铸造缺陷的故障树分析方法

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1、铸造缺陷的故障树分析方法铸造生产是极其复杂的工艺系统提高铸件质量是国内外俦造厂家面临的首 要问题铸件质量包括铸件缺陷的预防和消除两个方面人们在解决某些铸件缺 陷方面取得一些成绩，近年来随着计算机及故障树分析（FTA）技术的推广，使从 系统分析角度研究俦造缺陷成为可能作者从 1987 年开始从事的这方面的研究 工作1故障树分析法系统故障树是一种特殊的因果关系图它用逻辑门（与门，或门等）和规定符号描 述系统中各事件问的因果关系.逻辑门的输人事件是因，输出事件为果.FTA 分析法太致分以下步骤进行：1）定义系统故障的分析目标，即故障树的顶事件.2）以顶事件为目标，建造系统故障树.3）求解系统故障树的

2、全体最小割集和最小路集，定性分析系统故障的全部失效模 式和各基本事件对系统故障影响的主次关系，即FTA的定性分析.4）故障树的定量分析，即求解顶事件的发生概率、各基本事件的概率重要度和关 键重要度等.任何一种铸造缺陷都可以看成是铸造工艺系统的一种故障，用一棵以该缺陷为顶 事件的系统故障树来描述，然后利用故障树的逻辑关系图，通过数学手段找出系 统故障的全部失效模式，即铸件缺陷产生的各种途径.同时，利用故障树定量分 析方法，预报铸件缺陷发生的概率以及各工艺环节对该缺陷的影响程度，从而达 到优化铸造工艺，提高铸件质量的目的.然而，基于铸造工艺的复杂性，铸造缺陷的故障树往往十分庞大，给一般微机用 户的

3、应用带来困难（即“NP”困难）.文献Eli首先提出了利用剖集矩阵简化FTA微 机分析的新算法，本文实例的FTA处理均采用这一套软件.2铸件错型缺陷的故障树分析铸件错型是常见的铸件缺陷.造成铸件错型有设备、工装、操作等因素及其组台 作用的结果.将铸件错型作为系统故障树的顶事件，以某厂亨特水平分型脱箱造 型生产线为对象，建立铸件错型系统故障树，见图 1.图中用*表示逻辑与门，用+表示逻辑或门；用大于1000的序号如1001, 1002 等表示逻辑门号，用小于1000的序号如1, 2表示基本事件号.这些数据及 门种类就是故障树微机辅助分析的输人数据.2. 1 定性分析 表1 是图 1 故障树定性分析

4、结果因为顶事件是错型缺陷，故其全体最小割集 就是亨特机上铸件错型缺陷产生的全部途径，共有 l4 种可能表中的每一行都是一个最小剖集根据故障树最小割集的定义，表中的任一行都 是铸件错型缺陷产生的途径当亨特机上出现铸件错型时，就可以按表 1 逐项检 查并加以排除22 定量分析顶事件发生率决定于故障树的结构和各基本事件的不可靠度由图 1 定量分析结 果得知，若各基本事件的不可靠度均为Q0.01,则铸件错型缺陷的废品率为6.8%，若将各基本事件的不可靠度降为Q=0.00l，则其废品率降为0.7%，即可 消除错型缺陷表2 是图 1 故障树各基本事件概率重要度和关键重要度的计算结果登型时上亦妙13上祐睨樓

5、不平上稲合滩也醐昭不国制却度I上城& II型按融匪小査黄匡跌殍I捕!007+ 1010rr1 j输送由悵哒iooe上下夔腔不对性増送申上下理滑动 1 . 上下夔腔不对性I會艳M刚度誰舍箱連度过快2图 1 亨特机上出现的铸件错型失效树* I的全齡裝烷式*11决I All fmitt uiffdeli oF shift dcftciT*b”W FrohabUliy ImprUace ud key InparlBact4/hr i15)$7)之头与芯配舍不直3(3)會n肌裤辱向養蛀4上盟不平5障节n不虫(4)下H白定世苹当T合Ifi 91神1険不足且甘41囂奠过快9竹g上丈軽且旌齋扒构不乎10ca.

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7、此，要减少铸件错型缺陷， 应从提高具有较大概率重要度的基本事件可靠度人手同时，当系统故障出现时， 也应按其大小顺序寻找并排除故障原因3 球铁皮下气孔故障树分析球铁皮下气孔是球铁生产中最常见的铸造缺陷，目前，国内外对皮下气孔形成机 理的认识尚不统一，各种皮下气孔形成理论还不能准确有效地指导生产实践本 文在皮下气孔形成机理的基础上，从系统分析的角度出发，将导致皮下气孔的各 种因素作为基本事件，根据彼此问的逻辑关系，建立以皮下气孔为顶事件的皮下 气孔故障树31 皮下气孔形成机理及其故障树 目前对球铁皮下气孔的形成大致可归纳为反应析出机理、渣气孔机理、微观侵入 机理等3 种本文结合现场经验，建造了球铁

8、皮下气孔故障树，其过程大致如图 2 所示。球铁支下吒护娥略1 1|薦气扎型枕忒凸存在难熔虛魚1严物叹纵过懾珀轉策二歩铁水毁兰飢大誅化剂用凰大承奇剂用L1大樹口不怨有数翼渣排第一步以球铁皮下气孔缺陷为顶事件，由于皮下气孔是以“气桉形成”且“长大”并 “上浮至表皮下不能逸出”为直接原因，故由顶事件通过与门引出3 个中间事件如 图 2a 所示第二步以其中“形核”为例，气泡形核以异质形核为主，即借助气泡形核或借助微 粒形核，故用或门相连如图 2b 所示第三步借助固体微粒形核”可分成反应析出型”，渣气孔型”和微观侵入型”3 种， 故用或门引出，如图 2c第四步对于渣气孔型，是在“铁水中存在难熔质点”和“

9、产物气体 cO 过饱和”的二 者共同作用下形成，故用与门引出，如图 2d第五步“铁水中存在难熔质点”可能由“铁水CE值偏高”（存在大量石墨），“球化荆 加入量过大”， “孕育剂加入量大”， “冒口不能有效集渣排气”等原因造成的，故用 或门连接，如图 2e图中这4 个事件已是生产中可独立控制的单元，无需再查找其产生原因，所以它 们可以是故障树的基本事件依此类推就可以建成较完整的球铁皮下气孔缺陷故障树32 球铁皮下气孔缺陷故障树分析结果讨论由于故障树是在 3 种典型机理基础上建立的，同时考虑铁水浇注温度是皮下气孔 形成的一个重要因紊，为了便于处理，本研究对原故障树按分解定理和逻辑简化， 建立了较高

10、温度下的皮下气孔故障树D。和较低温度下的故障树D20。并将D10 树按3种典型机理分割为较高温度下的反应析出气孔故障树D11，渣气孔故障 树D12，微观侵入气孔故障树D13，将D20树分割为较低温度下的反应析出气 孔故障树D21，渣气孔故障树D22，微观侵入气孔故障树D23-5，在这里称原 故障树为总树；D10，D20为为分割总树，表3是以上各故障树定性分析的统计 结果故律弭宦性分析的统计苗果Tab. 3 StfitUikal refuJia of eqiudlltLve AuJyiia of fault trw%DuDi,D却%15311765H?S532?1307932閃nuz OS15.

11、29070, 54鹑” 5154. 71IB.軸m. n讥的0圾STEH玄E2为了便于分析不同温度条件下各种皮下气孔形成机理间的主次关系和表现形式， 本研究定义了割集置信度K1,割集有效度Kz和模式可靠度K3,用以衡量3种 典型皮下气孔在不同温度下出现的可能性设分割总树的最小割集数为N,分树最小割集为Ni,分树最小害j集中与总树相 同者为 Nn， GQ 为分割总树的顶事件概率， GQ 为分树顶事件概率，则定义：分树i的割集置信度表示分树本身的置信程度，即k1=Nn/Ni；分树 i 的割集有效度描述分树在总树中的有效程度，即 K2i=Nn/N,分树 i 的模式可靠度反映分树模式相对于总树的可靠程

12、度，即 K3i=GQtGQ由表3的置信度可知，在铁水温度较高的条件下（表中D10D13），其置信度和 有效度的大小顺序为：反应析出型渣气孔型微观侵人型说明铁水温度较高 时，球铁皮下气孔的主要表现形式是反应析出型气孔，其次是渣气孔，微观侵入 型气孔几乎不会出现这是因为铁水温度较高时，侵人的气体由于铁水温度高而 有较充分的逸出机会当铁水温度较低时，气孔的表现形式为渣气孔型反应析出型微观侵人型，即 皮下气孔主要表现形式为渣气孔，其次是反应析出型气孔，再攻是微观侵人型气 孔这是因为，当浇注温度较高时，砂型及型腔内部氧化一热分解反应激烈，产 生大量气体而导致形成反应析出型气孔的机率增加；当浇注温度较低时

13、，由于铁 水粘度大，流动性下降，渣气难以逸出并依附于各种熔渣形核长大，故渣气孔为 皮下气孔的主要表现形式同时，在铁水温度较低的条件下，反应析出型气孔和 微观侵人型气孔出现的概率也比较大可见铁水温度是出现皮下气孔的一个极为重要的工艺因素以上分析结果与球铁 生产实际基本吻合表4 是故障树定量分析的部分结果，即顶事件发生概率和模式可靠度*4 H事件笈生車和模式可韋虞Tib. 4 Tht occkirting pmMbUIy of mp 电rent ud wodd rcllfibllllyD|?Dj,ifD沽DjaDl!DjrCX巧3. 2!5 39?. 380 nt. 051 1山 obo4 a105.肅1. 236 44105. 1J60. PBO S&lJ. 00001.074 Q.474 4a 03 & 21.(10.01! 7乩 99fi 40. 000 7从表4 中的模式可靠度可以看出，在较高温度条件下反应析出型气孔的模式可靠 度和在较低温度下，渣气孔的模式可靠度均与各自的分割总树相近，从而又表明， 铁水温度过高时，反应析出气孔是皮下气孔的主要表现形式，铁水温度较低时， 渣气孔是皮下气孔的主要表