基于TRIZ理论对核主泵闭式空间扭曲叶片通孔加工问题研究-《科技创新与品牌》杂志社

摘要：核主泵作为核岛的“心脏”，是核动力装置中的关键设备之一，而导叶作为其重要功能部件之一，它的作用主要是将流体的动能转化为静压能，因而控制导叶内腔核心部件温度，十分重要。通过应用TRIZ理论，研究出一种在闭式空间扭曲叶片上钻孔的划线及找正方法，大大降低了零件的废品率，而且避免导叶在运行过程中温度过高，从而提高了泵运行的安全可靠性。

关键词：TRIZ理论；闭式空间；扭曲叶片；通孔加工

一、问题描述

1.1 定义系统名称：叶片通孔加工工艺方法

目标要求：废品率为零

1.2 初始情况描述

为了满足设备运转时在额定温度以下，需从闭式导叶外部引入有一定压力的循环冷却水，从导叶叶片中穿过。因而在叶片制作中需要在导叶外部准确定位出扭曲叶片的位置及走向，然后划线，找到加工起始点，固定好零件，加工通孔。

1.3 当前系统存在的问题

1）定位不准确。由于导叶叶片存在于闭式空间，叶片在外部不可见，同时由于实际零件的尺寸与电脑三维模拟有一定的偏差，因此目前划线方法无法准确定位。

2）零件摆放存在偏差。零件在加工设备上放置位置及方式与加工合格率有密切的关联，目前的找正方法及相应的工装对于导叶的放置位置与理论上还有些偏差。

二、问题分析

图1 系统功能模型图

2.1 功能分析

图一为系统的功能图，列出了系统各组件及相互作用，得出两个不足作用和一个有害作用：

1）人对刀具的控制作用不充分，不能准确定位；

2）在导叶的叶片上加工通孔工艺装备等不完善，合格率达不到百分之百；

3）刀具加工过程对导叶会造成损伤，导致零件报废。

2.2因果分析

图2 因果分析图

图3 九屏幕图

图4 资源列表

图二为因果分析图。由因果分析图可得出，通孔加工失误的根本原因是以下两点：

1）划线方法不正确 2）刀具路线不可控

2.3九屏幕法

从图三可以得出技术方案1：改进导叶的的铸造方式方法，提高零件实际尺寸与图纸的吻合度。

2.4 资源分析

图四列举出了系统运行过程中能用到的所有资源。

三、解决问题

3.1 技术矛盾

3.1.1根据因果分析，叶片钻孔的过程很容易导致零件报废。

由此引出矛盾点1：提高了泵运行的安全性，却造成了导叶的报废。

技术矛盾1：改善的参数：安全性

恶化的参数：物质的浪费

发明原理：通过查找新的矛盾矩阵表，得到以下五条发明原理 ——35、31、5、7、24

3.1.2现有导叶是整体铸造，减少了后续的切削加工量，但是铸造毛坯形状尺寸公差较大。

由此得出技术矛盾2：改善的参数：可制造性

恶化的参数：制造的准确度

发明原理：通过查找新的矛盾矩阵表，得到以下五条发明原理——3、16、25、12、24

3.1.3根据因果分析，叶片形状扭曲是造成通孔加工困难。

由此引出技术矛盾3：改善的参数：可靠性

恶化的参数：可制造性

发明原理：通过查找新的矛盾矩阵表，得到以下五条发明原理——28、10、35、4、40

通过技术矛盾，可运用的发明原理及得到的技术方案如下：

3.2 物理矛盾

定义物理矛盾1：由前面因果分析，可定义第一对物理矛盾。

参数：叶片形状

要求1：扭曲；要求2：平直

定义物理矛盾2：导叶必要组成部分前轮毂遮挡了叶片，导致孔的定位点很难确定。

参数：前轮毂

要求1：存在；要求2：消失

定义物理矛盾3：为了保证冷却效果，水的进口压力与出口压力一致，因此要求孔的尺寸要足够大，但孔的尺寸过大，与叶片的尺寸接近，在加工的过程中难度加大，因此引出第3对物理矛盾。

参数：孔的尺寸

要求1：大；要求2：小

由以上三对物理矛盾，运用系统级别、时间分离和条件分离的方法，查询分离方法与发明原理对应表，选取以下几种发明原理：

（1）分割原理（24）借助中介物原理

（15）动态特性原理（23）反馈原理

技术方案8：导叶由一体结构改为分体结构。

技术方案9：设计专用工装或工具，准确划出孔加工的各个位置点。

技术方案10：叶片更改为活动可调的。

技术方案11：加工的同时实时监测刀具的位置。

3.3 物场分析

通过功能分析，得到物场模型如下图，运用物场分析一般解法3，得到技术方案12：利用电子检测设备精确划线。

四、技术方案整理

综合考虑各种因素，对比各方案如下表1-2：

在以上12种方案中优选部分方案，并将其充分结合，得到最终的解决方案——一种封闭空间扭曲叶片通孔的加工划线方法，就是将叶片实际正/背表面上有代表性的点移至零件外表面上，在零件外表面上得到叶片实际位置，从而得到孔的中心线；并将叶片实际走向，移至零件外端面上，这样按转移后的孔中心线及叶片走向线，可实现钻孔。