汽车转向节铸造的创新设计.doc

汽车转向节铸造的创新设计20100430319 廖鹏1 问题背景汽车转向节是连接汽车方向盘与前轮轮轴的部件，并与减震器相连。它主要有三部分功能：1、与前轮轴相连接；承担轴传来的力和力矩；2、汽车转向的转动部件；3、吸收汽车行进过程中的震荡。它是汽车中应力最为集中、最为复杂的零件，直接关系到汽车的安全性能，因此它的设计标准十分严格，制造过程和产品测试都要求符合规范。2 问题描述目前转向节是由球墨铸铁为主要原料铸造而成，并加入碳、硅等元素，在微观结构上在铁原子之间形成碳或硅小颗粒以加强合金钢的延展性（韧性），宏观上提高零件的抗拉强度和疲劳强度。而且碳、硅元素的含量要求适当，过多会使合金变脆而导致强度下降。在汽车行驶状态下，它承受着多变的冲击载荷，因此，要求其具有很高的强度。故要能够更好的对汽车进行减震，转向节处的铸造运用更好的材料加强其转向节的强度，减少生产浪费，提高生产效率，从转向节的改变从而提高汽车的整体质量，提高汽车承受多变冲击载荷的能力。 3 运用的创新方法 针对这样的问题，下面我就运用TRIZ理论的方法来对转向节铸造进行一次创新设计，争取解决问题，使其更实用！4 问题分析使用生产线后，整个铸造过程的操作性提高了，但相应的也产生了铸件废品率增加了。问题的产生是由于感应电炉中的熔液的沙粒含量超标，导致熔液流动性差造成的。若提高熔液温度，可以是问题好转，但会给设备和人员带来危害。由此产生的技术矛盾为：为提高熔液的适应性和由此带来的温度提高之间的矛盾。因此必须要解决这一问题。5 根据创新原理给出可能的几种解决方案1、分析沙质含量超标问题 一、将具体生产中待解决问题的技术矛盾提取出来。由于问题的关键是熔液中沙质含量过高，使熔液的流动性变差，浇铸时容易产生缩型，废件率升高。在这种情况下，若要使熔液的流动性合乎标准，就要再升高熔液的温度，但是，升高温度对设备和人员都会造成损伤，显然这对于生产是很不利的。因此，想要提高的技术特性是熔液的适应性，而由此带来的问题是温度会升高。 二、将技术矛盾的两方面抽象为软件分析需要的技术特性 有利特性：35 Adaptability适应性 不利特性：17 Temperature温度 三、技术矛盾矩阵中得到相应的创新原理，对应第35行第17列 得到四个创新原理：2、27、3、35。 原理编号内容可能的解决方案2拆出原则1从物体中拆出干扰部分(干扰特性)或者相反，分出唯一需要的部分或需要的特性。27替代原理1用廉价的不持久性代替昂贵的持久性原则用一组廉价物体代替一个昂贵物体，放弃某些品质(如持久性)3局部质量原理1从物体或外部介质(外部作用)的一致结构过渡到不一致结构。2物体的不同部分应当具有不同的功能3物体的每一部分均应具备最适于它工作的条件。35改变参数1改变物体的物理状态2改变物体的浓度、粘度3改变物体的柔性4改变物体的温度或体积等参数4、 据提供的创新原理分析问题，找到解决方案，在解决本问题过程中，应用原理3。 分析：根据这个原理想到：如果能改变有害物（沙粒）的位置，不让过量的沙粒进入熔炉应该是最好的解决办法。研究发现，过量沙粒是由于回收熔渣和废件过程中，混入了大量的沙粒（来自打破的砂型），再利用时，这些附着在表面的沙粒溶入了铸液中。如果在熔渣、不合格铸件的回收过程中去除沙粒，不使其进入再次生产，就可以避开熔液的升高温度问题。而由此又引出另外的新问题：由于回收物夹带的沙粒分两类，粘附性和非粘附性，应分别考虑予以解决。2、 分析非粘附性沙粒消除问题 一、分析生产线产生的问题可以发现，未使用此生产线时，对于废件不直接回收放入电炉，没有沙粒含量超标的问题；使用生产线之后，废件随传送带回收不经处理直接再利用，就出现了这样的问题。生产线的使用使生产过程的操作性提高了，但带来的问题是铸件不合格率提高了。（回收物的数量增加了。） 二、提取技术矛盾：想要提高的技术特性是铸造的操作性，而随之带来的问题是回收物的量增大了。技术矛盾的两方面抽象为软件分析需要的技术特性 有利特性：33 Ease of operation操作性 不利特性：1 Weight of moving object 运动物体质量 三、技术矛盾矩阵中得到相应的创新原理，由第33行第1列得到创新原理25、2、13、15。原理编号内容可能的解决方案25自服务1使物体具有自补充和自恢复功能2利用废弃物和剩余能量13相反原则1不实现课题条件规定的作用而实现相反的作用2使物体或外部介质的活动部分成为不动的，而使不动的成为可动的3将物体颠倒15动态原则1物体(或外部介质）的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的。2将物体分成彼此相对移动的几个部分。3使不动的物体成为动的2拆出原则1从物体中拆出干扰部分)或者相反，分出唯一需要的部分或需要的特性。5、 据提供的创新原理分析问题，找到解决方案，在解决本问题过程中，应用原理25、13、15。 原理25自助机能分析：本原理启发使用生产线本身产生的能量作为除沙装置的动力来源。在升降机上增加吸尘装置，使升降机具备除砂功能，同时将熔液散发的热能转化为电能， 为升降机和洗尘装置提供能源。 原理13逆问题分析:根据原理提示，可以将“把沙粒从原料中去除”的思路改为“把原料从沙粒中去除”，将回收过程改为：升降机卸载时先将沙粒与回收物分离，再将已去除沙粒的原料卸下，而沙粒被留在升降机里继续传送。可以通过在回收物上先盖一个带有大量小孔的筛形盖子，筛掉沙粒后，小孔可以自动封闭，翻转回收装置，回收物落下而沙粒被保留在筛子中间。 原理15动态性分析：承接上个原理应用双层装置，第一层是带有大量小孔的筛形面，第二层为一般平面，形成类似箱体结构；并加上一个滑动装置，在沙粒排除后，滑片滑动挡住小孔，再次翻转卸载原料时，沙粒被保留在两层之间并被吸尘装置吸收。 3、分析粘附性砂质去除问题 一、分析发现，在铸铁熔化时，操作人员在感应电炉里还加入了催化剂（镁），它在浇铸时紧贴砂型析出，用途是使铸件表面光洁度高，便于深加工。但也使一些沙粒粘附在铸件表面造成废件，原因是沙粒与催化剂（镁）之间有较强的粘附力。 二、将技术矛盾的两方面抽象为软件分析需要的技术特性 有利特性： 18 Brightness 亮度 不利特性： 14 Strength 强度 三、技术矛盾矩阵中得到相应的创新原理，由第18行第14列得到创新原理35、19 。原理编号内容可能的解决方案35改变参数1改变物体的物理状态2改变物体的浓度、粘度3改变物体的柔性4改变物体的温度或体积等参数19周期性作用1变持续性作用为周期性（脉冲）作用2如果作用已经是周期性的，就改变其频率3在脉冲中嵌套其他作用以达到其他效率 四、分析得到的创新原理，找到适用于本问题的解决方案 , 在解决本问题过程中，应用原理35、19 。 原理35物体的物理状态或化学状态的变化：通过将铸件浸入适当浓度的酸性或碱性溶液，使粘附于铸件上的沙粒脱落。这项工作安排在分离铸件时同时进行，从而不必花费过多的时间。 原理19周期性动作:作为辅助上一过程的工作，经清洗液处理过的回收物通过震荡脱落，这一工作在输送过程中进行。同非粘附性沙粒一同被排除。 总结：通过以上分析