TRIZ創新方法在塑料板數控加工中的應用*

陳國華 閆 青 張 林 成中臺 楊曉平 張海燕

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

1 問題的提出

形跡管理就是根據物品或者工具的“形”，采用凹嵌等方法將其進行定位標識，使其易于取用和歸位的一種管理方法[1]。大型飛機、汽車發動機維修性企業在拆卸、維修及再裝配過程中，因零件擺放不規范且無針對特定零件、工具和工藝規范化存放器具，易造成丟失及裝配錯誤，導致整件產品結構失效，易造成嚴重的安全問題及經濟損失，因此急需開發各類形跡板的開發。形跡板在生產時，由于加工對象為工程塑料，會造成切屑粘刀問題，且導致生產出來的產品表面存在熱熔黏附的現象，使產品表面粗糙、輪廓變形、材料報廢率高及刀具磨損快，甚至產生斷刀現象。因此，如何解決塑料板數控加工中的粘刀問題，具有十分重要的現實意義與應用價值。

2 問題的分析

針對在加工形跡板時出現的各種問題，運用TRIZ創新方法的相關理論對其進行逐一分析。

2.1 組件相互作用分析

將塑料板數控加工粘刀系統進行分析，可以得到該系統中所涉及的工程系統組件有主軸、刀具、塑料板、切屑、噴嘴，超系統組件有壓縮空氣。將組件進行兩兩分析，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行進一步分析，用圖形化符號表示出每兩個組件之間的功能，即進行功能模型分析，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中的功能缺點，但通常不是造成問題的根本原因，因此還需進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，得到本系統中的幾個關鍵缺點，將關鍵缺點轉化為關鍵問題，并提出可能的解決方案，具體見表3。

表3 關鍵問題表

3 問題的解決

3.1 物理矛盾

本系統存在的物理矛盾為：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，則會在機床上形成水流，會損害機床，甚至造成工作環境積水。即可描述為：壓縮空氣中含水率需要高，因為可以更好地冷卻刀具；但是，壓縮空氣中含水率需要低，因為要防止水流損害機床。

根據TRIZ理論，選擇解決本系統物理矛盾的方法：基于關系分離[2-3]。

選擇對應的發明原理：

29：氣壓或液壓結構原理。

35：物理或化學參數改變。

36：相變。

根據發明原理產生具體的解決方案，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個物質之間從超系統中引入物質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

將關鍵問題的解決方案及具體實現方式進行匯總，見表5。

表5 解決方案

4 應用驗證

4.1 方案實施

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

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的粘刀現象；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象明顯改善，形跡板成品也極少出現報廢現象。

5 結語

數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。本文運用TRIZ創新理論與方法，通過分析數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，經過應用驗證，效果明顯。