全面質量管理在航空鍛造中的應用

劉秀良 王同超

江西景航航空鍛鑄有限公司 江西景德鎮 333000

航空鍛件一般用于制造飛機、發動機的承力件、連接件、轉動件等關鍵零件，不同的使用要求賦予了鍛件不同的特性。根據特性的重要程度分為關鍵特性、重要特性和一般特性，這些特性將鍛件分為了一般件、重要件和關鍵件。產品能否滿足這些特殊特性的要求直接關系著飛機、發動機的可靠性和使用壽命，特別是重要件和關鍵件，一旦其特性無法滿足要求，極可能造成非常嚴重的后果[1]。鍛造屬于特殊過程，鍛件不易直觀發現、測量或不能經濟地測量內在質量特性，而鍛造工序往往是決定產品質量特性的關鍵工序。根據質量是設計和制造出來的邏輯，在保證了工藝設計的質量和制造過程的作業質量的情況下，產品質量是能夠得到保證的。因此，鍛造生產采取了全面質量控制和基于過程的控制措施來保證產品質量。本文以某航空鍛件的鍛造生產為例，從工藝設計和鍛造作業兩個層面介紹鍛造工序的質量控制方法。

1 工藝要求及質量控制策劃

1.1 工藝設計

（1）產品質量的70%是在設計階段形成的，因此在工藝設計環節就要按照全面質量管理的理論和風險思維考慮人、機、料、法、環、測六要素在工藝實現的過程中可能存在的風險，按照“策劃—實施—檢查—處置”（ PDCA）循環的思想制定控制措施，做好策劃工作。

（2）該產品是某型號飛機的結構件，材料牌號是TA15，需要滿足某型號標準Ⅰ類件檢測要求，檢測項目有：室溫拉伸、室溫沖擊、高溫拉伸、高溫持久、斷裂韌性，顯微組織、低倍組織，氫含量、化學成分等。工藝員根據技術要求和產品特性設計了工藝規程，共27道工序，其中對產品質量特性起決定作用的是鍛造工序和熱處理工序，這兩道工序也是關鍵工序。鈦合金鍛造對變形量、變形速率、加熱溫度、鍛造溫度很敏感，對加熱設備、鍛壓設備、操作細節要求很高，生產過程中需要對鍛造工序實施有效的控制，確保生產過程符合工藝的預期，消除可能出現的超出工藝預期帶來的質量風險[2]。

圖1 鍛件造型

圖2 模具

表1 鍛造工序

1.2 全面質量管理的控制要求

按照全面質量管理的方法，影響鍛造工序產品質量的要素主要有人、機、料、法、環、測六個方面。在工藝設計時通過對工藝實現過程中的質量影響因素的風險分析，規避可能出現的異常情況和風險，從而使工藝要求得到準確貫徹，保證產品質量。

1.2.1 人員要求及質量控制方法

（1）參與產品生產的人員必須具備熟練作業的能力和本崗位的作業資質，熟悉本崗位的操作規程，并且準確理解了該產品的工藝要求和操作方法。

（2）參與產品生產的人員必須職責明確。承擔該產品鍛造生產的是8000T電動螺旋壓力機班組，輔助人員有工藝員、檢驗員。班組負責按照工藝規程完成鍛造工序的作業；工藝員負責講解工藝要求并現場監控工藝執行是否準確，記錄生產過程；檢驗員負責監控實際工藝參數并對產品進行檢測，做好生產過程的質量記錄[3]。

（3）該產品是新產品，價值較高，必須保證產品的合格率。按照特殊過程的控制要求，各崗位實行定人員作業，特別是司錘、掌鉗、加熱、上料這些重要工位，應根據作業的熟練程度和配合的默契程度確定最佳人選。需要時，操作人員可在生產前模擬作業過程的配合形式。

1.2.2 設備要求及質量控制方法

（1）鍛造工序需要使用8000T電動螺旋壓力機、高溫電爐、1T取料機等主設備。除了通過日常點檢、維護保養等方法保證設備的完好性外，設備的精度等指標也要滿足相關技術要求和生產合格產品的要求。加熱用的高溫電爐的爐溫均勻性應滿足HB5425中Ⅱ類爐要求，且在檢測有效期內；1T取料機的鉗口可順利夾取坯料，在生產前預熱鉗口，避免坯料與鉗口接觸部位有明顯降溫；8000T電動螺旋壓力機在裝模后的空間可使取料機夾持的坯料順利放入模具型腔。

（2）除了主設備外，各生產輔助設備也應保持完好。如裝模轉運用的叉車、潤滑用的噴涂裝置、提供動力的空壓機、鍛件風冷用的風扇等。

（3）按照特殊過程控制的要求，使用的設備必須嚴格遵守工藝規程，不能隨意更改。

1.2.3 材料要求及質量控制方法

（1）生產使用的材料必須按照技術協議規定的標準采購，顧客指定了供應商的，必須從指定的供應商處采購材料。

（2）材料應按照技術協議規定的標準復驗，合格后應出具檢測報告或合格證來表明材料的狀態，避免誤用。材料復驗合格后方可投入使用。

（3）材料在使用時要嚴格遵守工藝規程的規定，重點控制材料牌號、材料標準、規格尺寸。

1.2.4 工藝要求及質量控制方法

（1）編制的工藝應符合技術協議和引用標準的要求，工序完整，參數準確，控制要求得當，盡可能使用常規的、成熟的技術。工藝內容的表述要使用標準化語言和約定俗成的表達方式，盡量不要使用新名詞，避免使用者和工藝設計者之間產生理解上的差異。工藝實現的資源需求要充分考慮制造的可實現性。

（2）設計的工藝要進行評審，重點評審工序設置、設備選用、參數設置、坯料尺寸、過程控制方法等內容，以確定工藝方案的可行性。

（3）當產品技術狀態發生變更時要及時將信息傳遞到生產環節，并及時更新工藝、圖紙等文件的技術狀態。

（4）在生產前，工藝人員應向作業人員講解該產品的技術要求、質量控制要點和工藝操作要求，并對工藝紀律進行監控，確保技術意圖得到準確貫徹。

1.2.5 工裝工具要求及質量控制方法

（1）該產品是模鍛件，模具制作完成后應按照程序試模、鑒定，合格后方可投入使用。試模的過程也是對生產過程的模擬，可以發現模具安裝、模具制造、模具尺寸、坯料設計、鍛造操作過程等方面存在的問題，以便在正式生產前解決。

（2）模具應配套制作，需要切邊的鍛件還應制作切邊摸，與鍛模一同試用、鑒定。

（3）經鑒定合格的模具需要出具工裝合格證，以便對模具使用情況和狀態進行記錄和監控。

（4）鍛模在使用前必須在400℃充分預熱6小時以上，否則容易開裂。

（5）生產使用的工具和消耗品如夾鉗、撬杠、字頭、料架、潤滑劑等應準備齊全。

1.2.6 環境要求及質量控制方法

（1）GJB904A規定，鍛造車間的溫度冬天不低于10℃。考慮TA15材料的特性，冬季生產時需要采取措施提高廠房的溫度，如關閉廠房門窗、打開燃氣爐烘熱廠房、在鍛造作業區局部放置熱源等。鍛造過程中避免風吹向坯料，防止降溫過快。

（2）該產品在鍛后需要風冷，生產前要準備好場地和冷卻用的風扇。

1.2.7 檢測要求及質量控制方法

（1）鍛造工序用的檢測工具有游標卡尺、紅外測溫儀等，所有量具必須經過檢測合格方可使用。選用量具的量程要能夠滿足檢測的需要，在使用前必須檢查刻度線并對零，確保量具結構完好、刻度清晰。

（2）檢測項目、檢測頻次和檢測方法要符合規定，對新產品、重點產品和高價值產品可加大檢測頻率。對本產品而言，需要通過儀表監控加熱溫度、加熱時間，用紅外測溫儀監控始鍛溫度、終鍛溫度，用卡尺測量鍛件尺寸，觀察鍛件外形。

2 鍛造過程中的質量控制方法

2.1 鍛造過程

（1）產品的制造過程重點是準確實現工藝的要求。因此，在該階段就要全面落實工藝設計階段考慮到的人、機、料、法、環、測六要素的質量風險控制措施，并且按照“策劃—實施—檢查—處置”（ PDCA）循環的思想改進工藝和生產過程。

（2）鍛造工序作為對產品質量特性起決定作用的關鍵工序，其控制要求要全面且詳細，一般應編制每道工序的作業指導書指導操作人員作業。鍛造工序的作業順序是：工藝解讀和討論（P）、生產準備及狀態檢查（D）、鍛造作業（D），過程中需要對工藝參數（C）、操作步驟進行監控（C），對產品進行尺寸外觀檢測（C），需要時可以錄制生產過程視頻便于總結改進（A）。

（3）根據產品可追溯性的要求，產品需要按批次生產，對每批產品（Ⅰ類件應可追溯到單件產品）的生產過程（如使用設備、操作工步）、工藝參數（如加熱溫度、保溫時間）、產品質量（如尺寸、表面質量）、標識做好記錄。

2.2 工藝解讀和討論（P）

2.2.1 生產前

工藝員應在現場對作業人員、檢驗員講解產品的質量特性和工藝控制要點，講解工藝操作要求，確保生產人員準確理解了技術要求和操作要求，并能按照要求進行作業。質量是設計和制造出來的，只有工藝規程的要求在制造過程中得到準確、充分地執行，才能使產品質量得到保證。因此，作為工藝設計者的工藝員是產品質量的主要責任人和關鍵人員，也是制造執行過程中的指揮者和監督者，需要對工藝理解和工藝執行的正確性進行細致、全面地掌控。

2.3 生產準備及狀態檢查（D）

2.3.1 人員檢查除按1.2.1 的要求外

還要觀察作業人員的精神狀態，避免出現因人員的主管因素造成的質量和安全問題。在新產品試制時，參與試制工作的所有人員都要到場，以便隨時發現和解決問題[4]。

2.3.2 設備檢查按1.2.2 的要求

2.3.3 資料和物料對照檢查

（1）資料檢查：檢查工藝規程、圖紙、材料合格證、流水記錄卡、工裝合格證等生產資料，確保資料齊全、有效、一致，且與生產計劃相符。流水記錄卡上鍛造工序之前的工序已經完成并檢驗合格，符合進入鍛造工序的條件。

（2）物料檢查：根據工藝規程規定的材料牌號、規格尺寸核對物料的材料牌號、規格尺寸；根據流水記錄卡上記錄的數量、錠節號標識核對物料的數量、錠節號標識；根據工藝要求檢查物料狀態是否與上道工序結束后的質量要求一致，是否與工藝中對鍛造工序生產的質量要求一致。

2.3.4 工裝工具檢查

（1）根據工藝規定的模具號和工裝合格證，檢查模具是否正確；檢查上、下模是否裝配正確；工裝合格證是否已注明鑒定合格；檢查鍛模在是否在400℃預熱6小時以上。

（2）檢查需要使用的工具是否已在現場準備好。

2.3.5 環境檢查按1.2.6

2.3.6 檢測工具檢查按1.2.6

2.4 鍛造作業（D+C）

2.4.1 鍛造工藝

鍛造工藝需要將坯料加熱到一定的溫度，并在溫度降低到終鍛溫度之前完成鍛造，該過程只有1.5分鐘的時間，因此要求每一步操作都要盡量迅速，并且銜接順利。

2.4.2 加熱

（1）加熱爐在使用前要將爐膛內的爐渣等雜質清理干凈，避免加熱時雜質粘到坯料上造成鍛件表面缺陷。

（2）按工藝規定的溫度參數設置加熱溫度，按工藝規程規定的裝爐數量和擺放方法裝爐，記錄每件坯料在爐膛內的位置，以便出爐鍛造時保持產品的標識不會混淆，保持產品的可追溯性。坯料在爐膛內的擺放位置應便于取料機抓取，擺放方向應與放置到模具型腔的方向一致，防止鍛造時坯料調頭等非正常操作，盡可能為加快坯料的轉運速度創造條件。

（3）加熱時間按工藝規程規定的升溫曲線計時，可以將保溫時間、到溫時間記在黑板上以便提醒作業人員。

（4）加熱溫度由儀表控制，在加熱過程中操作人員要巡檢加熱設備狀態和儀表狀態，以便能及時發現并處置突發問題。

圖3 加熱記錄

圖4 打擊參數

2.4.3 鍛造、標識、冷卻（D+C）

（1）按照工藝規程的規定提前設置好鍛造打擊能量和錘擊次數。鍛造工序從坯料出爐、擺料到鍛壓結束要在最短的時間內完成，所以每一步操作都要銜接順暢，采取便于操作的方法。此過程中使用紅外測溫儀監控始鍛溫度和終鍛溫度。

（2）首件打好標識后分別由操作者和檢驗員檢測外形、尺寸、錯移、翹曲，檢查表面是否有夾傷、裂紋等缺陷并做好質量記錄。首件檢驗合格后方可進行下一件產品的生產。在生產過程中可逐件檢查，也可以按比例抽檢。尾件必須檢測。

（3）產品需要逐件打上唯一性標識，一般包括批次號和錠節號，以保持產品的可追溯性。

（4）按照工藝要求將該產品散開放到冷卻區，用風扇吹冷。

（5）生產過程中要及時做好生產記錄和質量記錄，如工藝參數、產品尺寸和表面質量，填寫加熱表盤、工裝合格證等。

（6）該過程中工藝員要全程跟蹤，指導作業人員準確執行工藝，隨機 與作業人員交流，并做好執行情況的記錄。

3 分析和改進

過程分析（A）：

（1）生產結束后，由工藝員組織作業人員和檢驗人員總結生產過程，查找不足以便改進。

（2）對工藝規程進行分析，考慮是否要優化鍛造打擊能量和錘擊次數等工藝參數，是否要改進坯料外形和尺寸，以提高鍛件的成型質量。該產品在生產首件后根據產品厚度尺寸調整了設備打擊能量，保證了后續產品尺寸符合要求。

（3）對作業過程進行分析，是否完全執行了工藝規程的要求，找到操作不順利和不方便的地方進行改進，尋找更為迅速的作業方法加以練習。是否可以增加坯料的裝爐數量以提高生產效率。

4 結語

在工藝設計階段運用全面質量管理理論，充分識別了工藝執行過程中人、機、料、法、環、測等質量要素可能存在的風險，并采取了控制措施；在生產過程中運用“策劃—實施—檢查—處置”（ PDCA）的方法執行工藝規程并進行質量控制；技術的指導和監控使得在鍛造作業階段能夠準確執行工藝規程的要求。技術要求與生產作業的一致性保證了產品質量，這種以過程控制為主的全面質量控制方法為鍛造過程的質量控制提供了參考。