基于TRIZ 理論水力密封槽加工方法探析

王芳，田云，張德君，林斌，袁林，張玉金

（沈陽鼓風機集團核電泵業有限公司，遼寧 沈陽 110869）

在核反應堆冷卻劑主泵上，水力密封槽不僅具有密封的作用，同時也承擔著導軸承的功能。其加工制造是主泵制造技術中的關鍵工藝。在傳統的加工中采用成型刀進行加工，加工后的表面粗造度達不到圖紙要求；產生大量加工毛刺，且無法避免。而主泵圖紙要求不允許有加工毛刺，且不允許手工修磨；而其槽底圓角只有0.76mm，不允許用成形刀進行加工。TRIZ 是“發明問題解決理論”的俄語縮寫，是被公認為使人聰明的理論，它成功地揭示了創造發明的內在規律和原理，著力于澄清和強調系統中存在的矛盾，其目標是完全解決矛盾，獲得最終的理想解，是解決我國企業自主創新能力不足，國際競爭力不強的有效方法，它不僅提供了分析問題所需要的方法，同時還提供了相應的問題求解工具，這種方法在企業中得到越來越多的應用，解決了重大的技術問題。綜上所述，我們采用TRIZ 理論對水力密封槽的加工進行分析問題，解決問題。

1 存在的問題

水力密封槽的加工制造存在的問題為應用成型刀加工后的表面粗造度達不到圖紙要求；產生大量加工毛刺，且無法避免，切削力大易導致尺寸超差。確定待解決問題目標：提高水力密封槽加工后的表面粗糙度為Ra3.2；不允許有加工毛刺，且不允許手工修磨，不允許用成形刀進行加工。水力密封槽示意圖如圖1。

圖1 水力密封槽示意圖

2 應用TRIZ 工具進行分析與解決問題

根據加工水力密封槽所存在的問題，對于提高密封槽的加工質量，采用了系統功能分析、因果鏈分析、最終理想解、九屏幕法、物場分析、技術矛盾和物理矛盾共7 種方法，下面著重闡述其中幾種分析方法，以對TRIZ 理論在加工制造業中的應用有一個客觀的了解。

2.1 采用系統功能分析發現問題

對于水力密封槽的加工其系統為刀具加工系統，其子系統包括刀片、刀體、夾緊螺釘、車床、切削液，其超系統為工件與操作者，主要功能為加工水力密封槽。這個系統存在的問題為：（1）加工后的表面粗造度達不到圖紙要求；（2）產生加工毛刺，且無法避免，而圖紙要求不允許有加工毛刺，且不允許手工修磨；（3）易導致尺寸超差。對系統進行功能分析和建立組件功能模型，如表1、表2。

表1 系統功能分析

表2 組件功能模型

對表的2 驗件功能模型之間的相互作用進行分析，其關系圖如圖1。

圖2 系統組件功能模型

通過表1、表2 和圖2，確定要解決的問題及參數。

（1）切削液潤滑密封槽的功能不足，使加工表面粗糙度不合格。

（2）夾緊螺釘定位刀體和刀片及刀體支撐刀片，采用的是單槽定位，穩定性差。

（3）刀片車削密封槽，易導致尺寸超差，表面粗糙度不合格和加工毛刺。

2.2 采用因果鏈分析法提出技術方案

采用因果鏈分析法對加工表面粗糙度不合格進行分析，如圖3 提出了七項技術方案。

技術方案：

（1）降低切削效率，以保證加工表面粗糙度。（矛盾：生產中，工作效率不能太低）。

（2）改善刀片前、后角度，使之合理。

（3）改善刀片與工件的接觸面積，使之減小。

（4）減少成型刀與工件的接觸面積。

（5）選用成分合格的稀釋水。

圖4 因果鏈分析法-加工毛刺

圖5 因果鏈分析法-尺寸超差

表3 最終理想解

圖3 因果鏈分析法-表面粗糙度不合格

（6）選用成分合格的切削液。

（7）采用雙槽或多槽定位，使刀片裝夾牢固。

加之應用因果鏈分析法對加工毛刺和尺寸超差進行分析，如圖4、圖5。

根據圖4、圖5 確定的技術方案：

（1）改善刀片的形狀，使前、后角合理。

（2）改為連續切削。

（3）改善刀片與工件的接觸面積，使之減小。

（4）采用雙槽或多槽定位，使刀片裝夾。

2.3 采用最終理想解提出技術方案

通過最終理想解獲得如下技術方案：

（1）優化數控程序，并實現連續切削。

（2）采用合格切削液。

（3）改變刀片形狀，減小與工件接觸面積。

（4）刀片實現非單槽定位。

此外，在實際分析問題解決問題中，還應用了九屏幕法、物場分析、技術矛盾和物理矛盾共7 種方法，共獲得了27種技術方案。

3 技術方案評價及選擇

通過上述TRIZ 工具對加工共找到27 個可能解決方案，為解決本項目提出的問題，通過綜合經濟性、技術實現難度和可靠性，并根據實際情況等多種因素，逐步引出了最終技術方案重點如下：

（1）技術方案9 次提到應該改進刀片形狀，減少刀片與工件的接觸面積。最終，使原成型刀片的三角形結構改進成R 弧形刀片,即采用定制的專用車槽刀片。

（2）共5 次提到應該優化切削液。最終，選用化驗合格的切削液并采用A 級水進行稀釋。

（3）共5 次提到應該改進刀片裝夾，使刀片裝夾牢固。最后，采用雙槽定位。

（4）共6 次提到應該優化切削參數，并消除間歇動作，改為連續車削。通過多次的加工試驗，改進切削參數，最終按數控程序依次完成整個槽的加工過程。

圖6 R 弧專用刀片

圖7 水力密封槽樣件加工

通過學習TRIZ 理論，幫助工程技術人員突破思維定式，訓練個人形成創新思維，提升創新能力。該項成果的應用，使密封槽的加工穩定性、可靠性及質量得到了顯著提高，解決了加工難關，為我國自主生產制造核電設備提供了寶貴經驗。