FMEA 方法在燒結釹鐵硼永磁體生產運營中的應用

李春麗，楊光磊

（內蒙古科技大學，內蒙古包頭 014030）

0 引言

釹鐵硼磁性材料是由釹、鐵、硼形成的四方晶系晶體物質，是目前磁能積最大的物質。釹鐵硼磁體現已被廣泛應用于各類電子產品，如硬盤、手機、電池。在醫療、航天、軍事等領域也被廣泛應用。釹鐵硼磁性材料在各行業的工業生產中具有重要意義。中國在全球范圍已占據釹鐵硼磁性材料生產約87%的市場份額，成為世界最大的釹鐵硼磁性材料的生產國。

現有的釹鐵硼磁體生產工藝主要有三種，分別為燒結釹鐵硼、粘結釹鐵硼、熱變形釹鐵硼。其中，燒結釹鐵硼具備最優的永磁特性和高性價比，是永磁材料里增長最快的品種。但是在燒結釹鐵硼的生產過程中，對于爐體內的氧含量的要求極其嚴格，有工藝繁瑣、生產周期長、工藝不易把控、生產過程風險點多等特點，因而使用先進的生產經營管理辦法，以提高產品質量、提高生產效率顯得尤為重要。

某公司隸屬于包鋼股份，成立于1963 年，隸屬冶金工業部。在燒結釹鐵硼工藝研究領域以及新產品開發已有30 余年的歷程，積累了雄厚的研發力量以及豐富的經驗。自2013 年成立試運行，于2014 年正式投入生產，以N 系列磁體為主要生產產品，其涉及工藝較為單一，在質量管控、生產管理、安全生產經營、反饋機制等方面尚在摸索階段。

根據公司生產經營特點，將該單位的操作工藝流程分解為熔煉工段、氣流磨制粉工段、壓型工段、燒結工段4 個主要崗位。采用FMEA（Failure Mode and Effect Analysis，故障類型與影響分析）的方法，對現場設備、操作、人員等方面開展對嚴重度（S）、發生度（O）、可探測度（D）的分析、整理，得出風險系數（RPN=S×O×D）。并對各崗位中各項問題的重要程度進行排列，對于過高風險系數的隱患內容進行落實積極整改。整改后，再計算出新的風險系數，并進行前后對比，以總結整改效果及經驗。

1 各生產工段生產經營管理的FMEA 分析

1.1 熔煉崗位

熔煉崗位發生的潛在失效模式主要包括：①合金配比環節，如合金配比計算錯誤或合金原材料與使用要求存在偏差，導致產出的合金含量與要求不符，產品性能無法達到預期；②設備真空系統無法滿足使用要求，導致合金表面氧化或局部氧化，不能達到產品性能要求；③設備輔助系統，如循環水冷速及風冷系統故障，導致合金粘連，無法送入后續加工環節（表1）。

表1 熔煉崗位FMEA 分析

1.2 氣流磨崗位

氣流磨崗位發生的潛在失效模式包括備品及輔助設備的使用。如高溫軟連接管路故障，導致合金粉末內含有雜質；超細粉導致的管路故障；空氣壓縮機故障；混料罐體密封狀況等（表2）。

表2 制粉崗位FMEA 分析

1.3 壓型崗位

壓型崗位包含磁場取向成型壓機和等靜壓機2 個設備種類，發生的潛在失效模式主要包括等靜壓機液壓站故障、模具使用、設備密封狀況、壓頭位移4 個方面（表3）。

表3 壓型崗位FMEA 分析

1.4 燒結崗位

燒結崗位是整個釹鐵硼磁性材料生產經營中最重要的環節。由于燒結釹鐵硼工藝為全程無氧工藝，且燒結溫度普遍高于1000 ℃，所以對溫度控制以及真空要求極其嚴格，其潛在失效模式包括真空系統故障、循環水系統故障、測溫系統故障以及氮氣、氬氣使用過程的失效模式（表4）。

表4 燒結崗位FMEA 分析

2 各生產工段生產經營管理的改進完善措施及再評估

2.1 熔煉崗位

以循環水系統環節為例，造成發生潛在失效模式的情況主要體現在，由于循環水管長期使用造成的管壁龜裂，進而導致地溝被滲漏水沖泡。為此，可加強點檢巡查力度，同時在地溝距地面20 cm 高度處加裝水位報警裝置，如果該隱患發生，應立即停止操作，從而避免電機損壞、設備大修等影響，降低熔煉爐體的循環冷卻系統風險系數。例如，水冷輥使用（序號1-6），可通過分步驟打磨的方式，降低表面龜裂的概率。熔煉崗位的改進措施見表5。

表5 改進實施后的熔煉崗位FMEA 分析

2.2 氣流磨崗位

氣流磨粉碎是經壓縮空氣干燥后，通過噴嘴高速噴射入粉碎腔，在多股高壓氣流作用下使物料反復碰撞、摩擦而粉碎，再經風機抽力作用使粗細物料分離，符合粒度要求的顆粒將被收集。可通過加強超細粉清理頻率、加裝罐體壓力表對壓升率進行密封測試、并聯加裝空壓機組等手段，以達到降低超細粉燃燒、降低罐體漏氣概率以及保證氣體供應系統正常使用的目的，最終降低氣流磨崗位的RPN 值。氣流磨崗位的改進措施見表6。

表6 改進實施后的制粉崗位FMEA 分析

2.3 壓型崗位

壓型崗位直接關系著產品外型尺寸優劣，是收率的重要保證。模具的正確使用和設備的良好狀態也就至關重要。以模具內壁劃傷這一潛在失效模式為例，其導致的結果就是所壓制的生坯磁體存在外表破損，從而影響加工收率。根據實際經驗，可通過將硬脂酸鋅脫模機改換為氣霧式干性脫模劑，并在模具維保管理中建立相應制度，在降低產破損壞頻率方面做工作。同時在模具定制過程，通過邊打磨、邊試壓的措施，確定合理的模具間隙，降低該崗位RPN 數值。壓型崗位的改進措施見表7。

表7 改進實施后的壓型崗位FMEA 分析

2.4 燒結崗位

在燒結釹鐵硼磁體生產線中，燒結工段作為至關重要崗位，是性能形成的重要環節。其失效模式主要體現在爐體使用、真空系統與循環水系統的使用。其潛在失效模式結果主要體現在爐體真空效果、爐內溫區偏差、冷卻效果等方面，最終直接關系到磁性材料產品質量。為此可采取的措施有：增加石墨料盒氧化時間以減少氧化粉末附著、使用除垢劑配合循環泵清理管道雜質、更換熱交換機等，以保證設備正常使用，降低生產經營風險RPN值。燒結崗位的改進措施見表8。

表8 改進實施后的燒結崗位FMEA 分析

3 對各生產工段生產經營管理的改進建議

某公司釹鐵硼磁性材料生產線以高性能磁體生產為主，采用故障類型與影響分析方法是為使其生產經營風險系數降低、最終達到提高產能及生產效率的目的。經一系列改進措施實施后，各工藝段生產已趨于穩定，為此建議今后堅持以下工作：

（1）為確保各系數打分的準確性，建議加強各工段點檢、維修、生產記錄的信息采集，建立相應數據庫。同時增加部分設備水壓、真空度的傳感裝置，定期制作形成數據趨勢圖。

（2）建議由維檢人員、各工段負責人、設備負責人、生產工藝負責人組成相應的FMEA 分析組，定期對工藝流程進行分析梳理，不斷更新完善FMEA 表格。

（3）完善管理制度、細化獎懲措施，避免一切人為且可控的潛在失效模式造成損失。

（4）從上述表格可以發現，該生產線部分失效模式可通過加強巡檢提前避免，因而建議加強點檢管理，建立相應工作記錄，將點檢工作制度化、規范化。

4 結論

本文通過FMEA 分析法，結合現有數據，分析某公司釹鐵硼磁性材料生產運營中各工藝段的潛在隱患，并提出整改完善措施，降低設備、人員、工藝等重要因素所導致的生產經營隱患，提高生產效率，強化責任落實，可以為行業同仁提供相關參考。