董淵

（山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

機(jī)械在長(zhǎng)期的使用與運(yùn)行中，避免不了會(huì)發(fā)生零部件失效的情況，零部件失效在機(jī)械使用中已經(jīng)成為一種常態(tài)。在正常的使用中，機(jī)械的零部件出現(xiàn)磨損情況德國(guó)都會(huì)造成零部件失效，無法繼續(xù)應(yīng)對(duì)接下來的工作。同時(shí)，在非正常使用下，零部件更是容易出現(xiàn)損壞的情況[1]。例如，由于機(jī)械操作不合理造成的機(jī)械零部件斷裂、磨損等，都是由于非正常使用情況下造成的機(jī)械零部件失效。在面對(duì)機(jī)械的使用中，這些正常運(yùn)輸下或者是非正常因素下造成的機(jī)械零部件損壞，在一定情況下都會(huì)給機(jī)械的正常使用帶來安全隱患，并在一定程度上還會(huì)影響到該生產(chǎn)工作的時(shí)效性。但是，就目前階段而言，在機(jī)械的使用中要想達(dá)到機(jī)械零部件不出現(xiàn)失效的情況是不可能的。面對(duì)這種情況，只有同科學(xué)的零部件失效分析，對(duì)造成零部件失效的原因進(jìn)行分析才能夠有效地避免由于機(jī)械零部件失效給整個(gè)生產(chǎn)帶來的影響[2]。就目前階段而言，通過各種技術(shù)與方式，對(duì)機(jī)械零部件的失效情況進(jìn)行分析已經(jīng)成為常態(tài)，是確保機(jī)械正常使用的關(guān)鍵操作內(nèi)容。

1 失效的分類

在機(jī)械使用的過程中，不可避免的需要面對(duì)的問題就是零部件失效。在機(jī)械的長(zhǎng)期使用中，機(jī)械零部件失效問題是造成機(jī)械故障問題的一個(gè)主要原因。并且，由于機(jī)械的復(fù)雜性，在機(jī)械零部件失效的形成原因中也有著很多的區(qū)別，大體上可以劃分為四大失效主要表現(xiàn)形式，分別是斷裂、變形、磨損和腐蝕。在機(jī)械不同的工作環(huán)境下，其造成機(jī)械零部件失效表現(xiàn)形式的原因也有著很大的差別。如果在上述四大基本失效情況下再繼續(xù)分類的話，每個(gè)失效表現(xiàn)形式又可以呈現(xiàn)出多個(gè)不同形式的失效表現(xiàn)形式。

例如，在機(jī)械零部件出現(xiàn)變形失效的情況下，其可能會(huì)發(fā)生以下磨損，分別為：腐蝕磨損、疲勞磨損、摩擦磨損、磨料磨損、粘著磨損、沖蝕磨損、微動(dòng)磨損。針對(duì)機(jī)械的不通過用處，其發(fā)生變形失效的具體表現(xiàn)形式也會(huì)有著很大的不同。

表1 各種磨損類型所占的比重

其次，斷裂形式下的機(jī)械零部件失效，其主要是由于機(jī)械零部件在受到強(qiáng)大外力作用下造成的零部件斷裂問題，其具體還會(huì)表現(xiàn)為韌窩斷裂、解理斷裂、準(zhǔn)解理斷裂、疲勞斷裂、沿晶斷裂等[3]。同時(shí)，在準(zhǔn)解理斷裂表現(xiàn)形式下，還可以劃分為機(jī)械疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞、微動(dòng)疲勞斷裂等多種準(zhǔn)解理斷裂的失效形式。在該斷裂形式的細(xì)致劃分中，機(jī)械疲勞斷裂的主要表現(xiàn)形式還有著應(yīng)力斷裂、應(yīng)變斷裂和接觸斷裂。這些不同的機(jī)械零部件斷裂形式都是造成機(jī)械零部件失效的一個(gè)主要分析原因。

另外，造成機(jī)械失效的一個(gè)原因就是零部件出現(xiàn)磨損。零部件的磨損主要集中在磨粒磨損、黏附磨損、疲勞磨損、流體磨損和化學(xué)腐蝕磨損上。機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，會(huì)接觸到各種各樣的加工內(nèi)容，其中不乏各種化學(xué)腐蝕物，在針對(duì)化學(xué)腐蝕物進(jìn)行加工的過程中，機(jī)械的零部件就會(huì)因?yàn)楦g原因造成出現(xiàn)磨損情況。需要注意的是，化學(xué)腐蝕磨損有化學(xué)腐蝕的作用，但是最終造成機(jī)械零部件失效的主要原因依舊是運(yùn)作過程中的磨損，所以需要將化學(xué)腐蝕磨損歸類到機(jī)械零部件磨損失效中。

最后，造成機(jī)械零部件失效的一種情況就是腐蝕失效，在機(jī)械進(jìn)行加工或者是運(yùn)作的過程中，會(huì)接觸到很多加工環(huán)境，例如化學(xué)、電、油液等。在這樣的機(jī)械使用環(huán)境下，機(jī)械的零部件就會(huì)出現(xiàn)腐蝕情況。例如，機(jī)械零部件出現(xiàn)腐蝕失效的主要表現(xiàn)形式由化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、老化（主要集中在非金屬機(jī)械零部件上，在產(chǎn)期的使用中會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象）以及變質(zhì)（油液也是機(jī)械的一個(gè)構(gòu)成要素，也可納入到機(jī)械零部件的范疇內(nèi)）等都是機(jī)械零部件出現(xiàn)腐蝕失效的一種主要表現(xiàn)形式。同時(shí)，還需要注意的是，在機(jī)械使用中，電化學(xué)腐蝕的出現(xiàn)情況較多，是造成機(jī)械零部件失效的主要原因，其主要集中表現(xiàn)在點(diǎn)蝕、剝蝕、電偶腐蝕、選擇性腐蝕、縫隙腐蝕、氣氛腐蝕、生物腐蝕、土壤腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等方面[4]。

2 機(jī)械零部件失效分析的主要方法

當(dāng)機(jī)械零部件失效的時(shí)候，對(duì)其急性失效分析是不可缺少的重要工作步驟，在一般情況下，針對(duì)機(jī)械失效進(jìn)行分析有著多種方法。機(jī)械的生產(chǎn)環(huán)境與工作方式的差異，會(huì)造成基礎(chǔ)出現(xiàn)不同形式的零部件失效，因此，采用科學(xué)的分析方法進(jìn)行相關(guān)分析，是確保機(jī)械零部件失效分析科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹饕Ｕ稀?/p>

圖1 失效的分類

2.1 逐個(gè)因素排查

當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)零部件失效故障的時(shí)候，工作人員在不確定造成零部件失效原因的情況下，依照工作認(rèn)真的原則，工作人員需要采用逐個(gè)因素排查的方式對(duì)零部件失效的原因進(jìn)行分析。在采用逐個(gè)因素排查對(duì)機(jī)械零部件失效原因排查的過程中，工作人員需要對(duì)使用者、機(jī)械系統(tǒng)、材料、使用的方法、工作的環(huán)境和進(jìn)行機(jī)械管理的方式等六個(gè)方面進(jìn)行排查。

首先，在采用逐個(gè)因素排查的過程中對(duì)熱內(nèi)因素進(jìn)行排查。在針對(duì)人為因素排查的過程中，第一，需要針對(duì)人為使用機(jī)械進(jìn)行操作過程中有無違反機(jī)械操作原則等內(nèi)容進(jìn)行排查，此時(shí)，工作人員要根據(jù)機(jī)械操作守則進(jìn)行仔細(xì)排查。第二，需要對(duì)機(jī)械的系統(tǒng)進(jìn)行排查，在機(jī)械實(shí)際使用的過程中，由于系統(tǒng)故障造成機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)問題，這樣的情況下很有可能造成機(jī)械的零部件出現(xiàn)損壞失效的情況。因此，工作人員在進(jìn)行排查中還需要對(duì)機(jī)械的系統(tǒng)進(jìn)行排查。第三，對(duì)材料進(jìn)行檢查，這里的材料主要是指機(jī)械零部件的制作材料是否符合該生產(chǎn)模式下的要求。例如，機(jī)械零部件材料的硬度不合適的情況下，很容易造成機(jī)械零部件損壞失效。第四，對(duì)加工工藝進(jìn)行排查。在機(jī)械進(jìn)行運(yùn)行與加工的過程中，加工時(shí)的工藝技術(shù)如果與機(jī)械的使用出現(xiàn)較為明顯的不同，這樣的情況下也會(huì)早合成機(jī)械零部件出現(xiàn)失效的情況，造成機(jī)械不能繼續(xù)運(yùn)作的故障發(fā)生。第五，需要對(duì)機(jī)械的工作環(huán)境進(jìn)行排查。很多時(shí)候，機(jī)械的放置環(huán)境在一定程度上會(huì)影響到機(jī)械的正常使用。例如，如果在過于潮濕的環(huán)境中使用機(jī)械加工，那么機(jī)械的零部件很容易受到周圍潮濕環(huán)境的影響，出現(xiàn)被腐蝕的情況，進(jìn)而造成機(jī)械的零部件失效。第六，需要對(duì)管理方式進(jìn)行排查，科學(xué)的管理方式是提高機(jī)械運(yùn)行強(qiáng)度的有效保障。但是在實(shí)際使用中，很多不科學(xué)的機(jī)械管理方式會(huì)嚴(yán)重影響到機(jī)械零部件的使用壽命，會(huì)增加機(jī)械零部件出現(xiàn)失效情況的概率。

綜合上述進(jìn)行機(jī)械零部件排查的六種方式而言，當(dāng)機(jī)械零部件出現(xiàn)失效情況的時(shí)候，工作人員需要按照以上的六種具體排查內(nèi)容進(jìn)行機(jī)械零部件失效故障的排查，以認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作方式對(duì)造成機(jī)械零部件故障的原因進(jìn)行失效分析，進(jìn)而提高機(jī)械使用的科學(xué)性，提高機(jī)械零部件使用的高效性[5]。

2.2 痕跡分析法

在進(jìn)行機(jī)械零部件失效分析的過程中，采用河西分析法能夠以更加快速的方式對(duì)機(jī)械零部件出現(xiàn)失效的情況進(jìn)行分析。每個(gè)機(jī)械在使用過程中，其機(jī)械零部件的使用都會(huì)有著一定的使用痕跡，當(dāng)機(jī)械及相關(guān)零部件出現(xiàn)故障的時(shí)候，工作人員可以根據(jù)機(jī)械零部件使用痕跡對(duì)其使用方式進(jìn)行分析，采用追根溯源的方式對(duì)造成機(jī)械零部件實(shí)現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，并且能夠較為科學(xué)與快速地找到造成零部件失效的原因。在采用痕跡分析法的方式進(jìn)行機(jī)械零件失效分析的過程中，工作人員能夠根據(jù)機(jī)械零件的損壞痕跡較為快速的發(fā)現(xiàn)造成零件損壞的原因，并且能夠在更加科學(xué)的前提下給出科學(xué)的解決措施。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子的葉片出現(xiàn)斷裂的情況時(shí)，工作人員就可以根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)子的葉片裂痕及損壞情況進(jìn)行分析，通過痕跡分析法的方式是對(duì)裂痕的走向及裂痕發(fā)生的位置進(jìn)行分析，能夠有效地尋找出造成該機(jī)械零部件失效的故障原因。該分析法在進(jìn)行機(jī)械零部件失效分析中有著較多的應(yīng)用，并且其對(duì)機(jī)械零部件失效的原因分析有著較高的時(shí)效性與準(zhǔn)確性。

2.3 失效樹分析法

失效樹分析法可以將其看做是一種邏輯分析法，將造成機(jī)械零部件損壞的情況看作一個(gè)邏輯關(guān)系，并采用樹狀圖的方式進(jìn)行相關(guān)失效分析。在進(jìn)行失效樹分析法針對(duì)機(jī)械零部件失效分析的過程中，其需要運(yùn)用到第一種失效分析法中的部分技巧。例如，在一個(gè)機(jī)械零件失效之后，通過采用樹形圖邏輯分析的方式，需要列出諸多困難造成機(jī)械零部件出現(xiàn)失效的情況，比如機(jī)械的軟件、硬件、環(huán)境、人為因素等，然后在邏輯圖中針對(duì)這些困難涉及到機(jī)械零部件失效的原因進(jìn)行邏輯性的演繹，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械零部件失效分析的目的。該分析方式，需要結(jié)合逐個(gè)因素排查分析法中的排查要素進(jìn)行，但是不需要采用逐個(gè)因素進(jìn)行挨個(gè)排查的方式急性腦故障確認(rèn)，只需要根據(jù)造成零部件失效的大體幾個(gè)原因進(jìn)行邏輯分析排查即可，其有著較高的時(shí)效性與準(zhǔn)確性，在目前針對(duì)機(jī)械零部件失效分析中以一種較為常見的分析方式出現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械是由很多個(gè)零部件構(gòu)成的，在機(jī)械的使用中，要想確保機(jī)械能夠正常使用，其零部件有效性是關(guān)鍵因素。但是在機(jī)械的長(zhǎng)期使用中，機(jī)械中的零部件避免不了會(huì)發(fā)生各種失效情況。因此，在這樣的情況下要想確保機(jī)械生產(chǎn)與使用不受到延誤，工作人員就需要對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行失效分析。失效分析是尋找零部件失效的一個(gè)主要方式，并且，根據(jù)失效分析結(jié)果還能夠提出科學(xué)的機(jī)械及零部件維修意見，是確保機(jī)械生產(chǎn)中有效運(yùn)行的關(guān)鍵因素。因此，綜合來看，機(jī)械零部件失效分析在現(xiàn)階段的機(jī)械使用中有著較為重要的地位與存在意義。