TRIZ創(chuàng)新方法在塑料板數(shù)控加工中的應(yīng)用*

陳國華 閆 青 張 林 成中臺 楊曉平 張海燕

(①湖北文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖北 襄陽441053；②襄陽襄大旭華機(jī)電有限公司，湖北 襄陽 441000)

1 問題的提出

形跡管理就是根據(jù)物品或者工具的“形”，采用凹嵌等方法將其進(jìn)行定位標(biāo)識，使其易于取用和歸位的一種管理方法[1]。大型飛機(jī)、汽車發(fā)動機(jī)維修性企業(yè)在拆卸、維修及再裝配過程中，因零件擺放不規(guī)范且無針對特定零件、工具和工藝規(guī)范化存放器具，易造成丟失及裝配錯(cuò)誤，導(dǎo)致整件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)失效，易造成嚴(yán)重的安全問題及經(jīng)濟(jì)損失，因此急需開發(fā)各類形跡板的開發(fā)。形跡板在生產(chǎn)時(shí)，由于加工對象為工程塑料，會造成切屑粘刀問題，且導(dǎo)致生產(chǎn)出來的產(chǎn)品表面存在熱熔黏附的現(xiàn)象，使產(chǎn)品表面粗糙、輪廓變形、材料報(bào)廢率高及刀具磨損快，甚至產(chǎn)生斷刀現(xiàn)象。因此，如何解決塑料板數(shù)控加工中的粘刀問題，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義與應(yīng)用價(jià)值。

2 問題的分析

針對在加工形跡板時(shí)出現(xiàn)的各種問題，運(yùn)用TRIZ創(chuàng)新方法的相關(guān)理論對其進(jìn)行逐一分析。

2.1 組件相互作用分析

將塑料板數(shù)控加工粘刀系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以得到該系統(tǒng)中所涉及的工程系統(tǒng)組件有主軸、刀具、塑料板、切屑、噴嘴，超系統(tǒng)組件有壓縮空氣。將組件進(jìn)行兩兩分析，看二者是否有相互作用(即接觸)，若有則在矩陣單元中用“+”表示；若無則用“-”表示。具體見表1所示。

表1 組件相互作用表

由表1可以看出，主軸與刀具、噴嘴之間有相互作用；刀具與塑料板、切屑和壓縮空氣有相互作用；塑料板與切屑和壓縮空氣有相互作用；切屑與壓縮空氣有相互作用；噴嘴與壓縮空氣有相互作用。

2.2 功能模型分析

通過組件相互作用分析之后，將組件間有功能的進(jìn)行進(jìn)一步分析，用圖形化符號表示出每兩個(gè)組件之間的功能，即進(jìn)行功能模型分析，如圖1所示。

由圖1可列出有害的功能和不足的功能，見表2。

表2 缺點(diǎn)列表

2.3 因果鏈分析

通過組件相互作用分析和功能模型分析找到了系統(tǒng)中的功能缺點(diǎn)，但通常不是造成問題的根本原因，因此還需進(jìn)行因果鏈分析找到深層原因,圖2即為因果鏈分析。

通過因果鏈分析后，得到本系統(tǒng)中的幾個(gè)關(guān)鍵缺點(diǎn)，將關(guān)鍵缺點(diǎn)轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵問題，并提出可能的解決方案，具體見表3。

表3 關(guān)鍵問題表

3 問題的解決

3.1 物理矛盾

本系統(tǒng)存在的物理矛盾為：為了讓壓縮空氣能夠更好的冷卻刀具，需要增加壓縮空氣中的水分含量。水分含量太低，則冷卻效果不好；如果水分含量太高，則會在機(jī)床上形成水流，會損害機(jī)床，甚至造成工作環(huán)境積水。即可描述為：壓縮空氣中含水率需要高，因?yàn)榭梢愿玫乩鋮s刀具；但是，壓縮空氣中含水率需要低，因?yàn)橐乐顾鲹p害機(jī)床。

根據(jù)TRIZ理論，選擇解決本系統(tǒng)物理矛盾的方法：基于關(guān)系分離[2-3]。

選擇對應(yīng)的發(fā)明原理：

29：氣壓或液壓結(jié)構(gòu)原理。

35：物理或化學(xué)參數(shù)改變。

36：相變。

根據(jù)發(fā)明原理產(chǎn)生具體的解決方案，見表4。

表4 物理矛盾解決方案

3.2 物-場模型

針對切屑黏附刀具進(jìn)行物-場模型分析，如圖3所示。

由圖3物-場模型可知，本模型為有害的物-場模型。可在2個(gè)物質(zhì)之間從超系統(tǒng)中引入物質(zhì)S3潤滑劑以消除有害作用[4-7]，在壓縮空氣中加入潤滑劑，例如切削液或者水，減少切屑與刀具的摩擦，如圖4所示。

3.3 解決方案

將關(guān)鍵問題的解決方案及具體實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行匯總，見表5。

表5 解決方案

4 應(yīng)用驗(yàn)證

4.1 方案實(shí)施

由于主軸加熱刀具，考慮在主軸上添加風(fēng)扇，使風(fēng)扇與主軸一同旋轉(zhuǎn)，將主軸對刀具的有害功能轉(zhuǎn)化為正常功能。圖5為方案實(shí)施圖。

將氣體噴頭換為扇形水霧噴頭，既可以更好地將刀具冷卻，又可以使切屑不與刀具黏附，見圖6。

4.2 效果對比

圖7為未采取解決方案時(shí)的粘刀現(xiàn)象；圖8為采取解決方案后的成品圖。對比可知，通過采取措施之后，在加工中切屑黏附刀具現(xiàn)象明顯改善，形跡板成品也極少出現(xiàn)報(bào)廢現(xiàn)象。

5 結(jié)語

數(shù)控加工過程中的粘刀問題，在塑料形跡器具的制造過程中尤為明顯。本文運(yùn)用TRIZ創(chuàng)新理論與方法，通過分析數(shù)控加工過程中的粘刀組件、因果鏈等分析，提出了一套簡單的解決方案，經(jīng)過應(yīng)用驗(yàn)證，效果明顯。