基于TRIZ理论的硬齿面齿轮滚齿机干滚的应用.doc

基于TRIZ理论的硬齿面齿轮滚齿机干滚的应用 冯强 （荆州恒隆汽车零部件制造有限公司湖北荆州） 摘要：将理论引入齿轮硬齿面刮削领域，采用创新方法对齿轮硬齿面刮削工艺进行分析，查询相应的解决发明原理，通过引入涡流管，利用涡流管产生的冷风达到降低滚齿加工时产生的热量，其吹出的风可以很好的将加工出的铁屑带走，涡流管质量可靠、性价比高，比较符合应用在齿轮硬齿面刮削领域。 关键词：理论；硬齿面滚齿机；涡流管；干滚 ：TG76：50146 0前言 在汽车转向器制造行业大量使用到齿轮，对齿轮的使用性能和精度要求较高，采用硬齿面滚齿机进行干切加工，会产生大量热量和铁屑，影响齿轮精度，而且齿轮在干滚后温度高比较烫手，给操作工人带来诸多不便。 传统解决方式是通过使用切削油降低工件温度和排屑，但生产大量油雾，工人需要佩戴防护用品，工作现场地面油污较多，工人容易滑倒，同时也增加了油品消耗，使成本上升。使用中的废油回收对环境保护产生影响，也不符合我国发展环保的要求。 1理论简介 理论（）是发明问题解决理论，起源于前苏联，由前苏联发明家根里奇阿奇舒勒及其发明团队经过几十年的努力，在研究了世界万件高水平专利的基础上，综合诸多领域的原理、法则，提出的发明问题解决理论。经过半个多世纪的发展，已经形成了一系列的方法与工具，成为指导人们解决发明问题的系统化方法学，理论是世纪最伟大的发明之一，是研究发明创造与克服技术创新过程中所遵循的原理和法则。 解决问题一般分四步，首先需要对一个实际问题进行仔细的分析并加以定义及明确；然后根据理论提供的方法将需要解决的问题归纳为一个类似的标准问题模型；第三步，针对不同的标准问题模型，应用理论已总结、归纳出的类似的标准解方法，找到对应的标准解决方案模型；最后将这些类似的解决方案模型应用到具体的问题之中，演绎得到问题的最终解决方法。 2理论的硬齿面齿轮机干滚的应用 2现状说明 机械加工是靠刀具切除工件的表面余量的一种加工方式，切削每次都在新生面上进行，速度变化每分钟数毫米至数百米，压力高达。切削时除外摩擦外，还有刀具与切入金属内部的分子内摩擦，切削区界面温度可达，这样的高温高压会使刀具的强度和硬度降低，从而降低了刀具的精度和寿命。 如何在现有国内的设备上不采用切削油进行润滑及散热，以解决以上的问题又能保证产品的加工质量。在现有国内滚齿机上采用干滚的创新设计，希望改进的特性：取消切削油；加工产品的质量不下降；加工效率提高。通过上述改进又出现降低的特性：设备及刀具成本升高；产品质量不稳定。 2产生的技术矛盾 通过应用理论，查询矛盾矩阵表，对应的工程参数为运动物体的能量消耗，导致恶化的特性为设备及刀具精度要求高、成本上升。对应的工程参数为系统的复杂性。 查找矛盾矩阵，对应的创新原理为，。抽取原理：是从物体中抽取产生负面影响（既“干扰”）的部分属性或抽取出唯一需要的部分（属性）；用气压与液压结构：将物体的固体部分用气体或流体替代，如利用气垫、液压静压、流体动压产生缓冲功能；廉价替代品原理：用若干便宜的物体替代昂贵的物体，同时降低某些质量要求，实现相同功能；机械系统替代：用视觉系统、听觉系统、味觉系统或嗅觉系统替代机械系统；使用与物体相互作用的电场、磁场、电磁场；用动态场替代静态场，确定场替代随机场；把场与场作用和铁磁粒子组合使用。 参照对比以上原理，结合第及条原理，用另一种系统来替代现有系统，可考虑用气压来替代液压。查找知识创新库，得知涡流管原理。 涡流管（）又称涡漩管、冷风管、冷气枪等。涡流管流采用高品质不锈钢材料制造，其质量可靠、性价比高，主要用来对人体、设备、仪器进行降温。接通压缩气源就相当于一个”便携的空调“。涡流管需要压缩气源便可工作，当压缩空气进入涡流管的冷气发生器的时候，便可从冷气端得到冷气，从热气端得到热气。压缩空气喷射进涡流管涡流室后，气流以高达每分钟一百万转的速度旋转着流向涡流管热气端（右侧）出口，一部分气流通过控制阀流出，剩余的气体被阻挡后，在原气流内圈以同样的转速反向旋转，并流向涡流管冷气端（左侧），如图1所示。在此过程中，两股气流发生热交换，内环气流变得很冷，从左侧流出，外环气流则变得很热，从右侧流出。冷气流的温度及流量大小可通过调节涡流管热气端阀门控制。涡流管热气端出气比例越高，则涡流管冷气端气流的温度就越低，流量也相应减少热气端装有一个小型的可调节阀门，有手动调节旋钮，这样就可以手动调节冷气的温度和气量。涡流发生器是一个可互换的固定部件，它用于控制压缩空气的容积，并可以按不同的流量和温度范围进行选择。 涡流管具有以下特点：可产生温度从（）到（）的气流；制冷功率可达（，在压力下功率是，）；气流量可达（）；无运动部件、便携、轻巧、廉价；无需用电、氟利昂或化学冷媒，仅用经过滤的工业用压缩空气；无火花闪现的危险，没有无线射频干扰；即时开关，易于控制，制冷不产生任何废弃物；无需清理残留物，无需清洗零部件；运行可靠、免维护，不锈钢结构持久耐用；输入压缩空气量为，和（，）；能产生高达（）制冷量；仅用手动旋钮和温度计来调节冷气出口温度。如果压缩空气的入口压力和温度保持不变，涡流管的出口温度将保持在（）的范围内持续不变。 涡流管的应用领域：冷却制造过程：塑料或金属加工、木材加工、焊接、粘接、热密封、缝纫针、模具加工等；在实验室里用于冷却和干燥气体采样，冷却环境舱；电子元器件、仪表、开关和温度调节装置等的冷却及温度控制。 3现有国内滚齿机上采用涡流管进行降温干滚的方案 干滚实验是基于公司现有的滚齿机，设备为重庆机床厂的数控滚齿机，在滚齿机上安装涡流管（韩国世洋），此涡流管利用压缩空气作为动力源，就可以产生比起初的压缩空气温度低的空气流，利用涡流管上的弯管可以将空气流引到滚切位置，将加工中产生的热量带走。 本次试验加工的产品是汽车转向器齿轮轴，材料为，毛坯余量单边，渗碳后表硬度，使用的加工参数：线转速，进给量，加工状态为连续干切削，试验主要验证采用涡流管干切的可行性，分别用新滚刀和复磨过的滚刀分析齿轮公法线公差、齿形公差、螺旋线公差、滚刀使用寿命。 3公法线分析 3新滚刀加工齿轮轴公法线测量统计 图2是用统计方法分析过程控制能力，从分析的结果看，用新滚刀干切加工的齿轮轴时公法线为，完全满足加工需求。 3复磨后滚刀加工齿轮轴公法线测量统计： 从图3看，复磨滚刀加工的齿轮轴公法线主要分布在之间，波动范围在，用复磨过的滚刀干切加工的齿轮轴时公法线为，也能满足加工需求。 3齿形分析 3新滚刀加工齿轮轴齿形测量统计 齿形是在两天的加工过程中按每天测三件的频率抽验，从统计结果看（见图4），齿形主要分布在之间，且集中在-，与有切削油加工相比没有区别，符合图纸要求。 3复磨后滚刀加工齿轮轴齿形测量统计 由于车间生产的齿轮轴型号较多，复磨刀具加工齿轮轴型号不唯一，本统计数据不分型号，数据是采样五天的加工情况后统计得出：从统计结果看（见图5），复磨后的滚刀加工的齿轮轴的齿形主要分布在之间，受刀具复磨的精度影响，齿形的变化范围也变大，但与有切削油加工相比，结果一致，都反应出复磨的滚刀对齿形影响明显，而不是干切导致了齿形变差。 3齿向分析 3新滚刀加工齿轮轴齿向测量统计 从统计结果看，齿向主要分布在之前，符合图纸要求（见图6）。 3复磨后滚刀加工齿轮轴齿形测量统计 和齿形统计数据一样，本统计数据不分型号，数据是采样五天的加工情况后统计得出，从统计结果看（见图7），齿向主要分布在之前，齿向的精度与刀具，机床，工人调试水平等因素都有关联，但从本次收集数据可以看出，干切对齿向的影响不是很明显，符合图纸要求。 3滚刀使用寿命分析 （1）新滚刀（模数）加工单一产品齿轮轴，加工了件后开始复磨。 （2）新刀和复磨滚刀加工寿命统计，分别选取了，三个模数的滚刀进行刀具寿命统计，由于生产时不可能只加工一个型号产品，所以统计的数据是多种型号的齿轮轴，不同型号的齿轮轴有效长不一样，螺旋角不一样，对滚刀的消耗存在差异（见表1）。 综合以上信息，采用涡流管干滚齿对产品质量和刀具寿命无影响，可以满足目前的要求，目前干式滚齿已经在行业内大量使用，采用干切不仅可以减少对环境的污染，同时减少使用切削油，从而降低成本，以我们现在使用为例，一台滚齿机一个月消耗削切油，通过使用涡流管干切，一年可切省，每公斤切削油元，一年