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(guān)鍵設(shè)備之一，而導(dǎo)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(zhuǎn)化為靜壓能，因而控制導(dǎo)葉內(nèi)腔核心部件溫度，十分重要。通過應(yīng)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(dǎo)葉在運(yùn)行過程中溫度過高，從而提高了泵運(yùn)行的安全可靠性。

關(guān)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(tǒng)名稱：葉片通孔加工工藝方法

目標(biāo)要求：廢品率為零

1.2 初始情況描述

為了滿足設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時在額定溫度以下，需從閉式導(dǎo)葉外部引入有一定壓力的循環(huán)冷卻水，從導(dǎo)葉葉片中穿過。因而在葉片制作中需要在導(dǎo)葉外部準(zhǔn)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(diǎn)，固定好零件，加工通孔。

1.3 當(dāng)前系統(tǒng)存在的問題

1）定位不準(zhǔn)確。由于導(dǎo)葉葉片存在于閉式空間，葉片在外部不可見，同時由于實(shí)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(zhǔn)確定位。

2）零件擺放存在偏差。零件在加工設(shè)備上放置位置及方式與加工合格率有密切的關(guān)聯(lián)，目前的找正方法及相應(yīng)的工裝對于導(dǎo)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(tǒng)的功能圖，列出了系統(tǒng)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(zhǔn)確定位;

2）在導(dǎo)葉的葉片上加工通孔工藝裝備等不完善，合格率達(dá)不到百分之百;

3）刀具加工過程對導(dǎo)葉會造成損傷，導(dǎo)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(diǎn)：

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(shù)方案1：改進(jìn)導(dǎo)葉的的鑄造方式方法，提高零件實(shí)際尺寸與圖紙的吻合度。

2.4 資源分析

圖四列舉出了系統(tǒng)運(yùn)行過程中能用到的所有資源。

三、解決問題

3.1 技術(shù)矛盾

3.1.1根據(jù)因果分析，葉片鉆孔的過程很容易導(dǎo)致零件報廢。

由此引出矛盾點(diǎn)1：提高了泵運(yùn)行的安全性，卻造成了導(dǎo)葉的報廢。

技術(shù)矛盾1：改善的參數(shù)：安全性

惡化的參數(shù)：物質(zhì)的浪費(fèi)

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

3.1.2現(xiàn)有導(dǎo)葉是整體鑄造，減少了后續(xù)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(shù)矛盾2：改善的參數(shù)：可制造性

惡化的參數(shù)：制造的準(zhǔn)確度

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

3.1.3根據(jù)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(shù)矛盾3：改善的參數(shù)：可靠性

惡化的參數(shù)：可制造性

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

通過技術(shù)矛盾，可運(yùn)用的發(fā)明原理及得到的技術(shù)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(shù)：葉片形狀

要求1：扭曲;要求2：平直

定義物理矛盾2：導(dǎo)葉必要組成部分前輪轂遮擋了葉片，導(dǎo)致孔的定位點(diǎn)很難確定。

參數(shù)：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(jìn)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(shù)：孔的尺寸

要求1：大 ;要求2：小

由以上三對物理矛盾，運(yùn)用系統(tǒng)級別、時間分離和條件分離的方法，查詢分離方法與發(fā)明原理對應(yīng)表，選取以下幾種發(fā)明原理：

（1）分割原理? ? ? ? ? ?（24）借助中介物原理

（15）動態(tài)特性原理? ? ? （23）反饋原理

技術(shù)方案8：導(dǎo)葉由一體結(jié)構(gòu)改為分體結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案9：設(shè)計專用工裝或工具，準(zhǔn)確劃出孔加工的各個位置點(diǎn)。

技術(shù)方案10：葉片更改為活動可調(diào)的。

技術(shù)方案11：加工的同時實(shí)時監(jiān)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(yùn)用物場分析一般解法3，得到技術(shù)方案12：利用電子檢測設(shè)備精確劃線。

四、技術(shù)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(yōu)選部分方案，并將其充分結(jié)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(shí)際正/背表面上有代表性的點(diǎn)移至零件外表面上，在零件外表面上得到葉片實(shí)際位置，從而得到孔的中心線;并將葉片實(shí)際走向，移至零件外端面上，這樣按轉(zhuǎn)移后的孔中心線及葉片走向線，可實(shí)現(xiàn)鉆孔。

五、實(shí)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(yīng)用到其它核級產(chǎn)品零件的加工上，并已申請發(fā)明專利一項，現(xiàn)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(yōu)點(diǎn)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(shù)難題。

（2）劃線方法靈活，操作簡單，易實(shí)現(xiàn)。

責(zé)編/李雪敏