FMEA 方法在烧结钕铁硼永磁体生产运营中的应用

李春丽，杨光磊

（内蒙古科技大学，内蒙古包头 014030）

0 引言

钕铁硼磁性材料是由钕、铁、硼形成的四方晶系晶体物质，是目前磁能积最大的物质。钕铁硼磁体现已被广泛应用于各类电子产品，如硬盘、手机、电池。在医疗、航天、军事等领域也被广泛应用。钕铁硼磁性材料在各行业的工业生产中具有重要意义。中国在全球范围已占据钕铁硼磁性材料生产约87%的市场份额，成为世界最大的钕铁硼磁性材料的生产国。

现有的钕铁硼磁体生产工艺主要有三种，分别为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼、热变形钕铁硼。其中，烧结钕铁硼具备最优的永磁特性和高性价比，是永磁材料里增长最快的品种。但是在烧结钕铁硼的生产过程中，对于炉体内的氧含量的要求极其严格，有工艺繁琐、生产周期长、工艺不易把控、生产过程风险点多等特点，因而使用先进的生产经营管理办法，以提高产品质量、提高生产效率显得尤为重要。

某公司隶属于包钢股份，成立于1963 年，隶属冶金工业部。在烧结钕铁硼工艺研究领域以及新产品开发已有30 余年的历程，积累了雄厚的研发力量以及丰富的经验。自2013 年成立试运行，于2014 年正式投入生产，以N 系列磁体为主要生产产品，其涉及工艺较为单一，在质量管控、生产管理、安全生产经营、反馈机制等方面尚在摸索阶段。

根据公司生产经营特点，将该单位的操作工艺流程分解为熔炼工段、气流磨制粉工段、压型工段、烧结工段4 个主要岗位。采用FMEA（Failure Mode and Effect Analysis，故障类型与影响分析）的方法，对现场设备、操作、人员等方面开展对严重度（S）、发生度（O）、可探测度（D）的分析、整理，得出风险系数（RPN=S×O×D）。并对各岗位中各项问题的重要程度进行排列，对于过高风险系数的隐患内容进行落实积极整改。整改后，再计算出新的风险系数，并进行前后对比，以总结整改效果及经验。

1 各生产工段生产经营管理的FMEA 分析

1.1 熔炼岗位

熔炼岗位发生的潜在失效模式主要包括：①合金配比环节，如合金配比计算错误或合金原材料与使用要求存在偏差，导致产出的合金含量与要求不符，产品性能无法达到预期；②设备真空系统无法满足使用要求，导致合金表面氧化或局部氧化，不能达到产品性能要求；③设备辅助系统，如循环水冷速及风冷系统故障，导致合金粘连，无法送入后续加工环节（表1）。

表1 熔炼岗位FMEA 分析

1.2 气流磨岗位

气流磨岗位发生的潜在失效模式包括备品及辅助设备的使用。如高温软连接管路故障，导致合金粉末内含有杂质；超细粉导致的管路故障；空气压缩机故障；混料罐体密封状况等（表2）。

表2 制粉岗位FMEA 分析

1.3 压型岗位

压型岗位包含磁场取向成型压机和等静压机2 个设备种类，发生的潜在失效模式主要包括等静压机液压站故障、模具使用、设备密封状况、压头位移4 个方面（表3）。

表3 压型岗位FMEA 分析

1.4 烧结岗位

烧结岗位是整个钕铁硼磁性材料生产经营中最重要的环节。由于烧结钕铁硼工艺为全程无氧工艺，且烧结温度普遍高于1000 ℃，所以对温度控制以及真空要求极其严格，其潜在失效模式包括真空系统故障、循环水系统故障、测温系统故障以及氮气、氩气使用过程的失效模式（表4）。

表4 烧结岗位FMEA 分析

2 各生产工段生产经营管理的改进完善措施及再评估

2.1 熔炼岗位

以循环水系统环节为例，造成发生潜在失效模式的情况主要体现在，由于循环水管长期使用造成的管壁龟裂，进而导致地沟被渗漏水冲泡。为此，可加强点检巡查力度，同时在地沟距地面20 cm 高度处加装水位报警装置，如果该隐患发生，应立即停止操作，从而避免电机损坏、设备大修等影响，降低熔炼炉体的循环冷却系统风险系数。例如，水冷辊使用（序号1-6），可通过分步骤打磨的方式，降低表面龟裂的概率。熔炼岗位的改进措施见表5。

表5 改进实施后的熔炼岗位FMEA 分析

2.2 气流磨岗位

气流磨粉碎是经压缩空气干燥后，通过喷嘴高速喷射入粉碎腔，在多股高压气流作用下使物料反复碰撞、摩擦而粉碎，再经风机抽力作用使粗细物料分离，符合粒度要求的颗粒将被收集。可通过加强超细粉清理频率、加装罐体压力表对压升率进行密封测试、并联加装空压机组等手段，以达到降低超细粉燃烧、降低罐体漏气概率以及保证气体供应系统正常使用的目的，最终降低气流磨岗位的RPN 值。气流磨岗位的改进措施见表6。

表6 改进实施后的制粉岗位FMEA 分析

2.3 压型岗位

压型岗位直接关系着产品外型尺寸优劣，是收率的重要保证。模具的正确使用和设备的良好状态也就至关重要。以模具内壁划伤这一潜在失效模式为例，其导致的结果就是所压制的生坯磁体存在外表破损，从而影响加工收率。根据实际经验，可通过将硬脂酸锌脱模机改换为气雾式干性脱模剂，并在模具维保管理中建立相应制度，在降低产破损坏频率方面做工作。同时在模具定制过程，通过边打磨、边试压的措施，确定合理的模具间隙，降低该岗位RPN 数值。压型岗位的改进措施见表7。

表7 改进实施后的压型岗位FMEA 分析

2.4 烧结岗位

在烧结钕铁硼磁体生产线中，烧结工段作为至关重要岗位，是性能形成的重要环节。其失效模式主要体现在炉体使用、真空系统与循环水系统的使用。其潜在失效模式结果主要体现在炉体真空效果、炉内温区偏差、冷却效果等方面，最终直接关系到磁性材料产品质量。为此可采取的措施有：增加石墨料盒氧化时间以减少氧化粉末附着、使用除垢剂配合循环泵清理管道杂质、更换热交换机等，以保证设备正常使用，降低生产经营风险RPN值。烧结岗位的改进措施见表8。

表8 改进实施后的烧结岗位FMEA 分析

3 对各生产工段生产经营管理的改进建议

某公司钕铁硼磁性材料生产线以高性能磁体生产为主，采用故障类型与影响分析方法是为使其生产经营风险系数降低、最终达到提高产能及生产效率的目的。经一系列改进措施实施后，各工艺段生产已趋于稳定，为此建议今后坚持以下工作：

（1）为确保各系数打分的准确性，建议加强各工段点检、维修、生产记录的信息采集，建立相应数据库。同时增加部分设备水压、真空度的传感装置，定期制作形成数据趋势图。

（2）建议由维检人员、各工段负责人、设备负责人、生产工艺负责人组成相应的FMEA 分析组，定期对工艺流程进行分析梳理，不断更新完善FMEA 表格。

（3）完善管理制度、细化奖惩措施，避免一切人为且可控的潜在失效模式造成损失。

（4）从上述表格可以发现，该生产线部分失效模式可通过加强巡检提前避免，因而建议加强点检管理，建立相应工作记录，将点检工作制度化、规范化。

4 结论

本文通过FMEA 分析法，结合现有数据，分析某公司钕铁硼磁性材料生产运营中各工艺段的潜在隐患，并提出整改完善措施，降低设备、人员、工艺等重要因素所导致的生产经营隐患，提高生产效率，强化责任落实，可以为行业同仁提供相关参考。