TRIZ理論在減少冷軋管材表面油污量方面的應(yīng)用

文/寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司　李永林寧夏科技發(fā)展戰(zhàn)略和信息研究所　韓博

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TRIZ理論在減少冷軋管材表面油污量方面的應(yīng)用

文/寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司李永林
寧夏科技發(fā)展戰(zhàn)略和信息研究所韓博

摘要：為減少冷軋管材表面的油污含量，利用TRIZ理論在系統(tǒng)內(nèi)找到了理想解，相比較而言，此方案具有成本低廉、操作簡便、材料易于獲取、無污染、反復多次利用等特點，對于顯著降低管材表面的油污含量具有重要意義，更重要的是本文探索了TRIZ理論在冷軋管機除油方面的應(yīng)用，豐富了工程材料表面除油研究的方法。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論；冷軋管材；表面油污

引言

鈦及鈦合金管材作為一種先進的輕量化結(jié)構(gòu)材料，因其密度小、比強度高、耐腐蝕性好、疲勞強度和抗裂紋擴展能力好、綜合性能優(yōu)異，因此被廣泛應(yīng)用于化工、航空航天、艦船等領(lǐng)域[1-10]。在鈦及鈦合金無縫管冷軋過程中要使用氯化石蠟、機油的混合液進行工藝潤滑，這樣軋制后的管材表面就粘附著大量的油污，需要進行后續(xù)的超聲波清洗、酸洗（或煤油洗）工序除油。由于目前國內(nèi)采用的除油裝置比較簡單，除油效果不好，還帶來了許多負面影響，造成冷軋管材表面的油污量較多，不但加大了軋制潤滑劑的損失，還造成后續(xù)清洗、酸洗工序的壓力。如何通過理想的方案顯著減少冷軋管材表面的油污含量，對于降低潤滑材料的消耗，提高后續(xù)清洗、酸洗生產(chǎn)效率具有重要意義。

本文利用TRIZ理論提出了兩個解決減少冷軋管材表面的油污量的有效方案，這不僅為解決冷軋管材表面的油污量問題提出了兩個可行方案，更重要的是探索了TRIZ理論在冷軋管機除油研究方面的應(yīng)用，這對于豐富和完善工程材料表面除油研究方法起到了重要意義。

1　初始問題描述

1.1工作原理

目前國內(nèi)周期式兩輥冷軋管機配備的除油裝置主要由出料口、導向孔、支架、密封圈組成。帶有空腔的出料口支撐著支架，支架固定密封圈，密封圈摩擦分離管材表面的油污。管材按2mm/次向前移動，同時順時針旋轉(zhuǎn)57°，如圖1所示。

圖1　除油裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.2主要問題

密封圈摩擦的這種除油方式，由于密封圈不能吸油、而且密封圈不能和管材表面緊密接觸，這樣造成整體除油效果不明顯。在管頭通過密封圈時，由于有些管頭有開叉和嚴重抖動的現(xiàn)象，造成了管頭頂?shù)矫芊馊ι厦妫斐晒懿膹澢o法通過的質(zhì)量事故，不但影響產(chǎn)品質(zhì)量，還造成設(shè)備故障。因此，希望通過除油系統(tǒng)的改進或調(diào)整，顯著減少管材表面的油污，甚至沒有油污。這對于冷軋無縫管是一次很大的技術(shù)提升，具有重要的意義。

圖2　冷軋管機除油系統(tǒng)的九屏圖

1.3限制條件：

為使裝置可行，并能得到可行方案，對設(shè)備（方案）提出理想化的限制條件，以便得到理想的結(jié)果。

（1）裝置易于安裝，不增加系統(tǒng)的復雜度，不影響管材的質(zhì)量。

（2）成本低廉，物件易于獲取，無污染。

（3）裝置易于拆除，可反復多次利用。

2 目前解決方案、存在問題

目前美國的Meer冷軋管機裝配的專用除油裝置效果非常好，管材表面幾乎沒有油污，但是該技術(shù)對國內(nèi)保密。

東方鉭業(yè)公司使用的兩輥冷軋管機是國內(nèi)設(shè)計、制造軋管機最先進的西安重型機械研究所仿制美國Meer高速軋機，代表了國內(nèi)兩輥冷軋管機的最高水平，但是管材表面的除油效果依然不好。

國內(nèi)其他軋管機生產(chǎn)廠家配備的除油裝置與西重所采用的除油裝置大同小異，都是采用物理接觸的方式除油，除油效果依然不明顯，而且?guī)砹擞绊懝懿谋砻尜|(zhì)量、除油裝置故障多的問題。

3　TRIZ解題流程

3.1系統(tǒng)分析

3.1.1九屏圖分析

利用九屏圖分析問題，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，可以利用當前系統(tǒng)的未來資源下料架，在其上鋪設(shè)一層吸油材料，吸收管材表面的油污。還可以利用超系統(tǒng)的資源壓縮空氣，利用壓縮空氣吹走管材表面的油污。

3.1.2生命曲線

國外的除油方式處于技術(shù)保密狀態(tài)，國內(nèi)普遍采用物理接觸，依靠摩擦和吸附的方式除油，效果不好，而且負作用多。國內(nèi)查詢不到相應(yīng)的專利，而且也沒有專門的廠家制造除油裝置，所以冷軋管機除油系統(tǒng)應(yīng)該處于嬰兒期。如圖3所示。

圖3　冷軋管機除油系統(tǒng)的生命曲線圖

3.1.3因果鏈分析

圖4為造成管材表面油污多的因果鏈，從圖中可以明顯得出，造成管材表面油污多的主要原因是：密封圈與管材表面未充分接觸，密封圈不吸油。

圖4　管材表面油污多的因果鏈

圖5　冷軋管機除油系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

表1　系統(tǒng)的IFR

表2　保留的3個創(chuàng)新原理及對本項目的啟示

3.1.4功能分析

圖5為冷軋管機除油系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以明顯看出，密封圈對油污的去除作用不足，導致冷軋管機除油系統(tǒng)效率低下，管材表面油污較多。

3.2資源分析

（1）可利用物質(zhì)資源：

軋輥、機架、齒輪、齒條、連桿、噴油管、壓縮空氣、出料口、導向孔、支架、密封圈、管材、芯棒。

（2）可利用能量資源：

機械能、勢能、壓縮空氣、電能。

（3）可利用信息資源：

轉(zhuǎn)速、送進量、軋制速度、軋制尺寸變化。

（4）可利用空間資源：

機架的空間、機架到刮料裝置的距離，出料口到下料架的距離、下料架和料架的空間。

（5）可利用時間資源：

兩輥冷軋管機的機架是水平方向前后往復做周期運動。

（6）可利用結(jié)構(gòu)資源：

機架結(jié)構(gòu)、噴油機構(gòu)、刮料裝置、下料架、撥料機構(gòu)。

（7）可利用系統(tǒng)資源：

軋管機潤滑、轉(zhuǎn)動、送進、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

3.3理想解及TRIZ工具

3.3.1理想解

系統(tǒng)IFR定義見表1。

主要原因是：目前的除油方式效率低下。據(jù)此，推測可利用的資源應(yīng)為：除油裝置、機架、軋輥、管子、芯棒、噴油管等。

3.3.2運用TRIZ工具

（1）運用技術(shù)矛盾解決方法提出原理解

①原問題技術(shù)矛盾：

改善：選用高彈性、高吸附性的密封圈，增加與管材表面的接觸面積，提高除油效果；

惡化：管頭容易產(chǎn)生堵塞、頂料等質(zhì)量事故。

②問題模型

對應(yīng)的39個通用工程參數(shù)

改善的參數(shù)：26物質(zhì)的量

惡化的參數(shù)：30外來有害因素。

③解決方案模型

對應(yīng)查看阿奇舒勒矛盾矩陣表得到參考創(chuàng)新原理為4個，經(jīng)篩選，保留3個創(chuàng)新原理（表2）：

（2）運用物理矛盾解決方法提出原理解

①物理矛盾：

管材與密封圈的間距，既要小，又要大。

②物理矛盾分離法：

時間分離。

③解決方案模型

將密封圈拆分為兩個柔性的半圓，在管頭即將進入密封圈的時候，取下密封圈，管頭通過后將兩個柔性半圓的密封圈再安裝上去。

（3）運用物-場模型分析提出原理解

①在密封圈前面增加一個吸附圈。

②在密封圈前面利用壓縮空氣增加一個熱風場，降低油污的黏度，降低油污與管材的粘附力。

4最終方案

最終方案①如圖5所示，利用廢舊的塑料軟管，當管頭通過后，在管子上逆時針纏繞幾圈，隨著管子順時針旋轉(zhuǎn)和前進，塑料軟管和管材表面緊密接觸，而且軟管帶有弧形且非常光滑，油污依靠重力和旋轉(zhuǎn)力很快滴落，除油效果非常顯著。

最終方案②就是將工藝潤滑的噴油管從機架的前置噴油改為機架后置噴油，利用機架的前后周期式往返運動、孔型開—閉的特點，從而使管材表面沒有一點油污。

相比方案①，方案②更具有重要意義，能實現(xiàn)真正意義上的自動清除油污的目的，也就達到了最終理想解的目標。

責編/劉紅偉

圖6　最終方案示意圖

參考文獻

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基金項目：國家創(chuàng)新方法工作專項（2013IM021600）.