原標題：管理六因素（5M1E）的壓鑄工藝維穩策略

摘 要：對于壓鑄現場，自動化、智能化設備已經應用在生產中，但是如何使這些設備長期穩定的生產，主要工作也就是“維穩”，找出各個環節的波動因素，用可行可靠的辦法將其恢復到穩定狀態，“先求穩定、再求改進”，這個工作是周而復始的，沒有一勞永逸，也沒有捷徑可走。壓鑄現場遇到的產品質量問題可能不是由一個因素造成的，在解決問題時需要綜合多個因素進行處理，這樣產品才能高效、高質量的穩定生產。文本利用管理六因素（5M1E）找出對壓鑄工藝現場可能失穩的因素，并對這些因素加以控制和改進，提出了壓鑄工藝維穩策略。

壓鑄是一種高自動化、高效率生產形狀復雜零件的技術。這種技術生產出來的零件具有致密性良好、精度較高、加工余量少、力學性能優良等優點，在汽車、機械裝備等領域中得到了廣泛應用。

高壓鑄造行業，壓鑄件的氣孔、縮孔、內部冷隔問題一直困擾著壓鑄人。盡管對于氣孔縮孔的要求都有規定的尺度，但往往因生產過程中各種不確定波動因素而使壓鑄件品質出現反復，時好時壞，這就導致壓鑄件品質不穩定。

由于快速充填成形，壓鑄件內部會因多種因素殘存一定量的氣體。隨著真空壓鑄、充氧壓鑄、局部擠壓等先進工藝技術的出現，從一定程度上改善了壓鑄件的內部質量，但氣孔、縮孔、冷隔的存在仍然無法避免。即使如此，也可以做到把氣孔、縮孔、冷隔等問題控制在一定的范圍內。

壓鑄其實是指壓鑄機、壓鑄合金和壓鑄模具三要素的統稱，壓鑄工藝是將這三大要素進行整合應用到生產中。Hoda Dini等研究了壓鑄壓力對壓鑄AZ91D 合金鑄件的變形和殘余應力的影響，研究結果表明壓鑄壓力對鑄件的變形和殘余應力影響較大；增加壓鑄壓力，鑄件的變形就會減小，但是表面的殘余應力會增大。很多學者對模具和壓鑄件在壓鑄過程中溫度場的分布和溫度梯度等問題進行了研究。P.Sharifi等通過實驗研究了工藝參數在壓鑄過程中對鑄件的影響。結果表明，在諸多工藝參數中沖頭速度大小對鑄件的氣孔率影響最大，但是，有一些特殊的合金，慢的壓射速度的影響又更大。

現在越來越多的企業都借助互聯網大數據對壓鑄過程實時監控并調整壓鑄參數。壓鑄工藝方案的制定是非常重要的一環，工藝的合理性直接影響著鑄件的質量和后續的加工生產環節。而壓鑄件質量的好壞往往和許多因素有關，合理有效地控制壓鑄件的質量需要綜合考慮許多因素，壓鑄件質量的長期穩定對于企業的成本、利潤等非常重要，但是壓鑄現場的復雜性使得控制管理壓鑄件質量的難度增加。基于此，提出了基于現場管理六因素（5M1E）的壓鑄工藝維穩策略，系統解決壓鑄現場對壓鑄件質量管理的難題。

1、壓鑄現場問題及措施

當壓鑄件出現品質波動時，現場技術人員往往首先選擇調整工藝參數

而不是從根本查找原因。比如：出現內部不良時就更改高速切換點、提高快壓射速度、加大增壓開度；②當出現拉模時就加大脫模劑噴淋量或加長噴淋時間；③當出現卡沖頭時就加大潤滑劑量；④當保溫爐內的鋁液溫度不夠時用噴火槍在澆注口液面上烘烤。

以上每一個不合適的調整都可能會帶來3%的不良率，有三個以上不合適的調整動作就可能帶來超過10%的不良率。所以我們不要把問題想得太過高深，而是針對每個問題從細節上查找原因，用合適的方法從根本上解決問題并保持。這就是我們現場技術人員需要具備的堅定信念。

2、壓鑄現場維穩因素

當設備和模具以及工藝技術條件已滿足該壓鑄件質量要求時，壓鑄現場最關鍵的就是要針對綜合因素的穩定性實施管控。如：設備與模具的綜合狀況，壓縮空氣的質量和氣壓波動范圍，合金液的保溫效果和溫度波動范圍，模具溫度和環境溫度。綜合因素穩定，壓鑄件的品質才能相對穩定。

2.1?現場管理六因素（5M1E）

現場管理六因素是指人（Man）、機（Machine）、料（Material）、法（Method）、測（Measurement），環（Environments），簡稱5M1E。如圖1魚刺圖所示。

圖1 魚刺圖

2.1.1 人因素

人是壓鑄現場的主導，是所有因素之首。包括安全生產，圍繞生產活動的一切工作是由人決策的。產品品質總是會波動的，運用管理工具分析并解決問題，把各環節波動值控制在最小范圍，減少不良品率，這一切仍然靠人。

2.1.2 機器因素

機指的是工作母機，模具以及與之相配套的輔助設備裝置。由于模具在壓鑄工藝上的重要性，將在下文單獨作為一個因素分析。機器裝備的能力是生產制造能力的決定因素，因此越高端的設備對于維護保養的要求也越高。

在生產安排過程中，針對不同產品，選用適合于它的機器設備。做好日常點檢，做到有問題能及時發現，及時修復。做好定期保養或擇機保養，確保設備完好和性能穩定。嚴禁拆東補西，保持設備完整。壓鑄生產現場容易忽視的問題點：①壓射桿連接部分配合不良對壓鑄件品質的影響；②加料機給料不穩定對壓鑄件品質的影響。如表1所示（鋁液密度2.64g/cm³）。

表1 料柄厚度與重量關系

如表1所述，因為我們目前的壓鑄機大部分都是采用位置觸發方式設定高速切換點的，所以如果澆注機澆注不穩定（料柄厚度相差太大）可直接導致高速充填實際起點的改變，影響壓鑄件品質的穩定。假設在高速切換點已設定在某個既定位置數值時，如圖2、圖3、圖4，流道充滿，鋁液剛好到達澆口處，這是理想的高速切換點，如圖2所示。

圖2 澆注量穩定時的正常狀態

有部分鋁液已在慢壓射過程中通過內澆道進入型腔，容易使鑄件內部形成冷隔，如圖3所示。

圖3 澆注量偏多時的不正常狀態

鋁液沒能充滿流道，前端藏有氣體，使鑄件內部產生氣孔，如圖4所示。

圖4 澆注量偏少時的不正常狀態

噴霧機噴霧量與霧化效果不穩定也能對壓鑄件質量產生影響。壓縮空氣壓力的較大波動，正常的氣壓應控制在5.5～6.5 kg/c㎡，這一點非常重要；空氣壓力的較大波動造成脫模劑壓送壓力也隨之大幅波動。氣壓和水壓的較大波動造成脫模劑噴出量和霧化效果隨著氣壓的變化而變化，模具溫度和脫模潤滑效果也隨之跟著變化，產品品質也隨之波動。我國南方大部分地區夏天空氣濕度較大，壓縮空氣中會產生大量的乳化水，這些乳化水隨著空氣流動噴到模具型腔上，會使壓鑄件內部氣孔和冷隔增多，還會使壓鑄件表面出現斑點等不良現象，這是被很多人忽略的不良因素。所以儲氣罐底部和主管道最低點處要加裝自動排水閥，定期自動排水，盡量減少壓縮空氣中的水分。

2.1.3 模具因素

在設備已滿足現場條件的前提下，壓鑄模具狀況對壓鑄件品質的影響占主要因素。壓鑄生產過程中，現場人員用在模具上的時間精力往往是最多的，因此模具的日常維護保養工作很重要，主要需要注意以下幾點。

（1）確保分型面完好。分型面配合不好容易出現氣邊或飛料，飛料會造成型腔失壓和無料補縮，使壓鑄件內部出現較大氣孔和大面積疏松。為了品質和安全必須嚴控。

（2）內澆道尺寸和形狀的保持。壓鑄生產現場，內澆道厚度、寬度和內澆道延長量的管控非常重要。生產過程中隨著內澆道不斷被沖蝕，內澆道寬度、厚度不斷增大，內澆道延長量越來越短，壓鑄件的內部不良率會越來越高。

以上現象稱為澆道沖蝕，是壓鑄生產過程中必然會出現的現象。澆道沖蝕所帶來的不良后果是普遍的，也是往往被忽略的。因沖蝕加大了內澆道的寬度和厚度尺寸使內澆道截面積增大，造成的工藝參數變化后果如下：①充填阻力減小，內澆道流速隨之改變，也改變了充填時間；②充填時間縮短，加大了型腔內氣體的壓力，加大了排氣阻力；③排氣速度隨之改變，部分氣體來不及排出殘留在壓鑄件內部；④來不及排出的氣體殘留在壓鑄件內部形成氣孔，而且分布狀況從有規律逐步演變成無規律，繼續沖蝕下去鑄件內部冷隔也逐步出現。

因此，將內澆道寬度、厚度和內澆道延長量尺寸變化控制在合理的范圍內是必需要做的工作。根據經驗數據判斷，內澆道延長量應為內澆道厚的尺寸的1～2倍。它的主要作用是：在高速充填時將慢速充填過程中夾流道鋁液中的氣體搓碎，避免在鑄件內形成較大氣孔，對于減少冷隔也有一定幫助，如圖5所示。

圖5 內澆道尺寸與內澆道延長量

（3）冷卻水路保持清潔暢通且水壓穩定。模溫控制是穩定壓鑄件品質的有效手段。在沒有模溫機配合的情況下，模具冷卻系統的完好有效也是壓鑄生產過程中必需管控的一個環節。

冷卻效果不好，模溫偏高（超過250 ℃），會因蒸氣反彈造成脫模劑難以有效附著，使壓鑄件內部出現縮孔，表面局部粘鋁等，還會影響生產效率。冷卻過度會使模溫偏低（低于180 ℃），會造成脫模劑不能有效附著，影響脫模效果，水分也不能正常蒸發，會造成壓鑄件內部氣孔、冷隔、局部冷料堆積等不良現象。

壓鑄生產現場容易忽視的幾個問題點。

（1）澆口套和熔杯配合不良對壓鑄件品質的影響。

（2）排氣塊排氣槽堵塞對壓鑄件品質的影響。生產現場，特別是老模具經常會出現這樣的情況：分型面上多處可排氣，唯獨排氣槽和排氣塊是堵塞的，不能正常排氣。這種現象往往被忽略，但實際上它改變了排氣順序。充填順序和排氣順序應該是相向而行的，切不可相對而行。這也就是誤認為模具排氣效果很好，但壓鑄件孔穴率總是較高的因素之一。

（3）冷卻水滴漏對壓鑄件品質的影響。冷卻水滴漏是壓鑄現場常見的問題，看是小事，實際上卻隱藏大隱患：①漏到型腔內和熔杯內的水不僅僅是造成局部溫度下降的問題，當水遇到鋁液后會迅速氣化產生大量氫氣，并被鋁液吸收后填入型腔，這也是壓鑄件孔穴率較高的因素之一；②從點冷孔、集中分配器等地方漏到模架上的水同樣不可小視，漏水量較大時它會拉低模架溫度使模芯溫度難以保持，還會從各配合間隙處進入型腔，這同樣是壓鑄件孔穴率較高的因素之一。

（4）油缸漏油對壓鑄件品質的影響。油缸漏油不僅會產生和漏水同樣的氣孔問題，還會造成較大的油料消耗，直接增加生產成本，還會留下安全、環保等隱患。

2.1.4 料因素

料主要是指原材料和輔助材料。原材料影響壓鑄件品質的（主要指氣孔）主要有以下幾個因素。

（1）鋁錠的內部致密度，根據經驗判斷鋁錠斷口整齊，斷面晶體細小均勻的可判定為好材料，而斷口面晶體粗大的則容易造成壓鑄內部氣孔，如圖6所示。左邊鋁錠斷面晶體粗大，右邊零件斷面晶體細小均勻。

圖6 零件的內部質量

（2）熔解溫度：中央熔解爐保溫室內的鋁液溫度應控制在720~740 ℃，溫度過高容易造成材料晶體粗大，使壓鑄件內部產生氣孔，溫度過低難以維持周轉過程中各環節的累積溫降。

（3）保溫溫度：保溫爐內的保溫溫度應保持在650～680 ℃，對于小型壓鑄件當材料溫度低于650 ℃（特別是低于640 ℃）時，壓鑄件內部容易產生氣孔和冷隔。

壓鑄生產現場容易忽視的問題點：熔解爐保溫池的溫度是否達到720 ℃以上；轉運過程是否造成太大的熱損失；保溫爐是否有足夠的保溫和升溫能力。

保溫爐是否有足夠的保溫和升溫能力，要注意以下幾點：爐體與爐蓋之間是否密封完好；加料槽是否有蓋板密封；加料槽與爐體之間是否密封完好。

以上每一個環節的疏忽都會造成熱能損失，造成鋁液澆注溫度偏低。

（4）輔料：輔助材料包括精煉劑、打渣劑、脫模劑、沖頭油（顆粒）等，這些輔料的品質優劣，或使用是否及時有效也會直接影響壓鑄件的品質。

2.1.5 法因素

法指決策與方法、工藝。這是貫穿于生產活動全過程的管理工具之一，上面四大因素中每個環節出了問題都可以此工具進行分析，找出原因并制定改進方案和落實措施，然后對效果進行跟進總結，如此周而復始，但需要注意以下幾點。

（1）安全生產、設備管理與維護保養工作，每日點檢過程和生產過程要滿足所發現問題的響應速度和對策，確保設備運行條件滿足生產技術工藝需要，這是不可動搖的大前提。

（2）生產前后及生產過程中對于模具的使用、維護與保養工作，對潛在失效模式的分析（FMEA），制定易損件備存計劃，根據采購量制訂備用模計劃并落實。

（3）壓鑄工藝的制定執行與復核，每日點檢，確保工藝卡的嚴肅性。

（4）鋁液溫度的管控，這是個不能回避的問題，下限650 ℃這道紅線不可突破。

生產現場大部分技術人員只注重快壓射和增壓部分的數據，其實慢壓射速度設定不當對鑄件品質的影響是很大的。壓鑄生產現場容易忽視的問題：慢壓射速度對壓鑄件品質的影響；慢速充填狀態理論和實際的區別。

慢壓射是快壓射的前段，理論上慢壓射的作用是將鋁液充滿流道并推送到內澆道附近，從圖7中可以看到事實并非如此，實際上當鋁液的前峰有少量已經越過內澆道時，而澆道并不能完全充滿，而且還夾雜著氣體，這一現象慢壓射速度越快越嚴重。因此選用合適的慢壓射速度很重要。

圖7 慢速填充理論計算與實際狀態

吹氣是去除水分殘留的有效方法，但噴霧機吹氣次數過多，吹氣時間過長也并非好事，過度依賴吹氣不僅損失了模溫，也浪費了資源。模溫越低水分殘留越多，越得靠吹氣解決，如此循環。所以脫模劑配比濃度應盡可能偏高，在增強潤滑模具的同時減少水分的噴出量。

2.1.6 環因素

環指環境因素，它對以上各環節都可造成影響，主要是安全方面，這也是個不可忽略的因素。環境溫度的變化會影響人員的情緒，存在安全方面的隱患，還會影響設備精度和性能，夏天設備故障率總是偏高些。對于精密切削加工工序和檢測工序，環境溫度對于尺寸精度的影響是很大的，有些小細節往往不被關注。

壓鑄生產現場容易忽視的問題：對于沒有模溫機配合的生產現場，一定要根據夏冬兩季的環境溫度變化，即時調整脫模劑濃度和噴霧時間以及冷卻水流量，使模具溫度保持在合適的相對穩定的溫差范圍。如：夏天環境溫度高脫模劑可用較低的配比濃度，適當長的噴霧時間。冬天環境溫度低脫模劑可用較高的配比濃度，適當縮短噴霧時間。根據夏冬兩季的環境溫度變化，夏天加大冷卻水流量，冬天減小冷卻水流量。定期清理冷卻水道，保持冷卻效果。

對于空氣相對濕度較高的地區，當空氣相對濕度達到90%或更高時，除了壓鑄件容易發黑發霉外，空氣壓縮機產生的氣體中也會含有大量乳化水，使壓鑄件產生氣孔等。

高濕度季節易引發電器故障，對于暫停生產的設備應定期保持通電狀態，特別是弱電控制系統通電可讓其靠自熱保持干燥。

2.1.7 測因素

測就是品質檢驗，主要指測量工具、測量方法，以及經過培訓和授權的測量人。在現代生產過程中，測是重要的因素，沒有檢測控制是很難保證產品質量的。在測量控制時需要注意：①是否指定了責任人；②是否采用規定的測量工具；③是否在指定的測量點；④是否運用正確的測量方法；⑤是否按照一定的頻次進行了測量；⑥是否有記錄。提高測量器具的易操作性并能保證測量的精度，這對產品質量控制很有幫助。

3、壓鑄工藝維穩策略應用實例

3.1?脫模劑維穩

單獨配比脫模劑應用實例如圖8、圖9所示的閥體，由于個別孔位起模斜度很小，所以只能使用5027脫模劑，而且配比濃度偏高（1∶160～180），這樣產品質量較好，可以達到現場生產的穩定。

圖8 閥體個別孔位起模斜度

圖9 閥體閥口表面質量要求高

3.2?內澆道尺寸維穩

3.8JB分火器如圖10所示，產品直徑140 mm，高度28 mm，要求表面大面積鏡面加工后不準有氣孔、微斑點、流痕、色差等。內澆道尺寸：中間兩點18mm×1.2mm（極限1.4mm），兩邊兩點16mm×1.1mm（極限1.3 mm），沖頭直徑55 mm，內澆道尺寸壓射頭面積比1∶30.3，快壓射速度設定2.3m/s（實速1.9～2m/s）。采取這樣的內澆道尺寸，產品有比較好的質量，達到生產的穩定。

圖10 3.8JB分火器

在設定條件不變的前提下，當快壓射實際速度達2m/s以上時，加工面即出現氣孔和微斑點。

3.3?模具分型面維穩

368B型分火器如圖11所示，此件有7個抽芯的壓鑄件，要求表面大面積鏡面加工后不準有氣孔、微斑點、流痕、色差等，這個件在壓鑄生產過程中，如果分型面出現披縫，壓鑄件加工面就會出現氣孔，并已被多次驗證。因此，保持分型面完好，壓鑄件無披縫，保持內澆道尺寸在既定的范圍，就是這套模具維護保養工作的重點。

圖11 368B型分火器

4、結束語

六大要素中，針對后五大要素分析的結果，影響生產的因素是涉及面較廣的、多種多樣的、隨時變化的、防不慎防的。

但當不良因素出現時，問題是否能夠被及時發現或得到重視，又是否能得到及時處理，如何處理，由誰來處理，處理后的結果如何等等這才是關鍵。這里所有的矛頭都指向人，所以人才是六大要素中最核心的要素。

對于壓鑄現場，主要工作就是“維穩”，找出各個環節的波動因素，用可行可靠的辦法將其恢復到穩定狀態，“先求穩定、再求改進”，這個工作是周而復始的，沒有一勞永逸，也沒有捷徑可走。

在壓鑄現場一個產品問題可能由六大要素中的幾個要素共同作用造成的，在解決問題時并不是只解決其中一個要素就可以解決產品問題，而是綜合六大要素，綜合解決。因此，根據壓鑄工藝“維穩”策略可以高效、高質量的解決產品問題。

作者
魏言標 黃明宇
南通大學機械工程學院
魏言標 陳少旭 王俊有
天津雄邦壓鑄有限公司
本文來自：《鑄造》雜志