解决铝合金车轮精车划伤问题（物场模型）

解决铝合金车轮精车划伤问题课程背景及描述01课程背景及描述系统名称：铝合金轮毂端面车削系统亮面铝合金轮毂图为数控加工车床和车轮精车亮面轮毂中高档汽车课程背景及描述原始描述：铝合金车轮毂装卡在数控车床专用夹具上，当主轴高速旋转时，带动车轮转动，精车刀车削铝合金轮毂来提高轮毂的端面的表面质量，将车轮正面原铝合金本色呈现出。工艺规程要求铝合金轮毂在精车时背吃刀量控制0.03mm，进给量F=0.22mm/r，转速S1500-1600r/min，最终精车加工表面光泽度、加工精度要保证一致。粗车积压刀精车刀精加工外耳缘倒角取下车轮处理毛刺课程背景及描述规范描述：1.定义系统技术系统名称：(S)铝合金轮毂端面车削系统技术系统功能：(V+O+P)车削+车轮+精车面粗糙度、光洁度课程背景及描述规范描述：明确技术系统的工作对象：铝合金轮毂明确技术系统对工作对象的作用：端面加工精度、光洁度技术系统实现对工作对象作用的最终理想结果IFR：精车无需车刀刀片，车轮粗糙度符合要求课程背景及描述SVOP描述拿取车轮将车轮装卡到机床夹具上按启动按钮车轮转动刀具按加工工艺精加工加工完毕取下车轮车轮正面毛边、毛刺处理课程背景及描述主要缺点在下面情况下出现：在数控车削加工过程中，为缩短精车产品加工时间，需提高主轴转速，从而提高生产效率。但是，高转速连续车削轮毂端面时，刀具磨损，导致刀具断屑不良，精车面铝屑划伤的问题出现。初步思路的解决方案及存在的缺陷：解决方案：在精车亮面铝合金轮毂时，改变切削用量，把车床转速进行调整，由改善前转速S1500-1600r/min，降低为S1000-1100r/min。在加工过程中，提高断屑效果，减少刀具和车轮表面长期高速摩擦问题，降低刀具产生积屑瘤，改善车轮精车面划伤问题。存在缺陷：将车床转速降低，加工单个轮毂的时间变长，生产效率降低；反之转速调高，效率增加，但是会造成刀具磨损加剧，轮毂会出现“白边”。课程背景及描述02课程主要内容课程主要内容组件分析组件分析工程系统组件超系统组件车轮精车系统端面精车刀片轮毂铝屑液压系统空气端面精车刀杆切削液主轴定位夹具课程主要内容铝合金轮毂端面车削系统相互作用矩阵主轴定位夹具精车刀杆精车车片切削液液压系统轮毂铝屑空气主轴定位夹具---++--精车刀杆-+-----精车车片-++-++-切削液--+-+--液压系统+------车轮+-++-++铝屑--+--+-空气-----+-汽车铝合金轮毂端面车削系统相互作用矩阵课程主要内容铝屑精车刀杆空气切削液轮毂精车刀片主轴定位夹具液压系统冷却固定形成粘附划伤装夹氧化控制切削通过组件功能模型分析，得出造成汽车铝合金轮毂端面加工时，划伤的基本问题点：1、铝屑粘附在刀尖形成积屑瘤；2、铝屑划伤加工面；3、切削液冷却刀片不足。课程主要内容铝屑精车刀杆空气切削液车轮精车刀片主轴定位夹具液压系统冷却固定形成粘附划伤装夹氧化控制裁剪组件后的模型：通过组件功能模型分析，方案一，可看出汽车铝合金轮毂端面加工时，划伤的主要问题在于铝屑粘附在刀尖形成积屑瘤；铝屑划伤加工面，切削液冷却刀片不足。可运用裁剪法将车刀刀片裁掉，其功能由高压水刀代替使用水刀切割技术，让系统简单化的同时可靠性也得到提高，使裁剪后工程系统的成本降低，车轮的加工精度提高。水刀切削课程主要内容

汽车铝合金轮毂造成端面划伤的因果链分析车轮表面划伤and铝屑划伤刀具磨损切屑缠绕车刀连续切削and断屑槽不合理刃倾角小带状切屑产生积屑瘤刀片表面粗糙度低and刀片硬度低冷却润滑差刀片摩擦系数大and前角小中速中温铝合金材料andand汽车铝合金轮毂端面加工造成表面划伤的三个问题点：1、铝屑粘附在刀尖形成积屑瘤；2、铝屑划伤加工面；3、切削液冷却刀片不足;课程主要内容

物质资源能量资源信息资源系统资源空间资源场资源功能资源时间资源当前系统冷却液热量

水箱内空间机械场

连续加工系统的过去轮毂

车轮窗口部位

间续加工系统的未来

车轮轮辐加工面

转机械能

超系统冷却系统

超系统的过去

热场

超系统的未来铝屑刀片发热

转热量

子系统

机械能

车床内空间

子系统的过去

子系统的未来

Step1:确定资源列表Step2:资源应用原则Step3:构造概念方案

资源分析方案二：利用主轴高速旋转的动力，将冷却液打散，从而降低温度课程主要内容

技术矛盾问题点1：刀具切削铝合金轮毂时，切屑粘结在刀片上产生积屑瘤有害功能为入手点解决问题技术冲突描述：

10.预先作用原理20.有效作用的连续性18.机械振动原理28.机械系统代替课程主要内容方案三：预先作用原理方案三：预先作用原理

运用预先作用原理，精加工铝合金材料时，为了获得较高的表面质量和较高的精度，可选用配比为10%~20%的乳化液，通过选择具有润滑和冷却效果较好的切削液，可减少刀具、工件、切屑之间的摩擦，从而降低对铝合金轮毂的划伤。乳化液切削液课程主要内容方案三：有效作用的连续性原理方案四：有效作用的连续性原理

恒线速度切削也叫固定线速度切削，在车削内、外径时，车床主轴转速可以连续变化，以保持实时切削位置的切削线速度不变(恒定)。避免切削不同表面时出现表面质量变差的情况出现。G96恒线速度切削车削加工课程主要内容方案三：有效作用的连续性原理方案五：机械系统代替原理

外圆车刀在切削过程中，常与轮毂、切屑产生摩擦，故将原有的车削外圆车刀换为激光切割，激光切割利用激光完成金属切割工作，切割精度高、表面质量好。激光切割车削外圆车刀10.预先作用原理20.有效作用的连续性18.机械振动原理28.机械系统代替课程主要内容方案三：有效作用的连续性原理方案六：机械系统代替原理

外圆车刀在切削过程中，常与轮毂、切屑产生摩擦，故将原有的车削外圆车刀换为线切割，线切割利用电火花完成金属切割工作，切割精度高、表面质量好，无带状切屑。线切割车削外圆车刀10.预先作用原理20.有效作用的连续性18.机械振动原理28.机械系统代替课程主要内容

物理矛盾Step1：技术系统的因果轴分析以加工转速高，刀片磨损发热为入手点

Step2：从因果轴定义技术矛盾为提高工作效率，要加快主轴转速，缩短加工时间（A），但是主轴转速提高后，刀片与轮毂摩擦严重，铝屑断屑不良，导致划伤严重（B）。Step3：提取物理矛盾：在这对技术矛盾中找到一个参数，及其相反的两个要求转速（C）加工轮毂端面部位时既要转速高，缩短加工时间；加工端面耳缘部位时又要转速低，提高刀具断屑效果。课程主要内容

物理矛盾Step1:定义物理矛盾参数：转速要求1：低要求2：高Step2:如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么空间得以实现？空间1：耳缘部分空间2：端面部分Step3:以上两个空间区域是否交叉？否，可以应用空间分离课程主要内容

运用复合材料，将现有车刀的硬质合金材料填入陶瓷材料，从而提高刀片的硬度和耐磨性，提高零件表面质量。方案七：复合材料原理课程主要内容方案八：中介物原理

运用中介物“涂层”，将涂层涂抹在硬质合金刀片上，使刀片的耐磨性提高了2-3倍，同时防止刀具磨损产生。方案八：中介物原理课程主要内容

知识库查询类比通过SOOPAT专利查询，定义查询知识点为金刚石钻石刀，获取方案启发点。此项专利为实用新型专利，名称是《聚晶金刚石断屑式刀片》。

专利《聚晶金刚石断屑式刀片》改善断削和加工面粗糙度的原理：本实用新型的刀头焊接在刀体套接槽上端的近似三角形凹槽里，这种夹心式焊接方式的刀具，断屑效果好，被加工件的光洁度能到达要求，省去了一道精加工工序，降低了生产成本。方案九：聚晶金刚石断屑式刀片课程主要内容

1.2物场模型的破坏1.2.1通过S3来消除有害作用无解1.2.2引入S1或S2的变形来消除有害有解1.2.3引入超系统物质S3来消除有害作用无解1.2.4引入F2抵消有害作用无解

物质-场分析及76个标准解由因果分析得出问题点：刀具在车削过程中，由于长时间加工，铝屑粘附在刀尖上，最终出现断屑不良，铝屑将已加工面划伤。课程主要内容

物质-场分析及76个标准解方案十引入断屑槽防止磨损分析标准解：1.2.2引用S1或S2的变形来消除有害作用

通过及时增加刀片的断屑面槽宽，改善断屑问题，解决精车时不易断屑造成的划伤问题。

断屑槽S1轮毂S2刀片F摩擦S2刀片S3断屑槽F机械场S1轮毂方案阶段小结序号问题模