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1、TRI工程实践课题去除模组浇口杯表面型壳（2013.6）-项目名称：去除模组浇口杯表面型壳用户单位：东风精密铸造有限公司 所属行业：铸造/精密铸造作 者：马波项目摘要 熔模精密铸造工艺是一种古老又现代的金属近净成型工艺。其原理是通过用蜡模当阳模，在其表面涂覆涂料、沙粒形成型壳，然后热水或蒸汽去除蜡模，留下耐火型壳阴模，将型壳焙烧后往其中浇注钢水，待钢水冷却凝固后，破碎型壳，铸件可得。根据具体产品特性需要，铸件后续还要经过热处理、机加工或表面处理，形成最终产品。为了提高熔模铸件的生产效率，降低工人操作强度，东风精密铸造有限公司借鉴欧洲悬挂生产线技术，自行设计并应用了三条制壳悬链线。然而，制壳悬链
2、线生产的模组在下线时，浇口杯无一不被涂料过剩涂敷，需要专人清理。在湖北省科技厅组织下，本人参加了亿维讯公司讲授的 TRI培训课程，按照问题聚焦转化为标准格式的问题模型利用价值分析、矛盾分析、物场分析、进化路线寻找方案模型最终演绎为最终解决方案验证的创新流程，相应得到了 15种解决方案模型，结合劳动效率、涂覆质量、设备稳定性及改善成本四个因素考虑，认为其中“在模组表面引入 S3铁皮盖”方案最为理想。项目结题：序号 问题模型 工具 培训得到的新方案(个)专利意向(个)1 功能结构 TRIMMING 22 技术矛盾、物理矛盾创新原理、分离原理 4 13 HOW TO 模型 知识库 24 物场模型 标
3、准解 3 15 进化趋势 进化路径 4 1总计 15 3关键词： TRIZ，浇口杯，型壳，去除，精密铸造TRI工程实践课题去除模组浇口杯表面型壳（2013.6）-I-目 录绪 论 .1一、问题的确定及分析 .31、关键技术问题的确定 .32、问题分析 .42.1系统分析 .52.2 问题分解图6二、 解决问题方案探讨71） 基于功能裁剪解决问题 .82） 通过技术矛盾选定创新原理得到解决方案 .103） 通过物场分析寻找解决方案 .124） 通过“知识库”寻找解决方案 .155） 由进化路线寻找解决方案 .16三、 方案评价 .19四、进化分析 .20结 论 .23TRI工程实践课题去除模组浇
4、口杯表面型壳（2013.6）-0-绪 论熔模精密铸造工艺是一种古老又现代的金属近净成型工艺。其原理是通过用蜡模当阳模，在其表面涂覆涂料、撒砂形成型壳，然后热水或蒸汽去除蜡模，留下耐火型壳阴模，将型壳焙烧后往其中浇注钢水，待钢水冷却凝固后，破碎型壳，铸件毛坯可得。实际的零件制造，为提高其生产质量及工艺出品率，零件蜡模要先与浇口棒焊接成蜡模组，以蜡模组作为初始阳模进行后续的涂料制壳及浇注，破壳后零件铸件需与浇口棒通过切割、锤击等方式分离，根据具体产品特性需要，铸件后续还要经过热处理、机加工或表面处理，形成最终产品。熔模铸件的形状一般都比较复杂，铸件上可铸出孔的最小直径可达 0.5mm，铸件的最小壁
5、厚为 0.3mm。在生产中可将一些原来由几个零件组合而成的部件，通过改变零件的结构，设计成为整体零件而直接由熔模铸造铸出，以节省加工工时和金属材料的消耗，使零件结构更为合理。熔模铸件的重量大多为即几十克到几公斤，目前生产大的熔模铸件的重量已达 80公斤左右。熔模铸造工艺过程较复杂，且不易控制，使用和消耗的材料较贵，故它适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。汽车上精铸件用量曾逐步上升趋势，以往汽车用锻件、砂铸件、冲压件、焊接件、装配件、机加工件等因其结构设计粗放，而重新轻量化优化设计后被精铸件替代。目前汽车上常见的精铸件有管接头、吊耳、牵引座、板簧支
6、架、发动机支架、油缸支架、压缩机支架、摇臂、垂臂、控制臂、副车架、前接梁、涡轮叶片等十多个系列产品，重量从几十克到几十公斤不等，而且近年越来越往大型化方向发展。东风精密铸造有限公司是国内规模最大的熔模精密铸造企业，产品基本覆盖了汽车上所有精密铸件，而且通过精铸轻量化技术，还不断替代传统落后制造方案，新生新的精铸件，企业发展蒸蒸日TRI工程实践课题去除模组浇口杯表面型壳（2013.6）-1-上，但却面临用人用工短缺，用工成本压力日益增大的压力。为了提高熔模铸件的生产效率，降低工人操作强度，东风精密铸造有限公司借鉴欧洲悬挂生产线技术，自行设计并应用了三条制壳悬链线。然而，制壳悬链线虽然有生产上自动
7、化带来的便捷，但却遇到因为悬链线在制壳过程中柔性较差带来的新的问题：模组在涂料槽旋转时因模组表面杯口接触涂料而在下线时形成厚厚一层（多余的）耐火型壳，因为后续生产需要从浇口杯浇注钢液，所以浇口杯上多余的型壳要在下线时安排专人清理，这在汽车零部件行业竞争如此激烈的今天，无谓的用工增加是必须要克服的。在湖北省科技厅组织下，本人参加了亿维讯公司讲授的 TRI培训课程，按照问题聚焦转化为标准格式的问题模型利用价值分析、矛盾分析、物场分析、进化路线寻找方案模型最终演绎为最终解决方案验证的创新流程，相应得到了利用悬链线形变、浇口棒加高、改变导轨摩擦系数、改变悬挂头摩擦系数、柔性空心棒芯、浇口杯表面增加薄铁
8、皮保护、刷敷脱模剂、上端吹高压空气、安置防形刷、预设水膨胀型聚合体、预设微波耦合化合物、开发万向节式棒芯、开发多模组悬挂盘、六轴机械手、磁场式悬挂线等 15种解决方案模型，结合劳动效率、涂覆质量、设备稳定性及改善成本四个因素考虑，认为其中“在模组表面引入 S3铁皮盖”方案最为理想。两次共 13天的培训，通过湖北省科技厅的精心安排和亿维讯公司的悉心指导，本人了解 TRI起源，系统掌握了组件分析、系统分析、三轴分析、物场分析等分析工具，结合课题实践应用了 40个创新原理、76 个标准解、13 条进化法则，最终围绕企业课题获得了前所未想的 15个技术方案，最重要的事通过参加这次培训，让我面对问题思考
9、解决方法时，思维方式变得更严谨缜密，相信对我今后工作会大有裨益。TRI工程实践课题去除模组浇口杯表面型壳（2013.6）-2-一、问题的确定及分析1、关键技术问题的确定本项目关键技术问题是：东风精密铸造有限公司利用悬链线制壳时模组浇口杯表面被涂覆上涂料，撒砂后变成多余难去除型壳，模组下线时必须由人工手动清除。图 1图 4为本问题产生之制壳工序的前端操作工序。图 1 零件蜡模 图 2 浇口棒（蜡制）图 3 蜡模组（零件蜡模+浇口棒） 图 4 制壳悬链线零件蜡模（简称“蜡模”）图 1与蜡制浇口棒（简称“浇口棒”）图 2焊接后成为图 3蜡模组，蜡模组悬挂在悬链线进入制壳准备。本技术问题主要关联对象之
10、一的浇口棒，是由钢制棒芯、浇口杯、浇口棒（棒体）组合而成，其中浇口杯与浇口棒（棒体）常设计制造为一体。图 5模组翻越涂料槽 图 6 模组在涂料槽粘涂料TRI工程实践课题去除模组浇口杯表面型壳（2013.6）-3-图 7 涂料后撒砂 图 8 模组下线模组借助悬链线导轨翻越进入涂料槽（图 5），进入涂料槽后借助导轨摩擦在涂料中自转使周身孔隙得以涂料填充（图 6），之后再次借助导轨翻出涂料桶，进入撒砂环节（图 7）。根据零件不同，一般反复 6-8层涂料撒砂，最后模组下线（图 8）。2、问题分析1）工作原理：金属棒芯 3置于蜡棒模具，注蜡后形成（带棒芯的）蜡棒 2，蜡棒 2焊接零件蜡模 5形成蜡模组，
11、将蜡模组（棒芯 3）悬挂于制壳悬链线 1悬挂头 2，随悬链线 1一起向前运动（上涂料）【主要过程：在进入涂料槽 8时，悬挂头 2与导轨 6接触，在导轨 5支撑下，悬挂头 3、模组形成倾角，借助重力及摩擦作用，模组旋转（在涂料槽），涂料涂满模组】，带涂料的模组进入浮沙桶粘砂，形成型壳。浇 口 杯（ 问 题 点 ）1、 悬 链 线2、 悬 挂 头3、 棒 芯4、 浇 口 棒5、 蜡 模6、 导 轨7、 浇 口 杯 （ 问 题 点 ）8、 涂 料 槽 图 9 问题发生环节工作原理图TRI工程实践课题去除模组浇口杯表面型壳（2013.6）-4-2）现存问题：正常用于后工序脱蜡、浇注的模组，其浇口杯表面
12、应漏在外面（图 10），本案浇口杯表面粘附上了涂料而形成封闭型壳（图 11），影响后序脱蜡、浇注工艺。图 10 正常模组浇口杯表面 图 11 问题浇口杯表面被型壳封闭3）改进目标：下线模组不需要人工清理浇口杯。常规解决方案：降低模组进入涂料槽之后的倾角，这样可以减少浇口杯接触涂料可能，但模组在涂料槽中旋转的摩擦力损失，可能影响孔隙涂料的进入；或加大浇口杯高度，即使倾角不够，也能预付涂料接触浇口杯表面，但这样需更改浇口棒模具。 4）理想系统：模组下线后就能直接被送往浇注现场浇注钢水。2.1 系统分析2.1.1 组件模型TRI工程实践课题去除模组浇口杯表面型壳（2013.6）-5-图12 组件模型
13、图2.1.2 组件价值分析根据理想度计算公式按照功能贡献、问题影响及成本对系统组件：导轨、悬挂头、棒芯、浇口杯、浇口棒、涂料做了简单分析，理想度排名如下表1：表1 组件系统价值分析系 统 组 件 功 能 贡 献 问 题 影 响 成 本 理 想 度导 轨 1 1 2 0.333333悬 挂 头 3 0 1 3棒 芯 3 0 1 3浇 口 棒 4 0 1 4浇 口 杯 1 1 1 0.5涂 料 4 1 3 1建议按照以下顺序删除/改善系统组件：(1)导轨(2)浇口杯(3)涂料本案中浇口杯和涂料是工艺必须的对象，以改善为主；导轨可以考虑裁剪。2.2 问题分解图TRI工程实践课题去除模组浇口杯表面型壳（2013.6）-6-图 13 因果轴、操作轴、资源轴三轴分析图CAI根据描述的问题转化为“How to ？”；根据寻找的资源转化为“How can ？”形式的 TRIZ标准问题。 图14 PRO/D 通过三轴分析提供的问题思考方向二、解决问题方案探寻解决问题就是针对问题模型利用中间工具解决找到解决方案模型，再把解决方案模型转化为本领域问题
