制造全過程質(zhì)量控制技術(shù)

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2007-12-16 17:02:08點擊率：

    一、技術(shù)概述
    制造全過程質(zhì)量控制技術(shù)是一種既包括生產(chǎn)技術(shù)，又包括生產(chǎn)質(zhì)量管理的系統(tǒng)工程。實現(xiàn)制造全過程的質(zhì)量控制其內(nèi)涵包括兩個方面。一是要保證優(yōu)化工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，二是要保證穩(wěn)定不變的工藝條件，得到分散度極小的均一產(chǎn)品質(zhì)量。制造全過程質(zhì)量控制不僅要靠生產(chǎn)過程的自動化、工藝參數(shù)的在線控制、生產(chǎn)工藝參數(shù)對工藝效果的模擬優(yōu)化來實現(xiàn)，而且還必須盡可能控制過程的智能化，這是當前質(zhì)量控制技術(shù)發(fā)展的主要方向。
二、現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢
    1.國內(nèi)外現(xiàn)狀
    隨著計算機技術(shù)的提高和普及，智能控制技術(shù)迅猛發(fā)展，為成形與改善生產(chǎn)技術(shù)的質(zhì)量控制的實際應用打下了基礎。目前各工業(yè)國家都相繼建立了專門的科研機構(gòu)，成立了相應的學術(shù)團體，出版了有關(guān)的刊物和專著。以熱處理生產(chǎn)的智能控制為例，我國上海交通大學近二十年來在熱處理計算機模擬與智能化理論和實踐方面取得了矚目成就，國家機械工業(yè)局北京機電研究所已建立的數(shù)據(jù)庫和專家決策系統(tǒng)以及當前開展的材料熱處理組織和性能模擬技術(shù)的研究開發(fā)亦獲得了明顯成績。1995年，國際熱處理與表面工程聯(lián)合會（IFHT）增設了熱處理智能化技術(shù)委員會，我國上海交通大學潘建生教授擔任首任主席。
    熱處理工藝數(shù)據(jù)庫和專家決策系統(tǒng)的建立，為實現(xiàn)熱處理質(zhì)量控制創(chuàng)造了條件。早在七十年代初，美國金屬學會（ASM）、英國的沃爾夫遜熱處理中心（Wolfson Heat Treatment Center）以及原南斯拉夫（現(xiàn)克羅地亞）都相繼建立了材料與熱處理數(shù)據(jù)庫，做到了可以根據(jù)機件熱處理后力學性能要求進行計算機輔助選材，或已知材料和熱處理工藝預見的組織和性能。隨后歐美、日本等先進工業(yè)國家開發(fā)出用計算機對各種熱處理工藝過程的控制技術(shù)，開展了計算機控制下的工藝參數(shù)數(shù)模控制技術(shù)研究，并在生產(chǎn)中獲得了應用。目前國際知名廠家的許多連續(xù)式和周期式熱處理生產(chǎn)線都采取了用可編程控制器（Programable Controller）或微處理機的單控或群控，使整個生產(chǎn)工藝過程、爐氣碳勢、氮勢以及其濃度沿深度的分布規(guī)律都能實現(xiàn)按預定的要求嚴格控制。我國的科研院所、大專院校、汽車行業(yè)的一些大廠在消化吸收引進技術(shù)和自行開發(fā)的基礎上已基本掌握了這些先進技術(shù)。當前，在熱處理界已開創(chuàng)了一個廣泛利用計算機實現(xiàn)質(zhì)量控制的新時代。
    2.發(fā)展趨勢
    質(zhì)量控制技術(shù)發(fā)展的前沿突出表現(xiàn)在以下四個方面：
    （1）質(zhì)量在線控制技術(shù)
    熱處理質(zhì)量的在線控制技術(shù)中溫度、時間和爐氣成分是基本的控制參數(shù)。在溫度控制方面，國內(nèi)外已廣泛采用可控硅控溫技術(shù)，結(jié)合PID儀表可使熱過程溫度控制在相當精確范圍。對于大型零件和大裝爐量的熱處理和鍛造加熱過程，在整爐工件的真空加熱中目前已采用專用儀表、可編程控制器、微處理機等實現(xiàn)按工藝要求規(guī)定溫度變化規(guī)律（加熱速度、保溫臺階、保溫時間、隨爐冷速、氣冷冷速等）施行加熱和冷卻，并可在工藝過程的自始至終實現(xiàn)時溫度的跟蹤。在爐氣控制方面，從傳感器角度在國內(nèi)外都經(jīng)歷了一個露點法——紅外儀——氧探頭的發(fā)展過程。目前在吸熱式氣氛、氮基合成氣氛和滴注式氣氛中滲碳，利用氧探頭作傳感器，在嚴格控制爐溫和爐氣良好筆循環(huán)的前提下可以使爐氣碳勢（鋼表面含碳量）達到±0.05～0.02%的精度。利用微處理機對溫度、爐氣碳勢、強滲與擴散時間的精確控制，現(xiàn)在國內(nèi)外都可以實現(xiàn)表面碳含量、滲層深度、滲層碳濃度梯度按一定規(guī)律分布的質(zhì)量的在線控制。
    對于熱處理質(zhì)量的在線控制技術(shù)，目前迫切需要考慮的是直生式可近期氣氛滲碳時的碳勢精確控制、甲醇—氫—丙酮（煤油）合成氣氛滲碳時的工件表面碳濃度分布的自適應控制，鍛熱淬火生產(chǎn)線溫度的在線控制，鍛模和沖壓模磨損量在線監(jiān)測等。
    （2）無損檢測與評價技術(shù)
    對零件質(zhì)量和內(nèi)部缺陷進行100%的無損檢測是先進制造技術(shù)質(zhì)量控制的發(fā)展趨向之一，電、磁、聲、光等物理學的進步給無損檢測技術(shù)以極大的推動，同時由于航空、宇航、核電等工業(yè)的高速發(fā)展，促使了無損檢測技術(shù)的飛躍。在無損探傷技術(shù)中除了常用的射線、超聲波、磁力、電磁感應（渦流）、滲透（熒光、著色）等方法外，近代不斷涌現(xiàn)的無損探傷技術(shù)有電子透射照相法、高能X射線法、射線層析照相法、光學全息法、超聲全息法、紅外測試法、微波測試法等。材料和零件性能的無損檢測方法中包括有剩磁法、矯頑力法、渦流法、磁噪聲法（巴克森效應法）、高次諧波法、超聲散射回波法以及聲發(fā)射法等。
    國外十分注重在線無損檢測的應用，以檢查管材、型材表面和表面層下缺陷的渦流探傷法為例，德國FORSTER研究所已開發(fā)出Φ2～30mm管板材渦流自動檢測系統(tǒng)，檢測速度達到4m/s，大靈敏度30μm。該研究所還開發(fā)出旋轉(zhuǎn)式和穿過式探頭系列產(chǎn)品，系列化、產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)已相當成熟。國內(nèi)近20年來引進了包括傳統(tǒng)渦流檢測系統(tǒng)、遠場渦流、滲層渦流、多頻渦流、預多頻渦流在內(nèi)的多項技術(shù)和設備儀器，不少單位也自行開發(fā)了此類技術(shù)，但成熟性不高，引進設備使用好的也不多，大多不能在生產(chǎn)線上正常運行。
    在無損檢測的前沿課題中，生產(chǎn)迫切需要解決的有鐵磁性管、棒、絲狀材料多維渦流檢測方法和設備，感應加熱表面淬硬層、滲碳淬硬層深度的無損檢測方法和設備，批量生產(chǎn)零件熱處理后硬度的在線無損檢測方法和設備，厚壁容器焊接過程實時檢測缺陷圖像處理與顯示，大批量生產(chǎn)球墨兒鐵零件球比率及基體組織的在線無損檢測系統(tǒng)，高分辨力X射線在線無損檢測系統(tǒng)等。
    （3）統(tǒng)計過程控制（SPC）技術(shù)
    統(tǒng)計過程控制（SPC）技術(shù)是集生產(chǎn)技術(shù)與科學管理于一體的現(xiàn)代質(zhì)量管理技術(shù)，在此方向?qū)儆谇把丶夹g(shù)的有：滲碳淬火SPC質(zhì)量控制、精密成形（壓鑄、精鍛等）SPC質(zhì)量控制和熱處理畸變的SPC質(zhì)量控制等。
    人類的生產(chǎn)過程對于產(chǎn)品質(zhì)量的控制經(jīng)歷了以下七個步驟：①調(diào)查了解產(chǎn)品終質(zhì)量情況；②分析個別明顯影響質(zhì)量的因素；③靠人工調(diào)節(jié)控制這些因素的變化；④自動控制這些影響因素；⑤用統(tǒng)計方法獲得生產(chǎn)效果連續(xù)變化的規(guī)律；⑥全面調(diào)查了解影響質(zhì)量的其它次要因素；⑦考慮所有因素，建立完整的理論模型用以控制整個生產(chǎn)過程，得到100%的優(yōu)質(zhì)合格產(chǎn)品。目前國際上不少工業(yè)先進國家的企業(yè)已開始試行第七個步驟的SPC生產(chǎn)，據(jù)報道SPC技術(shù)已在熱處理生產(chǎn)中突出地產(chǎn)生了效果。美國FORD公司、DONA公司、英國BLANDBURGH NENO熱處理廠都在研究SPC技術(shù)用于熱處理的質(zhì)量控制。美國PENNSYLVANIA METALLURGICAL公司在1018鋼件碳氮共滲過程中初有25%工件超過要求深度上限（0.46MM），有0.83%的工件達不到滲層下限（0.20MM），通過統(tǒng)計過程分析，改進了工藝，采取了縮短共滲時間、降低爐氣碳勢、改進料筐、改善爐氣循環(huán)等措施，使超過上限的工件減少到2.9%，低于下限的工件為0.01%。
    我國成形與改性生產(chǎn)的質(zhì)量控制過程當前只限于第1～3步驟，個別企業(yè)實現(xiàn)了個別影響因素的自動控制，尚談不到SPC技術(shù)的系統(tǒng)研究開發(fā)和應用。
    （4）精密傳感技術(shù)
    在機械制造熱加工成形和改性技術(shù)中使用普遍的是溫度傳感器，在溫度傳感器中當前突出的是在高溫、特種氣氛、特別液體中工作的測溫元件，如在高溫還原性和滲碳性氣氛、高溫高真空、高溫液態(tài)金屬、熔鹽中長期工作的熱電偶。其次是高精確度長壽命、可測量爐氣微量氧和碳勢的氧化鋯氧濃差電池（氧探頭），感知材料電磁特性微小變化，從而測出材料性能（硬度、強度、組織缺陷）變化的電磁感應器和顯視儀表。還有發(fā)射超高頻聲波、具有高靈敏接收背散射聲波能力的探頭，感知淬火介質(zhì)冷卻烈度、氣液流量、壓強、校正施壓等精密傳感元件。
    國際上90年代以硅為基材，采用微機械加工技術(shù)制造的各種傳感器發(fā)展快，應用微處理器技術(shù)的光學和固態(tài)傳感器也已被廣泛應用，傳感器和執(zhí)行器一體化是今后的重點發(fā)展方向，尺寸更微型化、價格更便宜和性能更可靠是傳感器發(fā)展的主要趨勢。
    80年代以來，我國的敏感元器件及傳感器的開發(fā)和生產(chǎn)已形成產(chǎn)業(yè)，1990年的產(chǎn)值已達7.7億元，高溫熱電偶、氧探頭、熱敏、光敏、氣敏、濕敏、氣壓元件等國內(nèi)都已掌握制造，有產(chǎn)品供應。但這些國產(chǎn)傳感器的靈敏度一般比較低，尤其是可靠性差，使用壽命低，某些傳感器規(guī)格不全，不能滿足生產(chǎn)需要，和先進工業(yè)國家比較尚有10～20年的差距。
三、“十五”目標及主要研究內(nèi)容
    1.目標
    （1）以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、無污染、高可靠性為出發(fā)點，掌握成形與改性加工的在線質(zhì)量控制技術(shù)；在批量生產(chǎn)條件下盡可能推廣使用各種在線質(zhì)量控制技術(shù)；在汽車、拖拉機、工程機械、緊固件、量刃具等行業(yè)初步實現(xiàn)成形與改性加工的在線質(zhì)量控制生產(chǎn)。
    （2）圍繞宇航、航空、核電等重大產(chǎn)品研制與生產(chǎn)的需要，掌握高精度、高靈敏度、快速反應的缺陷和質(zhì)量的無損檢測方法，開發(fā)成功鐵磁材料在線渦流檢測系統(tǒng)并用于鋼

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