热处理的过程能力分析

通常我们都会用SPC的统计方式,计算PPK/CPK的方式来评价一个制造过程的过程能力。
然而对于热处理过程的特性,例如:硬度,有效硬化层深度等,是否适用这种方法?我们从下面几点来看:

1.从测量设备的精度来看
图纸要求的硬度范围一般在4-5HRC,硬化深度,复合层厚度等一般要求按硬度法测量。对于测量,其中测量不确定度对公差的影响生产过程应该是微不足道的,测量不确定度必须至多是评估特性的功能容差的十分之一。
市面上的硬度计根据ISO标准要求,不确定性为0.8HRC,测量允许误差+/-1.5HRC。很明显,常用的的硬度计的精度不满足要求。
2. 原材料本身淬透性的波动或不确定性
材料的淬透性受诸多因素影响,每批次或每个炉号的钢材的淬透性都有较大的波动。通常,这些信息原材料钢厂也不会提供生产工厂。
对于一些关键安全件产品,一般都要求来料检验对每炉号批次进行冷端淬火实验,以检查材料的淬透性。即使这样,淬透性的差异也是客观存在,不可避免的。



冷端淬火实验
3. 材料本身的偏析引起的强化不均
材料内部的合金元素及位错缺陷,对材料的强化造成影响,偏析引起的强化不均会造成不同部分的组织成分及性能的差异。这些差异都会影响最终的测量结果。
4. 炉体在热处理过程中本身存在不均匀性
在批量生产过程中,与单个部件热处理相反,并非所有在箱式和连续炉中加载的零件都是完全均匀加热的和被气体均匀覆盖并淬火的。不同的装料方式的不同位置,通常总有一定的变化发生。取样的方式,直接决定测量的结果。
5.基于成本的考虑
当然对于上述的几点差异,如果非要做常规的过程能力分析,还是可以找到对应的解决办法的。
对于设备,高级别计量等级的设备在精度方面也能达到要求。在原材料选择上,特殊制备的原材料,按照严格规定的方式制备样品,并在每次热处理过程中,放置规定的位置,理论上也是可以满足过程能力的要求。但是,除非研究的工作,很少有生产厂家愿意花费如此大的代价和时间。
那有没有一种适合热处理过程能力的方法呢?这儿提供的这种方法其实在欧洲北美等很多国家已经广泛应用,并且反应较好。
首先,取样位置要求:
零件要求取之于极限位置,如:
- 箱式炉(包含推杆炉)的 角点和中心位置;
- 连续炉批次生产的开始、中间和尾部的零件;
- 对于感应加热,要求从开始,按照每个固定间隔,如每个小时取样。
取样数量:
- 对于非破坏性的检测或成本较低的小尺寸零件,至少30件。
- 对于大尺寸的成本较高的零件至少9件。
- 具体的数量可根据样本子组调整,如多用炉,每炉9点,连续取4-5炉等。
统计要求:
对于多零件样本的,采用移动极差图。要求:
- 所有的测试结果必须落在要求规格范围内;
- 极差<D4*R均值。D4为SPC系数可根据子组样本数量查表获得。
D4 值
对于少样本零件,作预控图,要求初始连续取样,所以点落在上下公差各收严20%的范围内。
