1、优化冷拔钢管内外模表面渗硼剂配方提高模具使用寿命1.课题选择冷拔钢管生产效率高，生产周期短，且成本低，并具有很广泛的市场前景，是我们钢管车间提高钢管产量的主要生产方式之一。制约冷拔钢管产品质量是关键因素是冷拔钢管内外模具表面的渗硼层质量：即渗硼剂配方；冷拔模具表面渗硼层的质量直接影响冷拔钢管表面质量、钢管尺寸精度及模具的使用寿命；本次 QC 质量小组针对本班组过去采用的传统渗硼剂配方在实际生产过程中存在的问题进行研究，故本次选择的课题为：优化冷拔钢管内外模具表面渗硼剂配方，提高模具使用寿命。2.小组概况序号 姓 名 性别 年龄 文化程度 职务 责任分工1 尤志文 男 37 中技 组员 现场负责
2、2 李文平 男 32 中技 班长 现场指导3 任官鹏 男 25 大本 组员 资料收集 方案设计4 王红军 男 36 中技 组员 现场操作5 韦秋志 男 35 中技 组员 现场操作6 王 刚 男 27 中技 组员 现场操作7 李 哲 男 22 中技 组员 现场操作3.现状调查3.1 冷拔钢管内外模具表面粗糙度要求 Ra=1.6，而且表面光滑，无裂文、点蚀、蜂窝状麻坑、渗硼层脱落及渗硼层厚度不均匀等缺陷，通过对07 年 3 月7 月模具表面渗硼情况的调查统计如下：3.2 在 26 个存在表面缺陷的模具中，按不同的引起表面缺陷分类统计如饼状图所示：模 具 表 面 缺 陷 分 析11.54%7.69%
3、73.08%7.69% 模 具 加 工 质 量 缺 陷热 处 理 工 艺 缺 陷操 作 缺 陷渗 硼 剂 配 方 缺 陷从饼状图中可以看出，渗硼剂配方缺陷对模具表面质量的影响最大。日 期 三月 四月 五月 六月 七月 合计模具（个 ） 25 23 23 23 25 119模 具 加 工 质 量 缺 陷 1 0 1 0 1 3热 处 理 工 艺 缺 陷 0 1 0 1 0 2操 作 缺 陷 1 0 0 1 0 2渗 硼 剂 配 方 缺 陷 3 4 3 4 5 19缺 陷 累 计 5 5 4 6 6 26合 格 率 80% 78% 83% 74% 76.0% 78% 4.设定目标根据上述分析，我们
4、将目标设定为：将模具渗硼剂配方缺陷在所有缺陷的比例由 73.08%下降到 25%以下。渗硼后模具表面质量合格率由78%提高到 90%以上，并提高模具寿命5.主要因素的确定5.1 从人、机、料、法、环等五方面分析，由于冷拔钢管模具渗硼在机和环两个方面的影响是很小的，所以在确定主要因素时，可以不予以考虑：人 料 培训不足技术欠缺 模具加工质量不符合要求 技能不高 模具加工精度低追求产量 质量意识差 渗硼剂化学药品出厂日期长责任心不强大操作方法不当传统渗硼剂配方 加热温度低缺乏科学的实验方法 热处理工艺缺陷装炉温度过高 方法 5.2 模具表面质量问题因果分析通过分析总结影响模具使用寿命的因素共有 1
5、2 个，为能真正确定其为什么模具使用寿命短中的主要原因，我们在班组内部进行了投票评定，结果如下：（表示赞成，表示不赞成）由上表的投票评定结果确定以下四个主要影响模具表面质量和模具使用寿命的原因：1 技能不高；2 创新意识差；3 热处理工艺缺陷；4 传统渗硼剂配方；6.制定对策人员项目 尤志 文 李 文 平 任 官 鹏 韦 秋 志 王 红 军 王 刚 刘 毅 合 计培训不足 3技能不高 6质量意识差 6模具加工精度低 2化学药品时间长 2传统渗硼剂配方 7操作方法不当 2热处理工艺缺陷 6装炉温度过高 2加热温度低 3针对 5 中分析的四个主要原因，我们制定了如下对策,如下表所示：对策表序号 要
6、 因 目 标 具 体 措 施 负责人 实施时间1 技能不高全部考核及格，并能独立作业1 进行岗位培训，学习专业理论知识。2 外派学习提高现场操作技能。3 开展岗位练兵活动，搞好“传”“帮”“带”工作。4 实施安全考核制度，合格后才能上岗。尤 志 文王 红 军07 年 7月 5日7 月20 日2 质量意识差树立“质量第一”的意识和正确的质量观念1 加强规章，制度的学习和教育，严格执行标准化操作。2 建立质量责任制，进行职业道德教育。王 刚 李 哲07 年 7月 21日7 月30 日3 热处理工艺 缺陷制定科学的热处理工艺温度1 查阅相关资料，制定科学的符合模具要求的热处理工艺及工艺温度 2 炉子
7、加热至热处理工艺温度时派专人负责测量炉子温度，并达到要求李 文 平韦 秋 志07 年 7月 10日7 月25 日4 传统渗硼剂 配方调制科学的、合理的渗硼剂配方1 查阅、搜集资料，针对性分析并制定科学的合理的渗硼剂配方2 整理设计思路，制定切实可行的实验设计方案3 观察渗硼后渗硼层的显微组织结构及渗硼层厚度情况4 派专人对实验结果较好的配方应用于冷拔模具并投入实际生产实际记录模具的使用寿命任 官 鹏李 文 平07 年 7月 1日7 月30 日7.对策实施对策一：提高员工技能水平1进行岗位技能培训，并请技术组师傅专门进行了为期三天的专业知识讲座，小组成员分批参加学习，而后统一进行专业理论知识考试
8、，并全部通过，平均分数达 93.432分批次派组员在外单位学习有关模具渗硼热处理工艺，并向陕西理工学院专业教师胡礼木教授对组员进行有关提高模具表面质量及模具使用寿命方面的专业知识讲解，并邀请高级工程师安群维师傅对组员进行有关热处理方面的专业知识介绍，使小组成员学习和积累本岗位的实际作业经验，并随后进行了实际操作考试，成绩均达到优秀。3开展了三次岗位练兵活动，使操作人员将所学的模具热处理及优化渗硼剂配方的理论知识在实践中更好的理解与消化，通过该活动使操作人员掌握了操作技术，达到独立操作的要求。同时搞好“传” ， “帮” ，“带”工作，在全班组形成良好的学习气氛，全班组技能水平得到显著提高。对策二
9、：树立正确的质量观念1加强模具热处理及渗硼剂配方操作规程的学习，经济考核制度的学习，严格按照操作规程标准化操作。2加强安全质量管理的学习，树立“质量第一” ， “用户至上”的思想，经常性的进行职业道德教育，并且将渗硼剂配方、模具表面质量及模具的使用寿命等主要质量指标列入经济责任考核，并形成记录，每周三组织小组成员进行学习。对策三：热处理工艺缺陷1 本车间在冷拔钢管模具热处理工艺这部分是按照传统的热处理工艺编制的，同时车间关于模具热处理工艺方面的针对性资料遗失；故在本次 QC 质量小组活动中，本小组查阅了大量的有关表面处理、模具设计、热处理、模具寿命等资料为本车间以后制定模具热处理工艺奠定了基础
10、。2学习较先进的、前沿的热处理工艺，并对现有模具热处理工艺进行校对。对策四：传统渗硼剂配方1 实验设计 准备实验器材 此次实验所设计用到的实验器材有：光学显微镜，化学显微镜，抛光机，4%硝酸酒精溶液，砂纸（260#、400#、600#、1000#） 、砂轮。 实验过程设计a) 制作试棒：材料为 45 钢，151530mm（如图 1 所示）的试棒10 个并依次逐个编号为 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10。b) 将渗硼剂按表二中的比例配制 10 份，按照表 1 对应的序号涂抹在 a）中之制作的试棒上（药层厚度为 0.40.6mm） ，并干燥（24 小时） 。图 1 试样棒结构图c) 将 b
11、 中的试棒放入坩埚炉内，并用粘土密封（防止氧化） ，并放入 RJX459 箱式电阻炉内按照该单位原有的热处理工艺进行渗硼热处理：涂抹药品（干燥 24h） 装炉升温 960oC 保温 4h 出炉淬水 回火 200oC 保温 1 小时 随炉冷却至 100 左右 出炉 清洁表面.d) 把渗硼后的试样取出来，将试样表面处理干净，砂轮磨平后，经砂纸磨至 1000#、抛光、经 4%硝酸酒精溶液腐蚀制备金相试样，以备金相试验观察。e) 用光学显微镜观察渗硼层组织，测量渗硼层深度，并观察渗硼层显微组织结构，描绘出其显微组织结构的金相形貌；用显微硬度计测量渗硼层的硬度及质量分布情况，测量三处取其平均值，并将观察
12、结果记录在表 1 中。 数据记录及分析a) 金相组织观察及显微组织结构（图 1 中最右边黑色的为粘着在试样渗硼便面的膏剂药皮，中间白色的为渗硼层，最左边的为母体材料。 ）A1 号试样 B2 号试样 C3 号试样 D4 号试样 E5 号试样 F6 号试样G7 号试样 H8 号试样 I9 号试样 J10 号试样图 1 10 种试样的金相显微组织图b) 实验数据记录 本实验渗硼层质量将采用记分法标记5 分标是渗硼层厚，金相形貌为连续的针刺状，有很高的硬度；4 分表示渗硼层较厚，金相形貌为连续的针齿状，有较高的硬度；3 分表示渗硼层较厚，金相形貌较为连续的针齿状，硬度高；2 分表示渗硼层较薄，金相形貌
13、不连续，硬度较低；1 分表示渗硼层薄，金相形貌不连续，硬度低；0 分表示没有渗硼层。表 1 数据记录序号 编号 GaF2 BC4 Na2SiF6 渗层质量 渗层厚度 渗层硬度 金相形貌 /微米 /HRC12345678910123456789106667778888234234234212323131214355232351215.6182210.4268168.4150144.8159.6257.2137.261.661.961.461.956.660.760.861.961.956.8针刺状、较连续、不紧密针刺状、不连续，不紧密针刺状、连续、不紧密针刺状、连续、非常紧密针刺状、较连续、较紧
14、密针刺状、较连续、不紧密针刺状、不连续、不紧密针刺状、较连续、 较紧密针刺状、连续、紧密针刺状、不连续、不紧密c)本试验将采用正交试验中的极差法对实验结果进行分析，试验结果分析见表 2：K ij =( ki1+ki2+ki3)/3 i 为各因素的水平号j 为渗层硬度值的序号因 素 GaF2/微米 B4C/微米 Na2SiF6/微米表 2 极差分析（渗层厚度） 实验结果与分析：a 正交实验结与果分析：由正交实验结果（表 1）的极差分析（表 2）可以看出，影响渗硼层厚度的化学成份含量因素的主次关系依次为：Na 2SiF6 B4C CaF2 。 由于本实验的指标为渗硼层的厚度越厚越好，渗层质量越高越
15、好，因此得到的最佳固体膏剂配方为：Na 2SiF6B 4CCaF 2 为：。由上述结论可知，固体膏剂药品成份因素 Na2SiF6、B 4C 对渗硼层有很重要的影响，而 CaF2 的影响相对不是很重要的，进一步说明了，CaF 2 虽然是活化剂，但是，在本实验配方中，它仅仅起到了填充剂的作用。可以通过因素指标来刻画，对每个因素以指标为纵坐标，因素的水平为横坐标，并将各点连成线，如下图 2、图 3、图 4 所示：（Kg）K1jK2jK3jR202.7195.5187.215.5209.5170205.939.5181.2236.7168.467.3（Kg ）图 2 CaF2 对渗硼层厚度的影响 图
16、3 B4C 对渗硼层厚度的影响（Kg）图 4 Na2SiF6 对渗硼层厚度的影响由图可以看出，CaF 2 的含量越少，渗硼层的厚度越大，由渗硼层的金相组织示意图及经济方面的考虑，CaF 2 含量应该取在附近较为合适。B4C 的量应该取在两端较为合适，从经济方面的考虑，B 4C 的量更应该取在处；Na 2SiF6 的量取在处较为合适。因此，如果还希望进一步提高渗硼层的厚度及质量，则可以把 Na2SiF6 取在的水平，再做进一步的探索性实验。该图 2、图 3、图 4 为以后的进一步的深入性实验研究指明了方向。b 金相组织分析由固体膏剂各化学成份配方的金相组织示意图可以看出，号、号、号、号试样的渗硼
17、层较厚，而号试样的渗硼层最厚，金相形貌为连续的针齿状，渗硼层紧密；号试样渗硼层也较厚（257.2 微米） ，金相形貌为连续的针齿状，渗硼层较为紧密，但是，没有 4 号试样的渗硼层渗硼效果好，从其药品配方研究中可以看出，该配方中 B4C 的含量高达 28%，而 Na2SiF6 的含量仅为 14%，说明该配方中 Na2SiF6 的含量相对 B4C 较少，多余的 B4C 没有足够的 Na2SiF6 激活剂来激活，而产生足够的硼原子以达到渗硼的目的；同样，经比较 1 号、3 号试样中同样存在 Na2SiF6 量不足的的情况；观察 7 号试样的金相组织图，可以看到其渗硼层较薄，金相形貌不连续，渗层组织不
18、够均匀且不紧密，通过对其配方的研究可知，其 B4C的含量仅为 15%，而 Na2SiF6 量高达 23%，说明 B4C 的含量相对太少，以至于不能产生足够的硼原子以达到渗硼的目的。通过本次实验的金相组织观察及分析可知，B 4C 的含量应该取在18%25%之间，得到的渗硼层厚度较厚，渗层质量最好；活化剂的含量应该与供硼剂的含量相匹配，以达到较好的渗硼效果；若活化剂的含量过多，供硼剂含量相对较少，不能起到活化出足够硼原子，活化剂含量过少，又起不到活化剂的效果，故取活化剂的含量应该在 18%25%为最佳，得到的渗硼层质量最好。通过对各种固体膏剂成分配方渗硼试样的金相组织观察分析，可知，4 号试样渗硼
19、层金相组织及硬度均符合实验要求，且与正交实验法理论分析的结果相接近，4 号试样的药品成分配方为：Na 2SiF6B 4CCaF 2为2：2：7，与正交实验的最佳优化配方 2：2：6 相接近；由于 CaF2的成份因素对实验指标的影响不大，故 CaF2的量取 6、7 对实验结果影响不是很大的，由于考虑到经济方面，应该把 CaF2的含量取在 7，故实验的最终最佳配方为 Na2SiF6B 4CCaF 2为 2：2：7。现在将 10 号试样的金相组织图与其它的金相组织图作比较，可以看出 10 号试样的的渗硼层的渗硼结果很不理想，究其原因，其配方中Na2SiF6的量仅为 9%，而 B4C 的含量为 18%
20、，Na 2SiF6的量相对较少，没有足够的活化剂来活化 B4C，不能产生足够的硼原子以达到渗硼的目的。10 号试样所采用的固体膏剂渗硼剂配方是咸阳石油钢管钢绳有限责任公司目前一直使用的药品配方，故而本此实验是相对成功的，达到了优化了原有配方的目的。c 将优化后的渗硼剂配方用于模具实际生产中，并派专人负责记录检查模具渗硼后的表面质量及模具的使用寿命情况。8 效果检查 我们对 8 月至 12 月的模具表面质量情况及合格率进行了统计，见下表：效果一 冷拔钢管模具表面质量的合格率由 78%提高到 93.07%，模具表面质量更加稳定，性能更加可靠。如下图日 期 八月 九月 十月 十一月 十二月 合计模具
21、（个） 20 23 18 20 20 101模具加工质量缺陷 1 0 1 0 0 2热处理工艺缺陷 0 0 1 1 0 1操作缺陷 0 1 0 0 1 2渗硼剂配方缺陷 1 0 0 0 0 1缺陷累计 2 1 2 1 1 7合格率 90% 91.3% 88.89% 95% 95% 93.07% 合格率曲线图0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%120.00%三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月十二月月份合格率合格率柱状图78%90.00%93.07%75.00%80.00%85.00%90.00%95.00%100.00%优化前 目标值 优化
22、后效果二：模具渗硼剂配方缺陷在所有质量缺陷中所占比例由 73.08%下降到 14.3%，冷拔班模具制作及热处理人员以及全体冷拔班成员整体质量意识、工作严谨的态度都得到显著提高。效果明显。模 具 表 面 质 量 缺 陷 分 析28.57%28.57%14.29%28.57%模 具 加 工 质 量 缺 陷热 处 理 工 艺 缺 陷操 作 缺 陷渗 硼 剂 配 方 缺 陷57.89%25.00% 14.29%0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%优化前 目标值 优化后优化前后渗硼剂配方缺陷所占比例比较图效果三：经车间 07 年 8 月至 12 月模具使用情况记录，模具的使用寿命由
23、以前的每套模具拔制的 300 支管子的使用寿命提升到现在的每套模具拔制的 800 支管子的使用寿命。明显提高了模具的使用寿命，降低了模具的制作成本，提高了模具的使用效率。经比较得知，我们冷拔班组此次 QC 小组活动达到并超过预期目标。 9 巩固措施1我们车间将在进一步在表面热处理、模具渗硼、模具热处理、提高模具寿命等方面方面进购大量新的、前沿的科学资料，以弥补我们车间以前在冷拔钢管模具表面热处理方面的理论知识的不足。2不定期派技术人员到别的单位学习，交流专业知识，定期组织本单位员工参加培训、学习。3建立创新激励机制，将新方法用于实践检验和修改，合理后，纳入制作技术，并形成文件。10 总结和下一步打算1总结本实验彻底达到了优化原有渗硼剂配方的目的。在没有改变 B4C 的含量的情况下，通过增加 Na2SiF6 的量，大大增加了渗硼层的质量，而且大大提高了模具的使用寿命，每套模具拔制管子的使用寿命从以前的 300 支提高到现在的 800 支。2下一步打算本次 QC 质量活动虽然优化了冷拔钢管模具内外模具表面渗硼剂配方，提高了模具的表面质量和模具的使用寿命，但是优化并不是最好，所以我们的下一步目标是在现有优化的基础上对模具渗硼剂配方做更进一步的优化改进，最大程度的提高模具表面质量，延长模具使用寿命。
