常根据所覆盖的材质牌号，设定企业内部原材料标准，并对采购的原材料进行入厂抽样检测，从而保证原材料的质量。由于不同顾客材质要求不同，除控制基础五大元素外，还需要控制其他合金元素。因此，在原材料管理上应对不同原材料进行分类标识、存放，避免混料造成的熔化过程控制难度增加，影响产品最终的材质要求。

2 尺寸形状的要求识别和控制

2.1 尺寸形状的识别

满足铸件基本性能要求的同时，铸件尺寸要求是铸件加工和装配过程中的重要特性。尺寸是用适当的测量单位标识的数值，用来定义产品的大小、位置、方向、形状或几何形状特性以及精度的要求。因此尺寸是否符合顾客要求也是一项关键的检验要求，而其中的一部分尺寸需要被重点识别出作为关键质量特性进行重点控制。由于铸件使用用途不一样，对于手工砂型铸造，通常铸件的尺寸公差一般要求为GB CT11～CT14 级，对于一些要求高、使用金属模制作的铸件来说公差在CT8～CT10 级。在进行铸件检验时，对于尺寸接受标准需要特别注意。由于有相当一部分是日本、美国、欧洲的客户这样他们一般都使用部分本国标准或者国际标准。因此，在铸件检验阶段必须明确规范要求，同时核对标准的差异，准确理解、严格执行，确保顾客要求。对于铸件关键尺寸特性，通常顾客会在图纸中进行定义（如图1 所示），在检验时需要准确读取尺寸公差要求，确认是界限公差还是加减公差。在铸件检验阶段，除识别尺寸特性外，需要对图纸中相关引用标准、注释、图纸说明进行识别理解。特别要注意的是，在图纸识别时，需要准确识别图纸是采用第一角投影还是第三角投影法（正射投影）制图，否则会导致铸件在生产和检验过程出现不可避免的尺寸问题。

图1 某铸件产品关键尺寸特性标识

2.2 尺寸精度控制

保证铸件尺寸精度的关键是前期模型的制作。在制作模型时，为满足铸件的尺寸控制精度要求，对于铸造工艺设计要求需要准确识别相关的要求。顾客提供的图纸有的是加工图纸、有的是铸件图纸，对于这两种图纸在制作工艺时要考虑加工量公差要求。

2.2.1 铸造图纸尺寸标识

铸造图纸有时也会标出如图2 所示的标注方式，这也是在设计检验时的重点检验尺寸。例如：φ74、φ94、φ106、φ，高度尺寸，中心102.7±1 等给出特殊标记的尺寸时，必须读懂设计的意思才能更好满足设计的要求。其中φ74、φ94、φ106、φ，表示孔的直径在加工时，要求最大直径不能超过尺寸φ74、φ94 等，给出的下公差就是最大的加工量的要求；高度尺寸，即要求了一侧加工量的要求，又要求了毛坯的装配的重要性；中心102.7±1，给出了中心的位移尺寸。

图2 某压缩机铸件直径、高度尺寸标注示意图

生产时必须要根据顾客给出的尺寸要求去合理制作模型，这些尺寸如果不加考虑，将模型按照普通的通用公差制作时，就会出现铸件尺寸由于模型、操作等原因造成尺寸过大甚至过小，这样就会引起尺寸将来控制的偏差，甚至会影响到顾客的加工、装配等各种问题。为此应该在模型制作时就根据图纸上的尺寸规范要求，对于关键、特殊标注的尺寸给予特定的制作，对于图纸中的注释必须进行全面的了解。

2.2.2 铸件加工基准和尺寸检验控制

对铸件进行加工基准尺寸的设计和检验时，应该在模型制作中就考虑到，而且尽最大可能将其设计在外模上，由砂型来保证，避免由型芯形成其相关尺寸。因为砂型相对于型芯是比较固定的，不易出现砂芯偏移等问题。这就要求产品在初期检验策划和工艺策划时，工艺人员必须要关注图纸尺寸，熟悉图纸的要求，合理设计制作工艺，保证后期产品的检验要求。

当前，产品加工已经采用智能化、无人操作的加工中心进行加工，这就对砂型铸件的一致性提出了更高的质量要求。在工艺设计之初必须和客户确认产品加工支顶的要求，避免将这些重要的面出现芯子等易变的位置上，如图3 所示。而且，当前由于很多顾客产品已经趋于采用3D 模型图进行整个尺寸控制，逐步取代了二维产品图，在产品和设计制作时以3D 模型图为准，这就提高了对铸件的尺寸检验要求。对此在产品尺寸检验时可采用单臂数模测量壁进行检验，甚至采用更高级的扫描拍照的方法进行检验以确保产品的质量，如图4 所示。

图3 压缩机铸件加工支顶位置示意图

尺寸检验中往往容易被忽略的R 角问题仍然是关键检验特性之一。由于铸件的结构、形状要求必然需要有衔接，而且铸造过程中会有残余的应力，如果在一些结构复杂、圆弧相接多的地方不做R角，就会出现铸件裂纹，这是一个比较严重的问题。所以设计之初、检验时都必须将其作为重点的检验项。

综上所述铸件的尺寸检验关键就是熟悉尺寸精度要求，读懂图纸特殊标记，考虑模型的制作精度，保证砂型的一致性、稳定性。

图4 某压缩机产品尺寸扫描结果示意图

3 外观质量要求的识别和控制

3.1 外观质量的识别

检验中另一个常规检验就是铸件的外观检验。由于铸造的特殊性，其比较容易产生夹砂、夹渣、气孔、冷隔、裂纹、融合不良等一系列的铸造缺陷。对于铸造检验来说必须要分清这些缺陷是否影响顾客的使用，哪些缺陷是不可接受的，比如裂纹、融合不良等缺陷。由于铸件的使用要求不一致，铸件外观检验标准和要求也不一致。通常采用标准的对比样块进行铸件外观的检验确认，如图5 所示。

图5 常见的铸铁件外观比较样块

3.2 外观质量的控制

在铸件外观检验时，应配备相关检验工具，如光强大于1000 勒克司（lux）的照明工具、卷尺、游标卡尺、镜子等。对于结构复杂的内腔必要时可借助工业内窥镜进行检验确认。铸造企业为了控制外观质量检测要求，通常可以建立相关产品的外观对照标准册或外观检测记录卡片；对于特殊外观要求产品，必要时建立图文并茂的作业指导书，如图6 所示典型外观缺陷示意图，用于过程质量控制。为减少铸件外观缺陷，通常通过重点控制模具表面质量、砂型紧实度、型砂表面涂层的厚度、或选用一些特定的涂料等来减少铸件的外观缺陷。

4 内在质量的识别和控制

4.1 内在质量的识别

图6 典型外观缺陷示意图

在铸件产品设计、铸造工艺设计、产品开发以及质量检验策划过程中，可以识别出铸件产品内在质量的关键控制点及其对应的关键控制参数。通常铸件内在缺陷主要有缩松、夹渣、夹砂、皮下气孔等。这些缺陷的存在影响产品使用性能，如果不能准确判断其尺寸或面积大小，产品在使用过程中可能会失效而造成重大经济和成本损失。由于铸件的特殊要求，以及顾客对铸件内部的质量要求，通常顾客会明确相关内在缺陷的无损检验要求。

4.2 内在质量的控制

如何判定铸件的内在缺陷是对铸件使用有影响，一般情况下可通过结合铸件的精加工图纸及装配图纸要求，与对应的加工或装配位置的缺陷数据综合判定缺陷的影响程度。而铸件产品内在质量检验可以通过无损检测和有损检测两种方法进行。例如球墨铸铁产品可以采用UT（超声波检验）进行内在缺陷检测，而灰铸铁由于其组织的特殊性，不能采用超声波进行内在缺陷的检测。对于大多数铸铁产品通常都可以采用PT（渗透检验）、MT（磁粉探伤）对其表面和近表面的缺陷进行检测判断。而RT（射线探伤）由于其本身检测成本较高，通常对于铸件产品首件或样件进行关键区域的检测，当前，用于对部分客户由于其铸件产品的特殊使用要求，需要对整体铸件100%射线检测，铸件产品质量要求已经超出了当前铸件产品的通用要求，企业在进行相关产品检测时，可以协商使用UT 或试加工解剖等破坏性检测手段代替射线检测，降低企业的检测成本。通过有效的检验手段来确保产品的最终质量，使产品满足使用要求。

5 结束语

铸件检验涉及的要求及控制项目相对比较繁杂，为了满足铸件特定技术要求以及使用安全要求，通过在铸件检验过中对各关键节点的特性和控制要求进行识别，从而通过对铸件产品检验过程进行合理前期策划，利用合理的、经济的以及各种先进的检测设备和检测手段提升检验能力和检测准确性，可以有效保证产品最终质量，满足顾客需求。