TRIZ應(yīng)用實(shí)例--汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)的鑄造問(wèn)題
用背景： 汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)是連接汽車(chē)方向盤(pán)與前輪輪軸的部件哩拒，并與減震器相連媳否。它主要有三部分功能：1與前輪軸相連接揉阎，承擔(dān)軸傳來(lái)的力和力矩，2汽車(chē)轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)動(dòng)部件蚂维，3吸收汽車(chē)行進(jìn)過(guò)程中的震蕩戳粒。它是汽車(chē)中應(yīng)力最為集中、最為復(fù)雜的零件侦广，直接關(guān)系到汽車(chē)的安全性能恼芙，因此它的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)格，制造過(guò)程和產(chǎn)品測(cè)試都要求符合規(guī)范成猴。
目前轉(zhuǎn)向節(jié)是由球墨鑄鐵為主要原料鑄造而成仪丛，并加入碳、硅等元素软殿，在微觀結(jié)構(gòu)上在鐵原子之間形成碳或硅小顆粒以加強(qiáng)合金鋼的延展性（韌性）卒粮，宏觀上提高零件的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。而且碳骨惫、硅元素的含量要求適當(dāng)钱挺，過(guò)多會(huì)使合金變脆而導(dǎo)致強(qiáng)度下降。
問(wèn)題描述：使用生產(chǎn)線后寂汇，整個(gè)鑄造過(guò)程的操作性提高了，但相應(yīng)的也產(chǎn)生了鑄件廢品率增加了捣染。研究發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題的產(chǎn)生是由于感應(yīng)電爐中的熔液的沙粒含量超標(biāo)饭糊，導(dǎo)致熔液流動(dòng)性差造成的豌泊。若提高熔液溫度，可以是問(wèn)題好轉(zhuǎn)稳虱，但會(huì)給設(shè)備和人員帶來(lái)危害怔于。由此產(chǎn)生的技術(shù)矛盾為：為提高熔液的適應(yīng)性和由此帶來(lái)的溫度提高之間的矛盾。
解決思路和關(guān)鍵步驟：
1 分析沙質(zhì)含量超標(biāo)問(wèn)題
一畅刑、將具體生產(chǎn)中待解決問(wèn)題的技術(shù)矛盾提取出來(lái)
由于問(wèn)題的關(guān)鍵是熔液中沙質(zhì)含量過(guò)高姚详，使熔液的流動(dòng)性變差，澆鑄時(shí)容易產(chǎn)生縮型喇躲，廢件率升高腮稚。在這種情況下，若要使熔液的流動(dòng)性合乎標(biāo)準(zhǔn)继棉，就要再升高熔液的溫度挽饺，但是，升高溫度對(duì)設(shè)備和人員都會(huì)造成損傷终琅，顯然這對(duì)于生產(chǎn)是很不利的恨溜。因此，想要提高的技術(shù)特性是熔液的適應(yīng)性找前，而由此帶來(lái)的問(wèn)題是溫度會(huì)升高糟袁。
二、將技術(shù)矛盾的兩方面抽象為軟件分析需要的技術(shù)特性
有利特性：35 Adaptability適應(yīng)性
不利特性：17 Temperature溫度
三、技術(shù)矛盾矩陣中得到相應(yīng)的創(chuàng)新原理
對(duì)應(yīng)第35行第17列 得到四個(gè)創(chuàng)新原理：2项戴、27形帮、3、35肯尺。
四沃缘、據(jù)提供的創(chuàng)新原理分析問(wèn)題，找到解決方案则吟，在解決本問(wèn)題過(guò)程中槐臀，應(yīng)用原理3。
原理3 Local quality 部分改變
A 將物體的均一構(gòu)成或外部環(huán)境及作用改為不均一氓仲；
B 讓物體的不同部分各具不同功能水慨；
C 讓物體的各部分處于各自動(dòng)作的最佳狀態(tài)。
分析：根據(jù)這個(gè)原理想到：如果能改變有害物（沙粒）的位置敬扛，不讓過(guò)量的沙粒進(jìn)入熔爐應(yīng)該是最好的解決辦法现熔。研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)量沙粒是由于回收熔渣和廢件過(guò)程中滤躺，混入了大量的沙粒（來(lái)自打破的砂型）展霸，再利用時(shí)，這些附著在表面的沙粒溶入了鑄液中屠途。如果在熔渣莺肌、不合格鑄件的回收過(guò)程中去除沙粒，不使其進(jìn)入再次生產(chǎn)带诊，就可以避開(kāi)熔液的升高溫度問(wèn)題辈喜。實(shí)際該公司也是基于此方法解決問(wèn)題的。
而由此又引出另外的新問(wèn)題：由于回收物夾帶的沙粒分兩類(lèi)于箩，粘附性和非粘附性砖伴，應(yīng)分別考慮予以解決。
2判嘀、分析非粘附性沙粒消除問(wèn)題
分析生產(chǎn)線產(chǎn)生的問(wèn)題可以發(fā)現(xiàn)愧汽，未使用此生產(chǎn)線時(shí)，對(duì)于廢件不直接回收放入電爐侣夷，沒(méi)有沙粒含量超標(biāo)的問(wèn)題枝誊；使用生產(chǎn)線之后，廢件隨傳送帶回收不經(jīng)處理直接再利用惜纸，就出現(xiàn)了這樣的問(wèn)題叶撒。生產(chǎn)線的使用使生產(chǎn)過(guò)程的操作性提高了，但帶來(lái)的問(wèn)題是鑄件不合格率提高了耐版。（回收物的數(shù)量增加了祠够。）
一压汪、提取技術(shù)矛盾：
想要提高的技術(shù)特性是鑄造的操作性，而隨之帶來(lái)的問(wèn)題是回收物的量增大了古瓤。
二止剖、技術(shù)矛盾的兩方面抽象為軟件分析需要的技術(shù)特性
有利特性： 33 Ease of operation 操作性
不利特性： 1 Weight of moving object 運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量
三、技術(shù)矛盾矩陣中得到相應(yīng)的創(chuàng)新原理
由第33行第1列得到創(chuàng)新原理25落君、2穿香、13、15绎速。
四皮获、分析得到的創(chuàng)新原理，找到適用于本問(wèn)題的解決方案, 在解決本問(wèn)題過(guò)程中抠衬，應(yīng)用原理25 13 15
原理25 自助機(jī)能
A 讓物體具有自補(bǔ)充裸岁、自恢復(fù)功能
B 靈活運(yùn)用剩余的材料及能量
分析：本原理啟發(fā)使用生產(chǎn)線本身產(chǎn)生的能量作為除沙裝置的動(dòng)力來(lái)源。在升降機(jī)上增加吸塵裝置锹肾，使升降機(jī)具備除砂功能郊啄，同時(shí)將熔液散發(fā)的熱能轉(zhuǎn)化為電能， 為升降機(jī)和洗塵裝置提供能源奥泛。
原理 13 “The other way round” 逆問(wèn)題
A 用相反的動(dòng)作代替要求指定的動(dòng)作
B 讓物體可動(dòng)部分不動(dòng)寄菲，不動(dòng)部分可動(dòng)
分析：根據(jù)原理提示，可以將“把沙粒從原料中去除”的思路改為“把原料從沙粒中去除”虫弓，將回收過(guò)程改為：升降機(jī)卸載時(shí)先將沙粒與回收物分離起胡，再將已去除沙粒的原料卸下，而沙粒被留在升降機(jī)里繼續(xù)傳送赂裁。可以通過(guò)在回收物上先蓋一個(gè)帶有大量小孔的篩形蓋子媚哪，篩掉沙粒后烛许，小孔可以自動(dòng)封閉，翻轉(zhuǎn)回收裝置耙厚，回收物落下而沙粒被保留在篩子中間强挫。
原理15 動(dòng)態(tài)性
A 將物體分割成既可變化又可相互配合的數(shù)個(gè)構(gòu)成要素
分析：承接上個(gè)原理應(yīng)用雙層裝置，第一層是帶有大量小孔的篩形面薛躬，第二層為一般平面俯渤，形成類(lèi)似箱體結(jié)構(gòu)；并加上一個(gè)滑動(dòng)裝置型宝，在沙粒排除后八匠，滑片滑動(dòng)擋住小孔，再次翻轉(zhuǎn)卸載原料時(shí)趴酣，沙粒被保留在兩層之間并被吸塵裝置吸收梨树。（如圖）
分析發(fā)現(xiàn)坑夯，在鑄鐵熔化時(shí)，操作人員在感應(yīng)電爐里還加入了催化劑（鎂）抡四，它在澆鑄時(shí)緊貼砂型析出柜蜈，用途是使鑄件表面光潔度高，便于深加工指巡。但也使一些沙粒粘附在鑄件表面造成廢件淑履，原因是沙粒與催化劑（鎂）之間有較強(qiáng)的粘附力。
一溜屡、提取技術(shù)矛盾：
想要提高的技術(shù)特性是鑄件表面的光潔度蹂曾，而帶來(lái)的問(wèn)題是增加了沙粒與鑄件之間力的強(qiáng)度。
二宠佩、技術(shù)矛盾的兩方面抽象為軟件分析需要的技術(shù)特性
有利特性： 18 Brightness 亮度
不利特性： 14 Strength 強(qiáng)度
三边饿、技術(shù)矛盾矩陣中得到相應(yīng)的創(chuàng)新原理
由第18行第14列得到創(chuàng)新原理35、19
四蚀抄、分析得到的創(chuàng)新原理值舀，找到適用于本問(wèn)題的解決方案 , 在解決本問(wèn)題過(guò)程中，應(yīng)用原理35 19
原理35 物體的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)的變化
A 改變物體的物理狀態(tài)
B 改變物體的凝聚度
分析：通過(guò)將鑄件浸入適當(dāng)濃度的酸性或堿性溶液牌盖，使粘附于鑄件上的沙粒脫落裙澎。這項(xiàng)工作安排在分離鑄件時(shí)同時(shí)進(jìn)行，從而不必花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間吧郑。
原理19 周期性動(dòng)作
A 將連續(xù)動(dòng)作改為周期性動(dòng)作
B 已是周期性的動(dòng)作艘彭，改變其頻率
分析：作為輔助上一過(guò)程的工作，經(jīng)清洗液處理過(guò)的回收物通過(guò)震蕩脫落颗蝶，這一工作在輸送過(guò)程中進(jìn)行跟狱。同非粘附性沙粒一同被排除。
通過(guò)以上分析户魏，整個(gè)改進(jìn)可以表述為在鑄件分離時(shí)將其浸入適當(dāng)濃度（不損傷鑄件）的酸性溶液中驶臊，使所有粘附性沙粒脫落。然后回收物通過(guò)一個(gè)升降機(jī)輸送過(guò)程中利用雙層篩形裝置通過(guò)翻轉(zhuǎn)使沙粒落入裝置兩層之間叼丑，分別處理原料和沙粒关翎。為防止經(jīng)過(guò)這一過(guò)程后仍不能完全去除所有沙粒，實(shí)際應(yīng)用中又在裝料斗上裝置了篩沙層（部分位置打孔如圖）鸠信，確保了改進(jìn)效果纵寝。
目前轉(zhuǎn)向節(jié)是由球墨鑄鐵為主要原料鑄造而成仪丛，并加入碳、硅等元素软殿，在微觀結(jié)構(gòu)上在鐵原子之間形成碳或硅小顆粒以加強(qiáng)合金鋼的延展性（韌性）卒粮，宏觀上提高零件的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。而且碳骨惫、硅元素的含量要求適當(dāng)钱挺，過(guò)多會(huì)使合金變脆而導(dǎo)致強(qiáng)度下降。
2001年大眾汽車(chē)（墨西哥）公司引進(jìn)一套轉(zhuǎn)向節(jié)鑄造生產(chǎn)線蜀勃，主要步驟是在感應(yīng)電爐中在1400℃高溫下熔化鑄鐵辣沧，以鎂作催化劑混合適量沙粒（硅）產(chǎn)生反應(yīng)形成熔液澆注入砂型中，冷卻后打破砂型對(duì)鑄件進(jìn)行檢測(cè)驼鳞，進(jìn)一步機(jī)械加工最終成品哀铡。生產(chǎn)線將型砂經(jīng)傳送帶回收處理循環(huán)利用，熔渣與不合格鑄件同樣用升降機(jī)回收作為原料再次放入電爐。生產(chǎn)初期抒痒，應(yīng)用此生產(chǎn)線使生產(chǎn)效率得以大幅提高幌绍，但同時(shí)也產(chǎn)生了鑄件廢品率（主要為縮型）也大幅提高的問(wèn)題，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)是由于熔液中沙粒含量超標(biāo)（使熔液流動(dòng)性差）造成的故响。導(dǎo)致生產(chǎn)成本升高以及效率下降傀广。
圖4 生產(chǎn)線示意圖
問(wèn)題描述：使用生產(chǎn)線后寂汇，整個(gè)鑄造過(guò)程的操作性提高了，但相應(yīng)的也產(chǎn)生了鑄件廢品率增加了捣染。研究發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題的產(chǎn)生是由于感應(yīng)電爐中的熔液的沙粒含量超標(biāo)饭糊，導(dǎo)致熔液流動(dòng)性差造成的豌泊。若提高熔液溫度，可以是問(wèn)題好轉(zhuǎn)稳虱，但會(huì)給設(shè)備和人員帶來(lái)危害怔于。由此產(chǎn)生的技術(shù)矛盾為：為提高熔液的適應(yīng)性和由此帶來(lái)的溫度提高之間的矛盾。
解決思路和關(guān)鍵步驟：
1 分析沙質(zhì)含量超標(biāo)問(wèn)題
一畅刑、將具體生產(chǎn)中待解決問(wèn)題的技術(shù)矛盾提取出來(lái)
由于問(wèn)題的關(guān)鍵是熔液中沙質(zhì)含量過(guò)高姚详，使熔液的流動(dòng)性變差，澆鑄時(shí)容易產(chǎn)生縮型喇躲，廢件率升高腮稚。在這種情況下，若要使熔液的流動(dòng)性合乎標(biāo)準(zhǔn)继棉，就要再升高熔液的溫度挽饺，但是，升高溫度對(duì)設(shè)備和人員都會(huì)造成損傷终琅，顯然這對(duì)于生產(chǎn)是很不利的恨溜。因此，想要提高的技術(shù)特性是熔液的適應(yīng)性找前，而由此帶來(lái)的問(wèn)題是溫度會(huì)升高糟袁。
二、將技術(shù)矛盾的兩方面抽象為軟件分析需要的技術(shù)特性
有利特性：35 Adaptability適應(yīng)性
不利特性：17 Temperature溫度
三、技術(shù)矛盾矩陣中得到相應(yīng)的創(chuàng)新原理
對(duì)應(yīng)第35行第17列 得到四個(gè)創(chuàng)新原理：2项戴、27形帮、3、35肯尺。
四沃缘、據(jù)提供的創(chuàng)新原理分析問(wèn)題，找到解決方案则吟，在解決本問(wèn)題過(guò)程中槐臀，應(yīng)用原理3。
原理3 Local quality 部分改變
A 將物體的均一構(gòu)成或外部環(huán)境及作用改為不均一氓仲；
B 讓物體的不同部分各具不同功能水慨；
C 讓物體的各部分處于各自動(dòng)作的最佳狀態(tài)。
分析：根據(jù)這個(gè)原理想到：如果能改變有害物（沙粒）的位置敬扛，不讓過(guò)量的沙粒進(jìn)入熔爐應(yīng)該是最好的解決辦法现熔。研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)量沙粒是由于回收熔渣和廢件過(guò)程中滤躺，混入了大量的沙粒（來(lái)自打破的砂型）展霸，再利用時(shí)，這些附著在表面的沙粒溶入了鑄液中屠途。如果在熔渣莺肌、不合格鑄件的回收過(guò)程中去除沙粒，不使其進(jìn)入再次生產(chǎn)带诊，就可以避開(kāi)熔液的升高溫度問(wèn)題辈喜。實(shí)際該公司也是基于此方法解決問(wèn)題的。
而由此又引出另外的新問(wèn)題：由于回收物夾帶的沙粒分兩類(lèi)于箩，粘附性和非粘附性砖伴，應(yīng)分別考慮予以解決。
2判嘀、分析非粘附性沙粒消除問(wèn)題
分析生產(chǎn)線產(chǎn)生的問(wèn)題可以發(fā)現(xiàn)愧汽，未使用此生產(chǎn)線時(shí)，對(duì)于廢件不直接回收放入電爐侣夷，沒(méi)有沙粒含量超標(biāo)的問(wèn)題枝誊；使用生產(chǎn)線之后，廢件隨傳送帶回收不經(jīng)處理直接再利用惜纸，就出現(xiàn)了這樣的問(wèn)題叶撒。生產(chǎn)線的使用使生產(chǎn)過(guò)程的操作性提高了，但帶來(lái)的問(wèn)題是鑄件不合格率提高了耐版。（回收物的數(shù)量增加了祠够。）
一压汪、提取技術(shù)矛盾：
想要提高的技術(shù)特性是鑄造的操作性，而隨之帶來(lái)的問(wèn)題是回收物的量增大了古瓤。
二止剖、技術(shù)矛盾的兩方面抽象為軟件分析需要的技術(shù)特性
有利特性： 33 Ease of operation 操作性
不利特性： 1 Weight of moving object 運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量
三、技術(shù)矛盾矩陣中得到相應(yīng)的創(chuàng)新原理
由第33行第1列得到創(chuàng)新原理25落君、2穿香、13、15绎速。
四皮获、分析得到的創(chuàng)新原理，找到適用于本問(wèn)題的解決方案, 在解決本問(wèn)題過(guò)程中抠衬，應(yīng)用原理25 13 15
原理25 自助機(jī)能
A 讓物體具有自補(bǔ)充裸岁、自恢復(fù)功能
B 靈活運(yùn)用剩余的材料及能量
分析：本原理啟發(fā)使用生產(chǎn)線本身產(chǎn)生的能量作為除沙裝置的動(dòng)力來(lái)源。在升降機(jī)上增加吸塵裝置锹肾，使升降機(jī)具備除砂功能郊啄，同時(shí)將熔液散發(fā)的熱能轉(zhuǎn)化為電能， 為升降機(jī)和洗塵裝置提供能源奥泛。
原理 13 “The other way round” 逆問(wèn)題
A 用相反的動(dòng)作代替要求指定的動(dòng)作
B 讓物體可動(dòng)部分不動(dòng)寄菲，不動(dòng)部分可動(dòng)
分析：根據(jù)原理提示，可以將“把沙粒從原料中去除”的思路改為“把原料從沙粒中去除”虫弓，將回收過(guò)程改為：升降機(jī)卸載時(shí)先將沙粒與回收物分離起胡，再將已去除沙粒的原料卸下，而沙粒被留在升降機(jī)里繼續(xù)傳送赂裁。可以通過(guò)在回收物上先蓋一個(gè)帶有大量小孔的篩形蓋子媚哪，篩掉沙粒后烛许，小孔可以自動(dòng)封閉，翻轉(zhuǎn)回收裝置耙厚，回收物落下而沙粒被保留在篩子中間强挫。
原理15 動(dòng)態(tài)性
A 將物體分割成既可變化又可相互配合的數(shù)個(gè)構(gòu)成要素
分析：承接上個(gè)原理應(yīng)用雙層裝置，第一層是帶有大量小孔的篩形面薛躬，第二層為一般平面俯渤，形成類(lèi)似箱體結(jié)構(gòu)；并加上一個(gè)滑動(dòng)裝置型宝，在沙粒排除后八匠，滑片滑動(dòng)擋住小孔，再次翻轉(zhuǎn)卸載原料時(shí)趴酣，沙粒被保留在兩層之間并被吸塵裝置吸收梨树。（如圖）
圖5 雙層篩砂裝置
分析發(fā)現(xiàn)坑夯，在鑄鐵熔化時(shí)，操作人員在感應(yīng)電爐里還加入了催化劑（鎂）抡四，它在澆鑄時(shí)緊貼砂型析出柜蜈，用途是使鑄件表面光潔度高，便于深加工指巡。但也使一些沙粒粘附在鑄件表面造成廢件淑履，原因是沙粒與催化劑（鎂）之間有較強(qiáng)的粘附力。
一溜屡、提取技術(shù)矛盾：
想要提高的技術(shù)特性是鑄件表面的光潔度蹂曾，而帶來(lái)的問(wèn)題是增加了沙粒與鑄件之間力的強(qiáng)度。
二宠佩、技術(shù)矛盾的兩方面抽象為軟件分析需要的技術(shù)特性
有利特性： 18 Brightness 亮度
不利特性： 14 Strength 強(qiáng)度
三边饿、技術(shù)矛盾矩陣中得到相應(yīng)的創(chuàng)新原理
由第18行第14列得到創(chuàng)新原理35、19
四蚀抄、分析得到的創(chuàng)新原理值舀，找到適用于本問(wèn)題的解決方案 , 在解決本問(wèn)題過(guò)程中，應(yīng)用原理35 19
原理35 物體的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)的變化
A 改變物體的物理狀態(tài)
B 改變物體的凝聚度
分析：通過(guò)將鑄件浸入適當(dāng)濃度的酸性或堿性溶液牌盖，使粘附于鑄件上的沙粒脫落裙澎。這項(xiàng)工作安排在分離鑄件時(shí)同時(shí)進(jìn)行，從而不必花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間吧郑。
原理19 周期性動(dòng)作
A 將連續(xù)動(dòng)作改為周期性動(dòng)作
B 已是周期性的動(dòng)作艘彭，改變其頻率
分析：作為輔助上一過(guò)程的工作，經(jīng)清洗液處理過(guò)的回收物通過(guò)震蕩脫落颗蝶，這一工作在輸送過(guò)程中進(jìn)行跟狱。同非粘附性沙粒一同被排除。
圖6雙層篩子與吸塵裝置
通過(guò)以上分析户魏，整個(gè)改進(jìn)可以表述為在鑄件分離時(shí)將其浸入適當(dāng)濃度（不損傷鑄件）的酸性溶液中驶臊，使所有粘附性沙粒脫落。然后回收物通過(guò)一個(gè)升降機(jī)輸送過(guò)程中利用雙層篩形裝置通過(guò)翻轉(zhuǎn)使沙粒落入裝置兩層之間叼丑，分別處理原料和沙粒关翎。為防止經(jīng)過(guò)這一過(guò)程后仍不能完全去除所有沙粒，實(shí)際應(yīng)用中又在裝料斗上裝置了篩沙層（部分位置打孔如圖）鸠信，確保了改進(jìn)效果纵寝。
圖7 改進(jìn)后生產(chǎn)示意圖
圖8 裝料斗的改進(jìn)
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