三. 制定緊固件制造流程的一般經驗與做法
1. 制造流程是企業發展和產品工藝設計的技術綱領
當企業的產品制造目標(產品的“生產綱領”)確定之后,選擇(或選購)制造裝備,規劃場地,確定投資額度等成為首要任務,而擬制、選定工藝流程是前提,同時也是開展具體工藝設計的依據,從而保證企業預期技術、經濟目標的實現。即對待制造流程,應認真、慎重,把它真正當作企業發展和技術設計的綱領。
2.流程的基本內容
流程的基本內容包括:制造產品用材料的牌號、質量級別、形狀(圓或型材)、規格、精度、形式(盤料或棒料、盤徑、棒料長度)等;各工序的任務及名稱,各工序的順序,裝備名稱、型號、編號;制造工序間作為獨立的檢驗環節以及出廠前的最終檢驗應作工序排入,要求進行質量控制的重點工序應予注明;必要的序間和最終揀選(外觀、裂紋、硬度揀選等)應作工序排入;最終的清洗、防蝕、防磕碰處理、包裝等也應一一列入。產品在庫存中可能發生質量變化,還應增設庫存期間的必要檢查。
3. 制定制造流程必須進行比較權衡
制造流程關系全局,因此慎之于始進行技術、經濟權衡是完全必要的。即使采用似乎已固定的流程或仿效現成流程,也有必要再進行評價,才可能在各種方案中選取較佳方案,以達到預期的技術、經濟目標。
4. 技術、經濟評價的主要內容:
技術:企業實現其有關技術(加工、檢測等)的能力具備與否;對產品全部技術指標的保障程度(特別是產品質量的穩定性,如不良品率的大小,通過已有經驗類比或必要的試驗驗證);產品質量在市場的競爭力以及自身產品質量的優勢等。
經濟:成本、利潤、價格競爭力以及企業對成本的控制
能力(外部成本,如外購材料、工具等的成本風險;內部成本的調節可能性等)等。
5. 對于新投資待建企業的制造流程
一般會首先確定產品目標(產品品種、規格、質量等級、近期及遠期生產量目標等)。為了減少確定產品目標的盲目性,值得推崇的做法是,同時進行對產品目標確定和制造流程的選擇,即初定數種產品目標方案,并對這些方案分別擬訂并選擇各自合適的制造流程,測算或估算其技術、經濟效果。最后在這些方案中最終篩選所中意的產品目標及流程方案。
6. 對于已有企業的制造流程
一般會以已有裝備作為制定流程的依據,但其流程選擇的空間較小。即便如此,對所擬流程制造所能獲得的目標
產品的技術、經濟效果,仍要予以評價,以便與市場同類企業、同類產品比較其競爭能力,確定投產該產品的可行性。如果通過局部裝備以及工藝技術的改造或更新,可以有效地提高其競爭力,那么根據新的流程進行技術與裝備適當的改造、更新就很必要了。
7. 制造流程一旦選定,無論流程是簡單或者復雜,均應視為具有同等的重要性,且應以正式文件予以確定,而這種技術文件應當由企業的最高技術決策者,甚至企業的最
高決策者簽署認可,今后的更改,也須具備同等的權限,以確保不被隨意變更。而工序技術文件,在已經有嚴格批準的制造流程為綱的前提下,審核、批準的權限則可適當下放。
8. 為了保證生產正常持續進行,避免因變更流程(申請、審查、核準等)導致不必要的時間延誤,可以根據企業裝備的實際狀況,補充制定一種(至多二種)臨時流程,以供發生特別情況(如設備突發嚴重故障,生產能力嚴重不均衡等)時,作為臨時流程使用。前提是其技術、經濟條件應與正式流程基本一致,而且這種流程應事先制定并經過正式流程同等權限的批準。有的企業稱此種流程為“迂回流程”或“臨時流程”,當異常消除后,再及時恢復采用正式流程。由于兩類流程都是經過論證和正式批準的,因此實施這種變更的權限完全可以下放到有關業務部門,從而保證流程嚴肅性與靈活性的結合。
9. 制造流程的擬訂、評價、權衡已經超出純技術或純
經濟的范疇,因此,或者應選擇具有技術、經濟綜合能力的人員為主(有的企業會有意識地物色、培養這種人員),或者應組織技術、經濟各方面的人員合作進行,分割地就技術論技術或就經濟論經濟都是不可取的。
10. 工序技術是制造流程的技術基礎,在相當程度上
決定或影響制造流程的技術、經濟水平。而從企業發展需要而言,工序技術是應當不斷改進、更新的。但實際上,為了保持生產的相對穩定,改進、更新只能是間歇式的,也就是說穩定應是較長時期的,只在適當時才予以更新,待保持穩定若干時間之后再行更新。因而實施工序技術改進、更新的最佳時機是制定新的流程之時。為了在一項新的產品或需對原有流程進行改進時,有新的工序技術可用,工藝技術的開發應重在平時的積累。
四.緊固件制造流程制定中的典型問題
由于緊固件產品與工藝的某些特殊性,在其制造流程的確定中相應存在一些特殊問題,現就一些較典型的問題介紹如下,這些問題大多也是行業今后有待進一步解決的課題。
1. 外螺紋件熱處理工序的排序問題
現在,需經熱處理的外螺紋緊固件日益增多,其螺紋精度大多數不低于6級,較高的為5級甚至4級,熱處理工序在流程中的位置(相對于螺紋加工工序)可有三種選擇:
(1)先加工螺紋后熱處理。對于6級精度的產品(如通用的標準螺栓、螺釘),往往在螺紋加工完成之后進行熱處理,主要的有利點是在低硬度條件下滾壓螺紋的經濟性和效率最高。但其不利之處也不少,其一是,熱處理工序不可被免影響螺紋精度(微量變形,微量氧化等),為保證成品精度,不得不壓縮螺紋加工的公產帶,對螺紋精度的穩定性和經濟性都存在負面影響。其二是,螺紋加工后至熱處理的工序流轉難以避免的對螺紋的磕碰,成為影響螺紋成品質量的重要因素。對較大、較重的產品,往往在螺紋驗收時經常被拒收,成為一個老大難問題。
(2)熱處理之后再加工螺紋。據一般經驗,4級、5級精度的產品,采取后熱處理,螺紋精度將難以保持,幾乎是不可行的。因而對于4或5級精度螺紋的產品,后加工螺紋基本是唯一的選擇。而其中的高強度(10.9級或12.9級)產品,螺紋滾壓十分困難,經濟性與效率都相當低,但只能不得已而為之。對于6級精度、較大、較重的產品,則存在先、后熱處理兩種方案間權衡的問題。從提高質量競爭力的角度考慮,一些企業寧愿犧牲螺紋加工的經濟性與效率,有逐步轉向先熱處理后加工螺紋的趨勢,這正是經過總體技術、經濟權衡的一種選擇。
(3)加工螺紋后熱處理,而后再回滾螺紋。這是一種折中方案,其經濟性如何,尚無定論,對質量的可靠性也有所影響,在實際生產中采用的不多。
外螺紋件熱處理工序排序的難點在于,兩種方案都存在較大的不利之處。從工具、工藝技術方面大力提高現有水平,才有有可能擴大采用后加工螺紋的方案,這可能是一個比較現實的出路。想杜絕磕碰和完全消除熱處理變形,前人已經做了很多努力,但這不是純技術問題,看來簡單而實際上極為困難,想達到理想的狀態,幾乎沒有可能。
2.內螺紋件熱處理工序的排序問題
內螺紋件熱處理時的變形更為嚴重且不穩定,而在熱處理前、后進行螺紋加工的難度差別更大,使得排序更加成為一個兩難問題。可選方案也不外有三:
(1)先加工螺紋后熱處理
環形零件的熱處理變形極難掌控,即使是6級精度螺紋,產品螺紋質量也難以穩定,因而是不可取的。基于熱處理之后攻絲的困難實在太大,仍有一些企業在為尋求變形極小、而且穩定的熱處理工藝進行努力。不過,不少企業的長期實踐表明,除非有某種奇跡性的技術出現,這種努力會是無益的。
(2)先熱處理后加工螺紋
此方案的主要困難在于高硬度產品的攻絲,效率低而成本高,但螺紋質量,無論4、5、6級,均可確保。
(3)折中的方案
先攻絲(適當縮小螺紋尺寸),后熱處理,而后再回攻。同外螺紋產品的折中方案一樣,其優劣也尚無定論,因而實際采用的不多。
內螺紋件熱處理工序的排序問題,比外螺紋件更為困難和復雜,這是內螺紋件設計先天存在的“隱患”,即帶較高精度內螺紋的、熱處理變形難以穩定的環形件本身固有的矛盾。理論上的出路不外兩條,或者出現一種幾乎無變形的或者變形十分穩定的熱處理工藝(現實可能性極小)。或者,在提高攻絲效率和工具壽命上不斷有所提高,從而推廣采用后攻絲的方案。就現實而言,在這方面,是大有潛力可挖的。例如,改進絲攻壽命的很多技術(表面強化,改變材質,潤滑劑等),在國外已經廣泛采用,而在國內尚待推廣。
3.采用何種工藝技術的權衡
為各工序選擇何種工藝技術是擬訂制造流程的另一主要內容,它與流程的排定往往互為因果,相互影響,常見的問題有:
(1)需要以塑性成型制出產品形狀(螺栓等的頭部,螺母等的外形等)時,采用“冷成型”或者“溫(熱)成型”?采用“多工位成型”或者“分序成型”?
(2)成型用材料斷面形狀選擇“圓斷面”或者“特定斷面”?
(3)成型前的原材料采用“冷拔精確料”或者“熱軋料”?
(4)冷拔精確料由“企業自行解決”或者由“鋼廠(材料改制廠)直供”?
(5)原材料的表面缺陷采取“改制時剝除”或者“改制后剝除(如磨削)”或者“在以后加工時除去”?
(6)外螺紋件的桿端倒角采用在成型同時鐓出,或者于成型后以另一工序以機械加工(車或銑)制出?
(7)具有精密桿部的外螺紋件(如與“鉸制孔螺栓”類似產品),其精密桿部在鐓制桿胚的基礎上,采用“車+精磨”或者“粗磨+精磨”或者“縮桿+精磨”進行?
(8)具有異形頭部的螺栓類產品,其頭部的非對稱部分采用“直接鐓成”或者“銑制”或者“車制(以一種特殊夾具)”?
(9)外螺紋加工采用“搓絲”或者“滾絲”?
(10)內螺紋加工采用“切削式攻絲”或者無切削的“擠壓式攻絲”?采用“自動攻絲機”或者“多頭攻絲機”或者“單頭攻絲機”?
(11)無法采用多工位成型的特殊螺母(如特薄、特厚),采用“分序冷擠壓”或者“成型材料車削”或者“溫(熱)成型”?
(12)桿部帶孔的外螺紋件的鉆孔,在螺紋加工之前進行或者在螺紋加工之后進行?
(13)槽形螺母的槽采用“銑制”或者直接于成型時“鐓制”?
4.挑選工序的安排,在某工序之后或者在成品包裝之前?采用人工挑選或者自動機挑選?
5.質量控制點或檢查工序的安排,哪些工序安排為質量過程控制的點?哪些工序安排序后檢查?是否設置出廠前的全面驗收檢查?
6.包裝可采用“人工包裝”或者“自動(半自動)包裝”等。
五 結語
緊固件制造流程關系到專業企業投資、生產的經濟效果以及產品質量,歸根結底關系到企業的生存與競爭能力,因此,應予以高度重視,必須加強制造流程的嚴肅性和權威性。制造流程的制定是技術、經濟綜合權衡、選擇的過程,是技術與經濟以及經營方針、策略的綜合。制造流程與工藝技術互為因果,相互影響。作為制定、改進制造流程的技術基礎,有必要持續地開發、儲備工藝技術。尚有許多與緊固件制造流程相關的問題有待解決,將是行業今后的長期課題