TRIZ理論對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中的作用范文
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《機電技術(shù)雜志》2014年第二期
下面以產(chǎn)品設(shè)計中解決高頂蓋凹陷強度低的實例來說明39個通用技術(shù)參數(shù)、40個發(fā)明原理、矛盾矩陣的綜合應用步驟和求解過程。
1.1問題描述公司生產(chǎn)的海獅高頂蓋車身，外觀尺寸大（3400mm×1970mm×470mm）、拉延深度高（約470mm）、外觀質(zhì)量要求高，零件主要缺陷為拉延剛性不足，有裂紋、暗傷等，產(chǎn)品不良率高。系統(tǒng)主要工藝為沖壓和焊接。零件焊接后頂蓋側(cè)面產(chǎn)生的失穩(wěn)凹陷不平，嚴重時需刮膩子進行修補缺陷，影響生產(chǎn)效率，顧客不滿意。
1.2原因分析
1.2.1設(shè)計結(jié)構(gòu)原因提取現(xiàn)有產(chǎn)品高頂蓋進行結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵在于高頂蓋產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)上，對現(xiàn)有車型高頂蓋系統(tǒng)進行分析，兩側(cè)焊接止口根部尺寸R值較大（為R5~6.5mm），零件拉延后零件塌陷。頂蓋兩側(cè)表面平直設(shè)計，沒有形成一定弧度；靠近R根部無臺階設(shè)計；與水槽焊接止口平直，沒有形成一定的銳角，對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)有一定的影響。側(cè)面結(jié)構(gòu)如圖2所示。
1.2.2模具制造原因目前高頂蓋加工工藝采用拉延→切邊、沖孔→整形的工藝。在拉延工藝中直接形成R5根部尺寸和側(cè)部形狀尺寸，零件的整體剛性靠材料的充分塑性形實現(xiàn)。
1.2.3目前問題的解決方法和影響1）側(cè)面凹陷是通過頂蓋側(cè)面增加補強板解決側(cè)面強度不足的問題。帶來的影響增加車身重量，增加制造成本，還影響使用功能。2）通過增加零件拉延力參數(shù)提高側(cè)面的強度，帶來的影響是零件產(chǎn)生暗傷或裂紋，造成廢品率提高，提高檢測成本。
1.2.4提取技術(shù)矛盾產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)簡單，對模具精度要求不高。但會帶來產(chǎn)品強度降低的風險。
1.3提取技術(shù)參數(shù)
根據(jù)2.2.4提取的矛盾是：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，兩側(cè)面強度不能降低。根據(jù)TRIZ技術(shù)系統(tǒng)通用技術(shù)參數(shù)中的定義，選擇“參數(shù)14——系統(tǒng)的強度”，作為改善的參數(shù)。在改善“系統(tǒng)的強度”這個參數(shù)的同時，零件加工提出更高的要求，即要求零件工作過程中，必須相應地增加設(shè)備的壓力，提高工裝的精度，提高材料的可加工性級別，以避免物體有害因素的的惡化。在加工過程中惡化的參數(shù)時可加工性。根據(jù)通用技術(shù)參數(shù)中的定義，選擇“參數(shù)32——可制造性”，以此作為被惡化的參數(shù)。
1.4查找TRIZ矛盾矩陣
提高系統(tǒng)的強度為欲改善的參數(shù)：選參數(shù)14——強度。設(shè)備精度提高為被惡化的參數(shù)：選參數(shù)32——制造性。查找TRIZ矛盾矩陣，從矩陣表查找參數(shù)14和參數(shù)32對應的方格，得到方格中推薦的發(fā)明原理序號共4個，分別是：11、3、10、32。與發(fā)明原理序號對應，得到這4條發(fā)明原理依次是：11預先防范原理；3局部性質(zhì)原則；10預先作用原理；32變色原理。
1.5發(fā)明原理分析
原理11為預先防范。分析：圖1零件結(jié)構(gòu)，側(cè)面平直，R根部沒有加強臺階，可以考慮在產(chǎn)品設(shè)計時事先防范，將零件平直型面預先進行弧度設(shè)計。該原理對優(yōu)化設(shè)計有一定的作用。原理3局部性質(zhì)原則。分析：表現(xiàn)在從物體或外部介質(zhì)（外部作用）的一致結(jié)構(gòu)過渡到不一致結(jié)構(gòu)。側(cè)面強度不足，在側(cè)面增加臺階過度到R根部。中間采用圓弧過渡，負面內(nèi)容，會對零件的拉延性有影響。原理10預先作用。分析：原頂蓋焊接時側(cè)面凹陷，側(cè)面焊接止口邊上翹1.5°，通過預先角度使零件與水槽焊接時，通過力的傳遞提高頂蓋側(cè)面剛度。負面內(nèi)容，會對水槽焊接焊點質(zhì)量有影響。原理32為變色原則，對方案貢獻不大。
2求解后的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化方案
根據(jù)TRIZ理論給出的創(chuàng)新原理的啟示和現(xiàn)實情況分析，利用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)局部改善和預先在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上預留一定的角度可以方便有效解決高頂蓋強度低造成凹陷的缺陷，保證高頂蓋系統(tǒng)的強度。求解后的頂蓋側(cè)面設(shè)計如圖3所示。改進后設(shè)計，通過止口的反翹設(shè)計，在焊接加工中起到通過焊接力的傳遞到R根部，通過水槽的反作用力傳遞到頂蓋側(cè)面，使頂蓋側(cè)面剛度提高，此設(shè)計降低拉延模具的制造難度，拉延時R值可放大，通過后續(xù)整形實現(xiàn)止口反翹并將R值整小。通過TRIZ預先的求解，快速找到解決問題的方法，提高工作效率和準確率，為新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。新設(shè)計的高頂蓋產(chǎn)品零件加工仍采用拉延→切邊、沖孔→整形的工藝，與原工藝一致，不同的是在整形工位將根部R5整形到R3，這對零件的強度起到重要的作用。
3結(jié)語
根據(jù)TRIZ理論創(chuàng)新的新產(chǎn)品高頂蓋制造質(zhì)量達到預期效果，減少后期頂蓋側(cè)面加補強板的工序，材料由進口材料改為國產(chǎn)料，僅此減少成本費用100多元/臺。通過對加長高頂蓋設(shè)計優(yōu)化的案例，體現(xiàn)了TRIZ理論在汽車產(chǎn)品設(shè)計和解決問題中的應用價值，為企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)和解決實際問題提供了可借鑒的模式。
作者：周署玲方烏糖單位：廈門金龍汽車車身有限公司