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浅谈 精铸企业检测手段的选择与应用

Addtime:2009-11-4  From:admin    Count:8411

浅谈 精铸企业检测手段的选择与应用
武汉 中精金属制品有限公司:万桂兰 鲍雪华 祁红波

  受国 际经济形式的影响,精铸企业之间的竞争越来越激烈,质量对于企业的重要性也越来越强,产品质量的高低是企业有没有核心竞争力的重要体现之一。而精铸产品因其铸造周期长、工艺复杂,容易产生尺寸波动、变形、外观及内 部缺陷等质量问题,同时,为了提高竞争力、体现企业优势,现在很多精铸企业增加后序整形、加工、表面处理等一系列的后工序,精铸产品的用途也更为广泛。所以质量管理就显得更为重要了,而检测手段的的选择与应用是精 铸企业内保证及提高产品质量最关键的因素。因为检测手段的选择与应用不仅关系到其质量管理体系的有效性,同时对企业的工作效率、企业资源的投入有着重要的影响。
  现结 合实际使用体会简单谈谈在精铸模具、精密铸件及其加工件等产品在尺寸、表面粗糙度、材质、机械性能、内部缺陷、及特殊性能方面检测手段的选择与应用。


  一. 用于检测尺寸的部分计量器具
  1.一般 计量器具:一般 的计量器具通用性强、可以检测出精铸件一般部位的几何尺寸及形位尺寸。
  ① 游标 卡尺:游标 卡尺是一种通过手动移动游标直接测量长度、内外径等基本外形最常用的量具,但因其量爪形状单一,适用于一般简单外形的测量,深孔、沟槽内外径、带台阶的壁厚等部位不便触测。

  ② 内、 外卡规:内、 外卡规是利用弹簧的一端间接带动测头接触被测件,另一端拉动百分表的齿条齿轮使指针转动,借助标准校对棒对工件进行测量,其测值范围可调整、测值可直接显示、测量快捷,直观,不易 看错。其向内外延伸的圆柱形测头,可以检测一般游标卡尺无法测量的深孔、沟槽内外径、带台阶的壁厚等部(见下图示意)。因其结构原因,弹簧的弹性影响检测误差,所以适用于公差不严精铸件的尺寸检测。

  ③ 深度 尺、高度尺:深度 尺、高度尺是直接移动游标测量深度、高度的量具,其接触被测件的检测面较宽,一般用于平面间的深度、高度的检测。


 上述 量具使用时人为用力不一致及示值精度不高的原因,适用于公差≥0.05mm铸件 的几何尺寸的测量,实际产品的要求公差要求超出此公差要求时,就需选用精确度较高的量具。

  ④百 分表:百分 表是通过齿条齿轮或杠杆齿轮传动,将测 杆的直线位移变为指针的角位移变的计量器具。分度值为0.01mm,测量 时靠表内的弹簧力接触被测件,有效的解决了人为用力不均的因素,检测时可根据被测部位形状的不同自制特殊的测针(如平 针、尖针、勾针、T形针 、球头针)和表 座配用可以准确快速的检测其长度、深度、平面度、圆度、同轴度、跳动、对称度等尺寸。
  

  ⑤千 分尺:千分 尺的分度值为0.01mm,是 检测公差要求较严格产品不错的选择。千分尺检测被测部位时是用微调旋钮调致听到“咯咯”声时为准,此状态下被测面与测头接触力度刚好合适,消除了人为过度用力造成的误差。但其行程较小(一般只有25mm的量 程),结构单一,当被测精铸件结构比较复杂时就无法完成检测要求。

  ⑥ 内径 百分表:内径 百分表的分度值为0.01mm,而 且其杆较长,在测量较深的孔径时用得较多。但其在使用前需结合千分尺进行校对( 使用时,先将千分尺调致被测件的名义尺寸,然后用于校验内径 百分表。比较法测量不同孔径的尺寸及其形状误差。见下图),而且在使用中不可随意移动表盘造成测量错误。

  ⑦检 测角度的量具:当精 铸产品上的一些夹角、斜边等需要检测具体角度值时,可用角度检测量具来实现。万能量角器是利用游标读数原理来直接测量角度或进行划线的一种角度量具。零件圆台、锥孔;模具燕尾槽,模腔斜面及斜抽芯;汽车车灯夹具的 调试(如夹具上立柱与基准、基准面的夹角)中广泛应用,它能形象、直观的检测出夹角尺寸。但因使用时是直接将万能量角器的旋转臂 靠在 被测零件的两条边上,故其无法完成较复杂部位的角度检测。

  ⑧.检测 局部圆弧、平面微小变形的量具:  当需 要检测产品局部的圆角大小、平面局部的微小变形量时,我们常采用R规、 塞尺等简单的量具来完成。R规是 利用光隙法测量圆弧半径的工具,测量时必须使R规的 测量面与工件的圆弧面完全的紧密的接触,当测 量面与工件的圆弧中间没有间隙时工件的圆弧度数则为此R规上 所表示的数字。塞尺是用目视判断被测间隙的大小,常用于检测大工件平面的平面度。使用时选用合适的塞尺片(可多片拼起来)去试塞被测间隙,不断更换或叠加不同规格的塞尺直至塞进后不松也不紧,此厚度尺寸即为被测间 隙大小。
  这些 量具是用目测、手感等方式来检验,故准确度不高,只能做定性测量,无法给出具体的检测数值。


  2.部 分精密计量器具
  对于 精度要求高、形状复杂的产品就需通过精密计量器具来检测。我公司现有高精度的检测设备有

  电子 柱电感测微仪、视频测量仪和三坐标测量机。
  ① 电子 柱电感测微仪:电子 柱电感测微仪(简称电子塞规)是一种精度高、测量范围大、稳定性好,能够测出微小尺寸变化的智能精密仪器。本公司现使用的是DZL-1型电 子柱电感测微仪,它采用差动电感原理对各种内径直径进行相对测量,不仅可以测量微米级直径,而且通过其在孔内旋转和平移可以测量其椭圆度和圆柱度,还可以多台拼合起来同时显示多个尺寸。可检测工件的厚度、内径、外 径、圆度、平行度、垂直度、同轴度、径向跳动等。

  在使 用前的校正可将超出尺寸公差的尺寸设为红色,公差范围内则为绿色,这样能很直观清晰地显示被测部位的尺寸是否合格,对精度要求高(特别是经过加工后比较光滑的表面)的精铸件的全检分类比较实用。


  ② 光学 投影仪、视频测量仪:
  本公 司使用的是JT12A-C光学 投影仪和JVT300视频 测量仪。其中JVT300视频 测量仪基本涵盖了JT12A-C光学 投影的功,其测量行程(X×Y×Z:300×200×200)较JT12A-C的测 量行程(X×Y×Z:150×50×50)大。


  JT12A-C光学 投影仪检测零件几何尺寸时目视零件的影像必须与投影屏的基线对齐,通过数据显示屏上的X.Y轴向 数据显示或计算出所测尺寸;检测角度时通过旋转投影屏使其基线分别对齐测量特征面、线来计算角度。它还可以连接计算机,在影像上手动采点,将数据导入电脑,通过软件计算被测件的几何尺寸及进行零件测绘,因检测时都 是通过目视观察影像或采点,会有人为误差,透射成像时被测面必须光亮以便反光,否则投影面模糊测量不到;其检测一些不规则零件的外形轮廓偏差状况时,是将理论的图形放大(与投影放大倍数一致)打印在透明的投影纸上 ,用此目视对比投影屏上的影像。这种方法相对视频 测量仪的外形扫描功能速度较慢,且精确度较低。
  JVT300视频 测量仪视频有有FOIC和TMP两个 测量系统组成,能高效地检测各种形状复杂工件的轮廓、表面形状及尺寸、角度和位置,适用于精密零部件的微观检测与质量控制。FOIC系统 又有反射和投射的功能(与JT12A-Cφ300光学 投影仪类似),其是利用光学成像,采用非接触式的测量方法,把物 件外型数据导入电脑,然后通过软件测量物件。能轻而易举的测量基本几何点、线、圆弧;其强大的数学运算分析,提供去毛边功能,以正确取得量测数据,利用其影像功能可快速进行2D轮廓 边界点扫描;量测工件图形化显示,图形转换成Microsoft WORD(*.dos)、EXCEL(*.xls)及AUTOCAD(*.dxf)档 案格式;提供公差分析,可进行有效的品管检验。见下图说明 :

  FOIC测量 系统的透射功能可以检测产品2D轮廓 外形,扫描的图形转换成AUTOCAD(*.dxf)档 案格式与理论图形作对比,直观清晰的反映产品实际外形与理论外形的差异,两者差值可在AUTOCAD图形 内标注,以便作定量的分析参考。


  FOIC测量 系统的反射功能:一些零件或模具型腔内的形状用一般量具无法测量,就需采用视频 测量仪的反射功能来检测,见下图:

  视频 测量仪的TMP系统 是通过手轮移动工作台,探针接触物件来获取特征,通过此系统进行三维几何元素的量测,量测工件图形化显示,图形可转换成Microsoft WORD(*.dos)、EXCEL(*.xls)及AUTOCAD(*.dxf)档 案格式,其五角探针可测量复杂物件,提供尺寸公差与形位公差分析。

  通过 视频测量仪虽然可以便捷精确的检测出单件或少量产品的几何尺寸、形位尺寸,但其FOIC系统 光学成像检测时因调整光线焦距及人为取点的差异,TMP系统 为手轮移动工作台获取特征。相对于三坐标检测仪,其检测的重复性较差、精度不高、测量速度较慢,且检测台为玻璃台面,故不适用于较大、较重件的测量。对精度高、重复性强产品的检测需要更好的测量设备来实现。
  ③三 坐标测量机:三坐 标测量机以其高精度和优异的数字化功能成为现代制造业开发设计、加工制造和质量保证的重要设备。我们现用Micr-HiteDcc数控 小型测量机是一台经济实用高性能的测量机,它的测量系统由Pcdmis软件 、测头、控制系统、机身组成。
  我公 司最初使用的软件是PcdmisPRO,无 导入工件3D数模 的功能,只能根据二维图纸的尺寸手工输入编程。此方法检测时人工输入的数据必须准确无误,且一些参数(如矢量)是通过计算得到的,因此编程时间较长;要求编程人员对图纸、工艺、编程计算的素质较高。此软件能提供产 品加工试验检测、机床的校验、常用量具的校验、客户质量认证、加工试验以及机床设置等附加性能。
  随着 制作产品的日益复杂化,PcdmisPRO已不 能满足生产和检测的需要,通过软件升级为PcdmisCAD,它 可以直接导入3D数模 不需计算编程的相关数据,简捷迅速,检测结果通过三维图片反映直观清晰。
  PcdmisCAD++软件 则能更加精确、自动测量一些特殊的特征,配备扫描功能还能扫描工件作逆项工程,它通过采集点云或测出各截面线、特征线、分型线等用规定格式(STEP、IGES等格 式)输出探针半补偿后造型。
  测量 机的测头也直接影响其测量功能,我公司最先使用的PROBE-TESASTAR测头 配五方向星型测针可以实现三个垂直轴向的特征检测,但对于一些特征之间夹角不为90°的 工件检测不到或检测不全面,而新配备的PROBEMH20I-STD则可 以实现175个角 度的旋转(见图示意),使测针探测范围大大增加。


  我公 司现用的Micr-HiteDcc型测 量机、PcdmisCAD软件配PROBEMH20I-STD测头 广泛应用于复杂产品、模具、汽车检具的测量工作中。
  a. 三坐 标测量机在检测高精度、复杂精铸件及其加工件中的应用。如下 图零件各处面、槽、孔等形位尺寸用一般量具很难准确量度,测量机能通过探针触测各面、槽、孔,快速准确评价其相关的几何尺寸及形位公差。


  b 三坐 标测量机在精铸模具的开发、制造、检测中发挥无与伦比的作用。如: 模具的型芯、抽芯定位孔如果出现偏差,可以通过三坐标测量机检测并分析偏移的具体方向和偏差值,如下图模具抽芯,红色与黄色标记分别反映尺寸超上差和超下差,绿色、蓝色、紫色为合格尺寸,通过三维图片直观的反映其 结果。

 测量 机可以导入3D数模 ,将模具上一些用常规量具无法检测部位与理论3D数模 上的定位、尺寸及形位公差、曲线、曲面进行测量比较,输出图形报告,直观清晰的反映模具质量 如下 图模具内叶片的型面:

  c.三坐 标测量机在汽车检具、夹具检测中起着不可替代的作用。我们 公司部分精铸产品通过后加工成汽  车检 具、夹具等,通常这类检具、夹具定位点、定位孔、仿型面均为空间上的位置尺寸,常规量具检测不到且无法保证其精度要求,三坐标测量机通过导入检具、夹具3D数模 ,检测出实际位置和几何尺寸与理论数模进行比较,输出图形报告便于判定和调试夹具、检具,而且可以保证每次调试后的检测点是一致的,这样为调试提供有力的参考。如上图。
                  
  目前 市场上一种多自由度的便携式关节臂三坐标测量机 以轻 便、灵活的特点多应用于车间现场大工件的检测,也方便出差、外出验货时携带。但其测点与关节臂位置的非单一性使补偿困难,精度较直角坐标机低。


  3. 特制检具
  因精 铸产品制作工艺的特殊性及产品结构的影响使得它们会存在变形、尺寸出现波动等质量问题,同时,因精铸模结构日趋复杂,其对应的精铸产品用一般的量具难以快速完成质量判断。特制检具就可以为了能快速、直观地对精铸产 品进行质量确认。当产品批量较大而又需对某些具体位置需要重点保证时,我们会根据产品最终的使用、装配状况自制一些特殊的检具来对产品进行分检。自制检具的特点是无法测出工件的实际确切数值,但能判断工件是否合格 ,用这种方法检验迅速方便,并且能保证工件在生产中的互换性,因此在生产中、特别是大批量生产中应用非常广泛。(值得注意的是自制检具的是在了解产品的装配、使用或后序要求及客人认可的前提下制作的)。自制检具的 使用举例说明如下:

 

  二. 表面粗糙度的检测
  产品 的表面粗糙度对零件的耐磨性、配合稳定性、密封性等都有影响,因此它作为零件质量评定指标是十分重要的,我们公司对于表面粗糙度主要通过粗糙度对比块和粗糙度检测仪来检验。  
  ① 粗糙 度对比块:使用 粗糙度对比块时,选择与被测表面加工方法相同的粗糙度对比块进行比较。多用于加工车间评定一些粗糙度参数值较大的工件,评定的准确性很大程度上取决于检验人员的经验。它只能对表面粗糙度做出定性的综合评定。
  ②粗 糙度检测仪:对表 面微观不平度的深度要求定量测量时,需通过粗糙度检测仪来实现。我公司现采用SJ-201型针 描法表面粗糙度测量仪,当触针直接在工件被测表面上轻轻划过时,由于被测表面轮廓峰谷起伏,触针将在垂直于被测轮廓表面方向上产生上下移动,把这种移通过电子装置把信号加以放大,然后在电子显示屏上显示有关粗糙度 的数据(见下图其检测过程)。其测量迅速方便、测值精度较高。可直接显示Ra、Rz、Ry、Rq的粗 糙度测量参数。要注意的是检测结果只反映触针划过部位的粗糙度,且因其结构所限,不能检测出沟槽内面的粗糙度,但可以结合已检测部位的具体数值来比较判断。

  三. 材质 分析:光谱分析仪
  目前 在铸造厂的炉前分析、原材料分析中应用比较广泛设备是直读式光谱分析仪,它采用了原子发射光谱的分析原理。它的基本构造如下:


  光谱 仪的检测器可分为光电倍增管(PMT)和 电荷转移器件(主要有CCD电荷 耦合器件、CID电荷 注入器件、CCPD电荷 耦合光电二极管器件和PDA自扫 描光电二极管阵列)。常用激发光源有直流电弧、交流电弧、高压电火花以及电感耦合等离子光源等。
  光谱 仪操作简单、分析速度快、可同时进行多元素定量分析,但光谱分析法是一种相对分析方法,需要一套标准样品做对照,由于样品的组成、结构的变化对测定结果有较大的影响,因此,配制一套合用的标准样品是一件不容易的事 ,况且,标准样品的标定本身还需化学分析作基础,它来进行高含量原色的定量测量误差较大;用它来进行超微量元素和一些非金属元素的定量测定,灵敏度尚不能满足要求。

  四. 有关机械性能的部分检测设备
  金属 材料的机械性能有:硬度、弹性、塑性、刚度、强度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性等。现结合我们使用到的相关设备做简单介绍。
  ① 硬度 检测仪   我们 现用的HBRVU-187.5型布 洛维光学硬度计共有七级试验力,三种试验方法可供选择。其中维氏硬度(HV)有 二级试验力;布氏硬度(HB)有三 级试验力;洛氏硬度(HRA、HRB、HRC) 有三 级试验力,能满足多种硬度测试的需要。试验力的加载、保荷、卸荷采用半自动控制,其速度由缓冲器控制。此硬度计具备很高的灵敏度、稳定性、可操作性强。
  在进 行硬度检测时需注意:测试件表面应平光洁,不得有污物、氧化皮、裂缝、凹凸不平及显著的加工痕迹。试件的支承面和试验台应保持清洁,保证和良好的密合,试件的厚度应于10倍的 压痕深度。

  ②拉 伸试验机:拉伸 试验机是测定材料的一系列强度指标和塑性指标的试验设备。
   试验 时试验机以规定的速率均匀地拉伸试样,试验机可自动绘制出拉伸曲线图。 通过 试样拉伸前后的长度、截面变化、拉伸力、拉伸时间等计算出材料的延伸率和断面收缩率。试验机有机械式、液压式、电液或电子伺服式等型式。试样型式可以是材料全截面的,也可以加工成圆形或矩形的标准试样。 一些 特殊用途的机械零件对内部组织结构也有相关要求。

  五. 内部 缺陷的部分检测手段
    ① 着色 检验法:为了 检测精铸产品内部缺陷的位置和大概形状,或者检测焊补铸件的焊质量状况时可以采用着色检验的方法,它是将溶有彩色染料的渗透剂渗入铸件缺陷或焊缝表面,然后除掉多余的渗透剂,将显像剂涂于铸件上,由于毛细管作用, 使缺陷内的彩色油液渗至表面,根据彩色斑点或条纹发现和判断缺陷的方法。这种检验方法对比度好,直观,且易于操作。
    ① 金相 自动分析仪:  精铸 件内部结构性能可以运用金相自动分析仪进行检验,金相分析是采用定量金相学原理,由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌,从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。采 用计算机图像分析系统可以很方便地测出特征物的面积百分数、平均尺寸、平均间距、长宽比等各种参数,然后根据这些参数来确定特征物的三维空间形态、数量、大小及分布,并与材料的机械性能建立内在联系,为更科学地评 价材料、合理地使用材料提供可靠的数据。


  ②超 声波探伤仪:精铸 件内部缺陷可以运用超声检测的方法来检测。超声波在被检测材料中传播时,材料 的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响,通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化的技术称为超声检测。超声检测方法通常有穿透法、脉冲反射法、串列法等。这种方法能在不破坏零 件前提下检查工件内部宏观缺陷。
  ③磁 粉探伤仪:当精 铸件表面或近表面缺陷的工件被磁化后,当缺陷方向与磁场方向成一定角度时,由于缺陷处的磁导率的变化,磁力线逸出工件表面,产生漏磁场,吸附磁粉形成磁痕。用磁粉探伤检验表面裂纹,与超声探伤和射线探伤比较,其灵 敏度高、操作简单、结果可靠、重复性好、缺陷容易辨认。但这种方法仅适用于检验铁磁性精铸件的表面和近表面缺陷。
  ④X射线 探伤机:X射线 探伤机是利用X射线 穿透被测零件,以胶片作为记录结果。其可分为携带式和移动式两类。移动式X射线 机是用于透照室内的射线探伤,它具有较高的管电压和管电流,最大穿透厚度约100mm.它的X射线 机头部分可以独立安装,通过带有轮子的支架在小范围内移动,也可固定在支架上。携带式X射线 机主要用于现场,最大穿透厚度约50mm,其 高压发生装置和射线管在一起组成机头,通过低压电缆与控制箱连接便于携带。
  X射线 探伤机无需剖开被检测件便能方便、快捷地将精铸件的内部缩孔、夹杂物等内部缺陷检测出来,对于涡轮叶片等有复杂弯曲结构的铸件的内部缺陷检测更是适用,同时,对于焊补后的铸件的微小焊缝、内部虚焊等也是一种很好的 检测手段。

  六.有关 特殊性能方面的一些检测手段
   为了 满足最终的用途,有些精铸产品会有一些特殊性能方面的要求。我公司目前有检测耐腐蚀性的YWX/Q-150B型盐 雾试验机、自制的密封性的检测装置、及YLS-5型硬 支撑单面立时平衡机。
   ①盐 雾试验:盐雾 试验是一种利用盐雾试验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金属材料耐腐蚀性能的环境试验。它与天然环境相比,其溶液中氯化物浓度可以是一般天然环境盐雾含量的几倍或几十倍,使腐蚀速度大大提高,对产品 进行盐雾试验,得出结果的时间也大大缩短。如在天然暴露环境下对某产品样品进行试验,待其腐蚀可能要1年, 而在人工模拟盐雾环境条件下试验,只要24小时 ,即可得到相似的结果。
   盐雾 试验的目的是为了考核产品或金属材料的耐盐雾腐蚀质量,而盐雾试验结果判定正是对产品质量的宣判,它的判定结果是否正确合理,是正确衡量产品或金属抗盐雾腐蚀质量的关键。盐雾试验结果的判定方法有:评级判定法、称 重判定法、腐蚀物出现判定法、腐蚀数据统计分析法。针对某一产品的判定要结合产品的用途、客户的具体要求等 。


  ②密 封性试验:我公 司有些机械产品根据用途对密封性能有一定的要求,我们根据客户的要求设计、制作相应的气密性试验装置来分别检测,如下图:

  检测 方法:图示精铸件内腔各处要求在5个标 准大气压作用下密封性能良好,气密性试验装置将三处管螺纹及一端的孔盖住,盖内用密封胶垫密封,各小孔内用相应的装置密封,一并放入水中,气管内通5个标 准大气压的压缩空气,观察工件表面是否有气泡出现,若有气泡则工件的密封性能不合格。
  ③动 平衡试验:因我 公司目前有部分精铸件经后序加工后用于汽车水泵上,这些旋转部件若不平衡则会产生振动和噪音,故采用动平衡试验来对其进行检测。YLS-5型硬 支撑单面立时平衡机是通过电机拖动转动头,使被检零件旋转,由于零件的不平衡量产生离心力,迫使支撑架受力传递给压电传感器产生讯号,电测箱将此讯号和基准讯号进行运算、放大处理后通过仪表显示不平衡的程度和位置 。此平衡机操作简单、测量迅速、稳定性好。
 以 上是我们在进行质量管理过程中所接触到的计量器具及其实际使用体会,如何选用合适的计量器具看似简单,实际上它关系到检测结果的准确度、检测速度及检测成本等重要的问题,是企业及质量管理人员都应该重视的问题。

 

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