Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,007

ПРИМЕНЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ПОИСКЕ ДЕФЕКТОВ ШТАМПОВКИ ЖЕСТЯНОЙ ТАРЫ

Критинина Н.А. 1 Пегина А.Н. 1 Игуменова Т.И. 1 Земсков Ю.П. 1
1 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»
Настоящая статья посвящена применению статистических методов системы менеджмента качества при анализе различных дефектов штамповки жестяной тары, используемой в процессах консервации продуктов питания в пищевой промышленности. Был произведен выбор из 100 исследуемых жестяных консервных банок количественных оценок зазора между пуансоном и матрицей. При этом выявлены несоответствия геометрических размеров из-за недопрессовки, наличия рваных поверхностей и гофр на боковой поверхности после штамповки. Построены гистограммы распределения параметров зазора и определены доли брака по каждому параметру с выявлением поля допуска. Подтвержден механизм разрушения деформированной поверхности банки. При анализе причин возникновения брака проведен анализ причин не соответствующей продукции, построены диаграмма Исикавы и диаграмма Парето, по результатам которых выявлено, что наиболее существенными причинами являются: нарушение формы и размеров тары, трещины и разрывы на изделии, морщины и складки, а также недоштамповка изделия. В качестве корректирующих и предупреждающих действий рекомендовано проведение мероприятий в виде повышения стойкости вытяжных пуансонов и матриц к изнашиванию и деформации наплавкой твердыми сплавами (стеллитом, сормайтом), а также хромированием и азотированием их поверхности. Кроме того, упрочнение рабочих поверхностей вырубных штампов позволит существенно увеличить их долговечность.
штамповка
жестяная тара
дефект
статистический анализ
1. ГОСТ Р 52204-2004. Жесть холоднокатаная черная и белая. Технические условия. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. – 25 с.
2. ГОСТ 1050-2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных, качественных и специальных сталей. – М.: Стандартинформ, 2014. – 32 с.
3. ГОСТ 13345-85. Жесть. Технические условия. – Введ. 1987-01-01. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. – 20 с.
4. ГОСТ 26384-84. Банки жестяные цилиндрические круглые для консервов. Размеры конструктивных элементов. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1999. – 15 с.
5. ГОСТ 5981-2011. Банки и крышки к ним металлические для консервов. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2014. – 21 с.
6. Земсков Ю.П., Квашнин Б.Н., Дворянинова О.П. Конструкционные упаковочные материалы: учебное пособие. – СПб.: Издательство «Лань», 2017. – 248 с.
7. Файзулина Р.В., Молева О.Н., Никифоров М.М. Качество жести для цельнотянутых двухэлементных банок [Электронный ресурс]. – URL: https://niscu.ru/work/521634/Kachestvo-zhesti-dlya-celnotyanutyx (дата обращения: 29.01.2018).
8. Статистические методы контроля качества [Электронный ресурс]. – URL: https://studme.org/1765030210908/menedzhment/statisticheskie_metody_kontrolya_kachestvahttps (дата обращения: 29.01.2018).
9. Норин В.А. Неразрушающий контроль качества: учебное пособие / В.А. Норин, В.Е. Гордиенко, Е.Г. Гордиенко и др. – СПб.: СПбГАСУ, 2013. – 104 с.

Актуальной проблемой является совершенствование технологий переработки сырья растительного и животного происхождения, в частности в производстве консервированной продукции, упакованной в жестяную тару для длительного хранения. Производство мясной и растительной консервированной продукции является одним из направлений обеспечения продовольственной безопасности страны и приоритетным направлением развития сельского хозяйства Российской Федерации.

Одной из задач пищевой промышленности является своевременное удовлетворение запросов потребителя путем расширения ассортимента консервированной продукции, увеличения сроков хранения, обеспечения экологичности упаковки, вторичного использования и переработки ресурсов за счет передовых инновационных технологий.

Настоящее исследование проведено для продукции, упакованной в жестяную тару. Анализ данных по структуре и объемам производства жестяной тары в России показал, что наиболее крупным производителем указанного вида упаковки является ОАО «Калининградский тарный комбинат» (табл. 1).

Таблица 1

Объемы производства жестяной тары

Производитель

Объемы производства, млн усл. шт.

2012 г.

2013 г.

2014 г.

2015 г.

2016 г.

ОАО «Калининградский тарный комбинат»

300

323

351

368

390

ЗАО «ЖестьУпак»

179

216

220

237

270

ГК «Метарус»

290

180

200

176

220

ООО «Банкон»

216

205

210

168

160

ООО ПО «САНТ»

135

125

135

141

136

ОАО «Мурманский тарный завод»

100

105

110

131

130

Прочие

3410

3491

3389

3365

3331

Итого:

4630

4645

4615

4586

4637

Исследования структуры и объемов потребления жести в мире показывают, что она является одним из самых используемых материалов в производстве тары для консервной промышленности. Например, в России и в Корее – 78 %, в США – 65 %, в Европе – 46 %. Жесть, как вид стальных изделий, по своему назначению является стратегическим материалом, кроме того, использование стальной упаковки подлежит полной вторичной переработке. При производстве жестяных консервных банок для пищевых продуктов применяется только белая жесть. Это обусловлено тем, что белая жесть обладает высокой коррозионной стойкостью в отличие от черной жести. «Скользящая способность» белой жести также позволяет автоматизировать процесс изготовления жестяных банок и достичь высокой производительности процесса. Существует несколько видов жести, выпускаемых по ГОСТ 13345-85 «Жесть. Технические условия» [1–3]. Белая жесть является листовой холоднокатаной отожженной сталью небольшой толщины (не более 1,2 мм, минимум – 0,1 мм), на которую нанесено какое-либо специальное покрытие (цинк, олово, лак, хром), выполняющее защитную функцию. Если покрытия жесть не имеет, то речь идет о черной (нелуженой) жести. Она представляет собой первичный материал, на который наносится защитный слой. Для упаковки консервов различного назначения тара выпускается из белой консервной жести горячего лужения в соответствии с требованиями ГОСТ 5981-2011 «Банки и крышки к ним металлические для консервов. Технические условия». Данным стандартом предусмотрены следующие показатели качества тары: поверхность банок; паяный шов; закаточный шов; лаковое и литографское покрытие на корпусе; размеры и вместимость банок; герметичность банок; отбортовка корпуса. Размеры консервных банок также стандартизованы. В стандарте установлены точные размеры каждого вида консервной банки. Существует более 30 видов консервных жестяных банок. Для каждого вида определены точные размеры, присвоен определенный номер и рекомендован перечень консервов, для которых эти банки предназначены [4–5]. При исследовании ста жестяных банок, которые подверглись пластическому деформированию при изготовлении, были получены количественные оценки зазора между пуансоном и матрицей. При несоответствии такого зазора стандартным нормативам могут возникать несоответствия размеров штампованных банок, а именно, недопрессовка, наличие рваных поверхностей и гофр при отбортовке корпуса. В табл. 2 приведены значения зазоров между пуансоном и матрицей в зависимости от возникновения вышеуказанного брака. На основании вышеприведенных данных построены гистограммы распределения по показателю зазор между матрицей и пуансоном при возникновении дефектов недопрессовки, наличие рваных поверхностей и гофры, показанных на рис. 1–3.

Таблица 2

Значения зазоров между пуансоном и матрицей

№ замера

Значение зазора, 10-3 мм

№ замера

Значение зазора, 10-3 мм

№ замера

Значение зазора, 10-3 мм

№ замера

Значение зазора, 10-3 мм

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

16

18

10

26

12

24

11

51

14

14

24

76

16

17

15

2

13

19

23

27

24

18

12

52

11

13

5

77

20

12

19

3

10

16

22

28

9

16

16

53

10

18

18

78

15

16

12

4

20

16

20

29

27

14

21

54

12

13

6

79

17

13

15

5

9

19

7

30

20

12

25

55

15

19

16

80

18

13

13

6

13

21

12

31

10

15

19

56

9

11

16

81

13

14

16

7

16

16

20

32

14

24

20

57

13

11

14

82

6

22

24

8

13

14

14

33

16

21

21

58

12

11

8

83

13

21

17

9

17

15

20

34

14

12

12

59

12

13

17

84

16

15

12

10

19

15

16

35

17

12

14

60

16

14

9

85

10

13

22

11

16

14

17

36

13

16

20

61

13

12

20

86

10

23

14

12

20

14

14

37

24

12

22

62

18

18

18

87

17

16

23

13

20

19

16

38

19

19

17

63

12

13

19

88

18

16

20

14

20

23

16

39

11

12

14

64

14

19

19

89

20

10

19

15

16

18

10

40

5

13

10

65

9

15

22

90

10

14

10

16

14

13

19

41

20

13

18

66

6

15

18

91

13

17

19

17

11

7

14

42

16

20

15

67

16

15

15

92

14

26

11

18

14

20

15

43

4

15

24

68

17

14

18

93

16

15

11

19

14

14

13

44

9

19

13

69

21

19

18

94

11

22

19

20

8

18

10

45

9

13

10

70

14

17

19

95

11

13

14

21

17

18

15

46

19

17

19

71

15

17

20

96

16

13

17

22

22

12

16

47

15

17

17

72

18

19

17

97

17

17

21

23

14

13

14

48

12

21

24

73

14

16

21

98

24

14

20

24

16

18

18

49

11

18

12

74

17

13

15

99

14

16

17

25

21

13

19

50

16

8

21

75

15

12

15

100

13

18

26

Примечание. Значения зазоров 1, 2 и 3 соответствуют дефектам «недопрессовка», «наличие рваных поверхностей» и «гофры» соответственно.

krit1.wmf

Рис. 1. Гистограмма распределения зазора между пуансоном и матрицей при возникновении дефекта «недопрессовка»

krit2.wmf

Рис. 2. Гистограмма распределения зазора между пуансоном и матрицей при возникновении рваных поверхностей

krit3.wmf

Рис. 3. Гистограмма распределения зазора между пуансоном и матрицей при возникновении гофр поверхности

Анализ гистограммы (рис. 1) показал, что количество выявленных дефектов «недопрессовка» составило 2,95 %.

Анализ рис. 2 показал, что рваные поверхности, возникающие на отбортованных поверхностях жестяных консервных банок, составляют 1,15 %.

Анализ рис. 3 показал, что гофры на поверхности, возникающие на отбортованных поверхностях жестяных консервных банок, составляют 4,36 %. В итоге суммарная доля брака при формировании жестяных консервных банок составила 8,46 %. Механизм разрушения соответствует конструкционным упаковочным материалам из металла [6].

Для выявления возможных причин, приводящих к возникновению такого рода дефектов, использовалась причинно-следственная связь Исикавы, представленная в виде диаграммы на рис. 4 [7].

krit4.tif

Рис. 4. Причинно-следственная диаграмма брака при штамповке консервной тары

Дефекты, образующиеся в процессе изготовления консервной тары, вызываются множеством причин и в зависимости от этого делятся на следующие виды [8]: дефекты по вине рабочего; дефекты по исходному материалу; дефекты, связанные с качеством изготовления и ремонтов штампов; дефекты, связанные с отступлением от технологии. Брак продукции при листовой штамповке подразделяется на исправимый (мелкие дефекты изделия, поддающиеся исправлению) и неисправимый (крупные дефекты изделия, которые не поддаются исправлению) [9].

Анализ диаграммы позволяет сделать вывод, что существует множество причин влияющих на брак продукции при штамповке. В частности, анализ дефектов, связанных с качеством изготовления и ремонта штампов, показал следующее. Недостаточно точная установка, износ и неисправность фиксирующих устройств штампов приводят к отклонению расположения заготовки относительно рабочих частей штампа, что приводит к таким дефектам, как нарушение формы и размеров консервной тары. В вытяжном штампе перекос прижимного кольца относительно зеркала матрицы или некорректная регулировка прижима заготовки приводят к таким дефектам, как возникновение трещин и разрывов на изделии. Излишняя сила прижима приводит к образованию морщинок и складок. Превышение при регулировании закрытой высоты пресса относительно закрытой высоты штампа и недостаточно большая мощность пресса вызывают недоштамповку изделия. Отсутствие тщательной доводки размеров рабочих частей штампа приводит к дефектам изделия по размерам. Недостаточная сила прижима, чрезмерный износ поверхностей рабочих частей штампа или неправильная конструкция вытяжного штампа вызывает такие дефекты, как морщинки и складки. При плоскостной правке листовых изделий основным видом дефектов является отсутствие необходимой плоскостности изделий. Недопустим большой износ радиуса закругления матрицы у вытяжных штампов, что приводит к образованию на изделиях царапин и задиров. Анализ полученной диаграммы позволил сделать следующий вывод, что наиболее существенными причинами являются: нарушение формы и размеров тары, трещины и разрывы на изделии, морщины и складки на изделии, недоштамповка изделия.

С помощью диаграммы Парето (рис. 5) можно выявить дефекты, наиболее существенные по сравнению с другими.

krit5.wmf

Рис. 5. Диаграмма Парето по размерным дефектам тары: 1 – нарушение формы и размеров тары; 2 – трещины и разрывы на изделии; 3 – морщины и складки на изделии; 4 – недоштамповка изделия; 5 – царапины и задиры; 6 – отсутствие необходимой плоскостности изделий; 7 – прочие

Таким образом, из условия 20:80, т.е. выявленные 20 % причин приводят к 80 % брака: 1 – нарушение формы и размеров тары; 2 – трещины и разрывы на изделии; 3 – морщины и складки на изделии; 4 – недоштамповка изделия.

Чтобы устранить данные дефекты, необходимо предусмотреть корректирующие мероприятия организационно-технического характера.

Таким образом, применение статистических методов при поиске дефектов штамповки жестяной тары позволили оценить возникающий брак в процессе изготовления жестяной тары, который составил 8,46 % , использовать причинно-следственную связь Исикавы возникновения возможных причин брака, а также определить причины возникновения таких дефектов, как недопрессовка, возникновение рваных поверхностей и гофр при отбортовке изделия. Одним из методов устранения повышенного зазора между матрицей и пуансоном можно рекомендовать широко используемую технологию наращивания изношенного металла наплавкой. Повышение стойкости вытяжных пуансонов и матриц достигается наплавкой твердыми сплавами (стеллитом, сормайтом), хромированием и азотированием.


Библиографическая ссылка

Критинина Н.А., Пегина А.Н., Игуменова Т.И., Земсков Ю.П. ПРИМЕНЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ПОИСКЕ ДЕФЕКТОВ ШТАМПОВКИ ЖЕСТЯНОЙ ТАРЫ // Современные наукоемкие технологии. – 2018. – № 4. – С. 68-73;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36961 (дата обращения: 03.12.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074