基于TRIZ理論對核主泵閉式空間扭曲葉片通孔加工問題研究

譚俊哲 孟艷玲 田云 劉文英

摘要：核主泵作為核島的“心臟”，是核動力裝置中的關鍵設備之一，而導葉作為其重要功能部件之一，它的作用主要是將流體的動能轉化為靜壓能，因而控制導葉內腔核心部件溫度，十分重要。通過應用TRIZ理論，研究出一種在閉式空間扭曲葉片上鉆孔的劃線及找正方法，大大降低了零件的廢品率，而且避免導葉在運行過程中溫度過高，從而提高了泵運行的安全可靠性。

關鍵詞：TRIZ理論，閉式空間，扭曲葉片，通孔加工

一、問題描述

1.1 定義系統名稱：葉片通孔加工工藝方法

目標要求：廢品率為零

1.2 初始情況描述

為了滿足設備運轉時在額定溫度以下，需從閉式導葉外部引入有一定壓力的循環冷卻水，從導葉葉片中穿過。因而在葉片制作中需要在導葉外部準確定位出扭曲葉片的位置及走向，然后劃線，找到加工起始點，固定好零件，加工通孔。

1.3 當前系統存在的問題

1）定位不準確。由于導葉葉片存在于閉式空間，葉片在外部不可見，同時由于實際零件的尺寸與電腦三維模擬有一定的偏差，因此目前劃線方法無法準確定位。

2）零件擺放存在偏差。零件在加工設備上放置位置及方式與加工合格率有密切的關聯，目前的找正方法及相應的工裝對于導葉的放置位置與理論上還有些偏差。

二、問題分析

2.1 功能分析

圖一為系統的功能圖，列出了系統各組件及相互作用，得出兩個不足作用和一個有害作用：

1）人對刀具的控制作用不充分，不能準確定位;

2）在導葉的葉片上加工通孔工藝裝備等不完善，合格率達不到百分之百;

3）刀具加工過程對導葉會造成損傷，導致零件報廢。

2.2因果分析

圖二為因果分析圖。由因果分析圖可得出，通孔加工失誤的根本原因是以下兩點：

1）劃線方法不正確? 2）刀具路線不可控

2.3九屏幕法

從圖三可以得出技術方案1：改進導葉的的鑄造方式方法，提高零件實際尺寸與圖紙的吻合度。

2.4 資源分析

圖四列舉出了系統運行過程中能用到的所有資源。

三、解決問題

3.1 技術矛盾

3.1.1根據因果分析，葉片鉆孔的過程很容易導致零件報廢。

由此引出矛盾點1：提高了泵運行的安全性，卻造成了導葉的報廢。

技術矛盾1：改善的參數：安全性

惡化的參數：物質的浪費

發明原理：通過查找新的矛盾矩陣表，得到以下五條發明原理 ——35、31、5、7、24

3.1.2現有導葉是整體鑄造，減少了后續的切削加工量，但是鑄造毛坯形狀尺寸公差較大。

由此得出技術矛盾2：改善的參數：可制造性

惡化的參數：制造的準確度

發明原理：通過查找新的矛盾矩陣表，得到以下五條發明原理——3、16、25、12、24

3.1.3根據因果分析，葉片形狀扭曲是造成通孔加工困難。

由此引出技術矛盾3：改善的參數：可靠性

惡化的參數：可制造性

發明原理：通過查找新的矛盾矩陣表，得到以下五條發明原理——28、10、35、4、40

通過技術矛盾，可運用的發明原理及得到的技術方案如下：

3.2 物理矛盾

定義物理矛盾1：由前面因果分析，可定義第一對物理矛盾。

參數：葉片形狀

要求1：扭曲;要求2：平直

定義物理矛盾2：導葉必要組成部分前輪轂遮擋了葉片，導致孔的定位點很難確定。

參數：前輪轂

要求1：存在;要求2：消失

定義物理矛盾3：為了保證冷卻效果，水的進口壓力與出口壓力一致，因此要求孔的尺寸要足夠大，但孔的尺寸過大，與葉片的尺寸接近，在加工的過程中難度加大，因此引出第3對物理矛盾。

參數：孔的尺寸

要求1：大 ;要求2：小

由以上三對物理矛盾，運用系統級別、時間分離和條件分離的方法，查詢分離方法與發明原理對應表，選取以下幾種發明原理：

（1）分割原理? ? ? ? ? ?（24）借助中介物原理

（15）動態特性原理? ? ? （23）反饋原理

技術方案8：導葉由一體結構改為分體結構。

技術方案9：設計專用工裝或工具，準確劃出孔加工的各個位置點。

技術方案10：葉片更改為活動可調的。

技術方案11：加工的同時實時監測刀具的位置。

3.3 物場分析

通過功能分析，得到物場模型如下圖，運用物場分析一般解法3，得到技術方案12：利用電子檢測設備精確劃線。

四、技術方案整理

綜合考慮各種因素，對比各方案如下表1-2：

在以上12種方案中優選部分方案，并將其充分結合，得到最終的解決方案——一種封閉空間扭曲葉片通孔的加工劃線方法，就是將葉片實際正/背表面上有代表性的點移至零件外表面上，在零件外表面上得到葉片實際位置，從而得到孔的中心線;并將葉片實際走向，移至零件外端面上，這樣按轉移后的孔中心線及葉片走向線，可實現鉆孔。

五、實施效果

此方法研制成功大大降低了零件的廢品率，同時也將此方法推廣應用到其它核級產品零件的加工上，并已申請發明專利一項，現已公示：《一種在零件的閉式空間扭曲葉片上鉆孔的劃線及找正方法》。

此方法的優點如下：

（1）利用普通的劃線工具，解決了閉式零件空間扭曲葉片鉆孔的技術難題。

（2）劃線方法靈活，操作簡單，易實現。

責編/李雪敏