利用創(chuàng)新思維解決工藝設計難題

王瑞蓮，張靜，姜春民

（上海佳冷冷彎科技股份有限公司，上海 201815）

利用創(chuàng)新思維解決工藝設計難題

王瑞蓮，張靜，姜春民

（上海佳冷冷彎科技股份有限公司，上海 201815）

在冷彎型鋼變形工藝設計及生產(chǎn)過程中，會遇到很多難題，解決這些問題通常采用技術分析和QC活動的方式方法，特別是現(xiàn)代手段CAD、CAM等。本文介紹的是另類的一種方法，即借助創(chuàng)新思維發(fā)現(xiàn)問題解決問題，介紹了兩個案例，一個案例解決了一種較復雜截面冷彎型鋼轉角處減薄量問題，提出創(chuàng)新工藝設計，一個案例是通過創(chuàng)新減小軋輥基徑，降低成本。

創(chuàng)新思維；工藝設計

實現(xiàn)一種截面冷彎型鋼產(chǎn)品的加工，要從工藝設計開始，工藝設計第一步就是要根據(jù)產(chǎn)品截面形狀和要求設計工藝路線包括變形方式，然后根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有資源選擇試制或生產(chǎn)機組，輔以現(xiàn)代的設計工具CAD和相關軟件之后效率更高。然而在工藝設計工程中，不如愿的事情也經(jīng)常發(fā)生，也會遇到很多難題。如圖1所示截面的冷彎型鋼，工藝設計確認焊接前變形需要20個變形架次，厚度t=8mm的甚至需要25架次，而我們現(xiàn)有的機組能力不足，采取的方法是：第一，在現(xiàn)有機組上兩架牌坊中間再增加機架；第二，增大每一道的變形角，使用較少的變形架次。結果試生產(chǎn)出來的產(chǎn)品問題很多，見下所述，最后通過創(chuàng)新，改變工藝設計，生產(chǎn)出了符合預期的產(chǎn)品。如圖2（a）、（b）所示，同是四輥萬能變形機架，但軋輥基徑有兩種，軋輥大小相差很大，對于同一個產(chǎn)品來說，投入成本顯然有高有低，毫無疑問選擇低成本投入，這一切都是通過我們研發(fā)團隊思維創(chuàng)新、開動腦筋實現(xiàn)的。

圖1 異型管截面圖

1 什么是創(chuàng)新思維

（1）思維是一種認識，一種意識。

（2）創(chuàng)新思維就是大腦構思創(chuàng)意的過程，即開動腦筋去想點子。科學技術發(fā)展的源泉是發(fā)明創(chuàng)造，進行發(fā)明創(chuàng)造就需要有創(chuàng)造力，創(chuàng)新思維是構成創(chuàng)造力的核心。創(chuàng)新就是不受現(xiàn)成的、常規(guī)的思路約束，尋求對問題全新的、獨特的解決方法的思維過程，創(chuàng)新思維最大特點是相異性、差異性。

圖2（a） 改進前四輥機架

圖2（b） 改進后四輥機架圖

2 通過創(chuàng)新思維方式解決在工藝設計當中遇到的問題

2.1 異型管變形工藝創(chuàng)新設計

（1）產(chǎn)品形狀如圖1所示，厚度t=4/6/8mm。

（2）創(chuàng)新前工藝設計方案。①厚度按6mm，根據(jù)截面形狀要求及焊縫位置確認變形工藝使用一次成形，即先變形后焊接。使用COPRA軟件設計，根據(jù)厚度的不同確認合理的變形角。②軋制機組選擇：本企業(yè)現(xiàn)有機組焊接前架次最多只有14架，滿足不了變形的需要。③架次不足的處理方法：首先，在變形區(qū)現(xiàn)有機架間增加3架機架，由原來的的14架變?yōu)?7架；其次，將粗成型區(qū)各架次變形角加大，由原來設計的20道改為17道。

（3）試制后的總結：試軋時，裝輥不方便；內(nèi)角處有多道不重疊的壓痕；R角減薄嚴重，t=4mm的最大減薄量為壁厚28%，t=6mm最大減薄量29%，遠遠大于客戶要求的≤25%。

（4）原因分析和處理：變形道次少。雖然增加了道次，但由于機架間距小變形區(qū)短，變形時原料縮進不到位，造成轉角處出現(xiàn)多道不重合的軋輥壓痕，轉角處產(chǎn)生壓延而變薄。針對R角處壓痕，現(xiàn)場修大軋輥R角并重新配輥，但減薄問題還是無法解決，我們認為變形工藝還是不十分合理，特別在控制減薄量上。如果客戶對壁厚減薄量提出更高要求，那么現(xiàn)有工藝無法實現(xiàn)。另外，通過已試制的t=4、6mm產(chǎn)品試制可看出，此變形工藝，料越厚轉角處減薄量越大。

2.2 創(chuàng)新思維的關鍵作用

（1）改變原有思維方式，通過創(chuàng)新提出另類想法。如果按t=4、6mm的工藝思路來設計t=8mm產(chǎn)品，根據(jù)前面分析，壓痕會更嚴重，減薄量可能要達到35%以上。在原因分析過程中發(fā)現(xiàn)上述變形工藝的第四道輥花類似圓管變形的W反彎工藝，我們通過思維創(chuàng)新提出，第一道直接變形到此形狀，那么變形可以全部使用標準水平輥機架，不需增加額外道次，變形區(qū)長度也符合工藝要求標準。

（2）創(chuàng)新工藝設計后的試制結果：①減薄量：t=6mm轉角最大減薄量20%，t=8mm轉角減薄量最大25%。②轉角處沒有壓痕。創(chuàng)新后的工藝設計，不但使t=6mm的產(chǎn)品轉角處減薄量達到要求，t=8mm壁厚減薄量也完全符合要求。

2.3 創(chuàng)新思維特點突出表現(xiàn)

圖2 圖2 P字管變形輥花圖

圖3 P字管變形示意圖

（1）打破常規(guī)，思路突破了已經(jīng)試制完成的t=4、6mm工藝和COPRA軟件的束縛。

（2）積極主動：工藝設計者在客觀條件不利、還要達到客戶要求的壓力下完成的設計。

3 異型管工藝參數(shù)選擇的創(chuàng)新

3.1 工藝創(chuàng)新及機組的選擇

（1）工藝路線確認。如圖2所示，是系列異型管之一，截面尺寸從65×40到125×88。根據(jù)產(chǎn)品技術要求及本企業(yè)的特點，確認兩種工藝，一是使用一次變形即先成形后焊接工藝，二是二次成型即先成圓后變形為圖示截面。

（2）根據(jù)以前的計經(jīng)驗，按原有機組的參數(shù)，受原有四輥萬能機架結構的限制，變形軋輥基徑定為φ280mm。第一創(chuàng)新點：減小軋輥基徑的創(chuàng)新想法。改變四輥形式，將側立輥放在軸承座里面，最后確定軋輥基徑為φ215。四個規(guī)格產(chǎn)品的軋輥總重為2.27噸，是φ280基徑重量的一半。

（3）第二創(chuàng)新點：立輥形式及變形工藝。①如圖3所示，常規(guī)二次成型，P字管難點在于A處垂直度不好，平面不平，R角不清晰也做不小，所以必須在A處的變形區(qū)使用斜輥功能。②常規(guī)方法是利用立輥基座改裝，缺點是孔型不封閉，對各邊、角變形不準確。③新的工藝是將斜輥與水平軸放在同一變形平面內(nèi)，變形過程中產(chǎn)品截面各處同時受力。

3.2 創(chuàng)新思維特點突出表現(xiàn)

兩項創(chuàng)新設計的創(chuàng)新思維其中一個共同點都是突破常規(guī)的固有設計思路。所有的冷彎型鋼機組工藝參數(shù)是確定，軋輥基徑基本也是固定，特別是有焊接工藝的機組，成形區(qū)的軋輥基徑和變形定徑軋輥有一個固定的比例。工藝設計者按這些參數(shù)做軋輥設計，甚至按以前已生產(chǎn)過的產(chǎn)品照抄，更安全，合乎“常理”和“設計規(guī)范”。本創(chuàng)新設計恰恰突破了這樣的限制，改變了定徑部分側輥架結構，也就減小了軋輥基徑，節(jié)約了生產(chǎn)投入成本。

4 兩項工藝創(chuàng)新設計使用的創(chuàng)新方法分析

（1）創(chuàng)新思維方法。人的思維方法分為描述思維、判斷思維和設計式思維三種，設計式思維就是創(chuàng)新思維歸結為如下幾種：收斂思維與發(fā)散思維、逆向思維、顛倒思維、側向思維、組合思維、聯(lián)想思維。

（2）在案例中的體現(xiàn)。①案例一“通過創(chuàng)新思維方式解決在工藝設計當中遇到的問題”異型管變形工藝的創(chuàng)新設計使用的創(chuàng)新方法是“聯(lián)想思維”。在變形輥花形狀上聯(lián)想到了圓管的W反彎輥花形狀，導致新的具有創(chuàng)新性的工藝設計。②案例二“異型管工藝參數(shù)選擇的創(chuàng)新”里面軋輥直徑的減小、斜輥架使用的創(chuàng)新方法使用了“組合思維”及“聯(lián)想思維”方法，聯(lián)想到了其他機組的側輥架位置，同時將普通的側立輥和斜輥架組合一同考慮。

5 結語

上述兩項案例毫無疑問是技術問題，也是個難題，若按常規(guī)思維不但解決起來有難度，有時可能無法解決。只有開動腦筋去想點子實現(xiàn)創(chuàng)新。同時還要克服思維障礙，利用好創(chuàng)新思維方法，來解決生產(chǎn)實踐問題和工藝設計問題，研發(fā)出規(guī)格更多截面更復雜的冷彎型鋼。

[1]吳壽仁.創(chuàng)新知識基礎[M].上海科學院出版社，2011.

G633.55

A

1671-0711（2017）05（下）-0135-02