摘要：根据企业产品创新的迫切需要,以实现产品设计创新为目的,系统地研究了基于TRIZ效应理论机电产品原理方案的产生过程。介绍了TRIZ效应理论的一些基本内容,总结了在解决实际工程问题中应用TRIZ效应理论的方法和步骤。通过利用TRIZ效应理论对注塑机注射机构存在的问题进行分析,提出了提高注塑机能耗效率和可靠性的创新性方法,验证了理论的可行性。
关键词：创新设计；注塑机；技术冲突；注射机构；成型工艺
0引言
为了克服传统设计方法在解决工程设计问题的不足，将发明问题解决理论(TＲIZ)引入注塑机的机构及注射成型工艺创新设计中。在分析注塑机实际生产运行情况中所存在问题的基础上，采用TＲIZ创新理论分析方法，确定了技术冲突，应用冲突矩阵表得到解决问题的发明原理，并运用TＲIZ理论的发明原理所提供的思路与线索，对注塑机的注射机构、液压系统及模具加热工艺进行了创新设计。充分表明了TＲIZ理论在产品概念设计中的有效性及合理性，以及应用于工程设计领域进行创新设计的可行性和高效性。
1 TＲIZ理论
TＲIZ理论是以各学科领域知识为基础的最具代表性［1－2］的产品创新设计理论，是通过对世界专利库中近250万件发明专利的分析，总结出人类解决技术难题进行发明创造所遵循的理论和方法，能为设计师解决问题指明方向，给出创造性方案的产品创新问题解决方法学。TＲIZ理论是一种建立在技术系统演变规律基础上的问题解决系统，由技术系统演变的8个模式、39个通用工程参数、40条发明原理、冲突解决矩阵、76个标准解、发明问题解决算法(AＲIZ)及工程知识效应库等构成的理论与方法体系。产品进化及更新换代的实质就是不断地发现并不断合理有效地解决产品冲突的过程。因此，利用TＲIZ的冲突矩阵及发明原理解决产品设计中的冲突，将推动产品向理想化方向进化。
2应用实例
2.1问题分析
注射成型机也称注塑机，是将热塑性塑料或热固性塑料利用成型模具制成各种所需形状，且能保持原有材料性能的塑料制品的成型设备。注射装置、液压传动系统是注塑机的心脏。其中，注射装置由塑化装置、料斗、计量装置、螺杆传动装置、注塑油缸等组成。液压传动系统主要由液压泵、液压阀、流量阀、压力阀等部件组成。普通液压式注射系统通过对注塑机在实际生产中的运行情况调查发现，注塑机液压系统、注射机构及模具温度控制工艺目前存在如下问题:(1)由于成型工艺及不同生产工序的需要，注塑机在工作过程中要求的流量和压力往往存在差异，并且经常变化，一般采用若干定量泵(双泵供油)和节流阀的不同组合方式来调节流量，同时由多个远程调节阀并联来控制压力，以满足生产工艺，但对于输出功率，定量泵及调节阀却不可调节。因此，导致了系统组成元件较多，能量利用率低(能量利用不合理及能量泄漏)，系统发热较大，通常需要设置冷却系统;同时，在压力与速度变换过程中产生极大的冲击和振动，造成较大的机械磨损及噪声，使系统寿命缩短，稳定性及生产效率差。(2)在注射成型工艺中，模具温度是影响制品成型过程和制品质量的重要工艺参数，合理且分布均匀的模具温度将直接影响塑料在模腔内硬化的速度、注射制品的表面及内在质量、生产效率等。目前，许多注塑机的模具加热及温度控制工艺尚达不到要求，在对压印模的温度提升方面，效果依旧很不理想，并且产品生产效率低下。模具温度的不合理致使制件的成型周期较长，模具的复原性较差，生产效率低下，尤其对具有局部凹陷特征及复杂的薄壁制品复原性的提高方面具有很大的局限性，对于微特征孔洞的填充效果方面效果较差等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2冲突的确定及问题求解
对问题(1)进行分析，由于注塑机的定量泵和节流阀不可调节注塑机的输出功率，因此导致了多余的能量在挡板、油路中泄漏，造成油温过高。同时由于系统元件较多，能量利用不合理，各种阀的磨损及机械寿命缩短等不良现象;滤油器和管路阻碍液压油流动及泄漏较大，使系统能耗利用效率较低。所以，应改善零部件磨损，能量损失、高能耗、低效率等，但将导致系统的复杂性增强，因此存在着改善物质与能量损失与系统复杂性增强的技术冲突。将问题泛化为改进的工程参数“物质损失”及恶化工程的参数“系统的复杂性”。通过对冲突矩阵表的查询，可得到解决这一冲突问题对应的发明原理。
由“28机械系统替代原理”得到方案的原理启示为:进行系统裁减与替代。应用高压空气直接推动熔融塑料的注射系统替代原有应用液压传动装置及注射油缸的注射机构。原理为:应用电器柜对线圈中电压与电流的大小及方向进行控制，当线圈中的电流发生变化时，将在线圈内部产生不同大小与方向的磁场。电磁换向阀根据磁场的变化，在规定的时间内完成接通和断开，进而，系统根据注塑工艺及生产工序的要求，控制高压气体以足够的压力推动一定量的熔融塑料，快速填充到模具型腔中，并对型腔中的熔融塑料进行保压与定型。
对问题(2)进行分析，较高的模具温度可以使熔体容易充满型腔，降低注射压力，提高产品的表面质量和注射周期，避免塑料过早冷却，熔接缝融合不良等。但模具温度过高将导致熔体的黏度变低，制品出现毛边、缩痕、脱模困难、冷却时间延长等，使产品表面质量降低、注射周期增长，生产效率降低。因此，应缩短产品的注射周期，提高产品的生产效率。同时，也应消除制品的表面质量及制品的形变等不良特性及系统结构复杂性。因而，模具温度是注射成型工艺中的一对冲突。即存在着产品的生产率与表面及外形质量提高与模具的结构复杂性增强等之间的冲突。进行问题标准化处理，选用改善的工程参数“生产率”，恶化的工程参数“装置的复杂性”及“制造精度”。
原理“10预操作原理”及“28机械系统替代原理”对解决问题具有可行性。由原理10得到的启示为:在填充前对模具型腔进行预加热，将模具型腔加热到一定温度。由原理28得到的启示为:采用高光注射工艺，选用红外线加热。这样可均匀全面的进行加热，同时也可对极小区域局部加热，并且具有加热温度高、速度快、温度容易控制、节省能源、无噪声和灰尘污染，可极大地缩短成型周期，改善填充性能，提高制品的表面及内在质量等优点。
3结论
在产品的创新设计过程中，使用常规的方法往往无法解决，而TＲIZ理论是基于逻辑的高层次的产品创新设计方法，可以帮助设计者克服心理惯性和已有的传统概念，消除冲突，快速高效地得到创新的解决方案。增加了决策方案的科学性及方案的合理性，同时也降低了设计的盲目性。在TＲIZ理论的指导下，成功地运用TＲIZ中的冲突矩阵及发明原理进行了产品创新设计。应用高压空气直接推动熔融流体的注射方式替代原有液压驱动的注射系统;应用高光注射技术及采用红外线辐射加热。经过实验证明，创新设计后的系统的生产效率、产品的表面及内在质量得到了质的提高;系统的可靠性、系统复杂性、环境污染、噪声及工作性能不稳定等不良特征从根本上得到了改善与提高。
参考文献:
[1]卢希美，张付英，张青青．基于TＲIZ理论和功能分析的产品创新设计[J]．机械设计与制造，2010，(12):255－257．
[2]王兴天．注塑技术与注塑机[M]．北京:化学工业出版社，2005．
[3]李吉泉，潘柏松，姜少飞．基于TＲIZ理论的注射成型工艺创新设计[J]．模具工业，2010，36(8).
论文作者:吴振波
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/20
标签：系统论文; 注塑机论文; 理论论文; 模具论文; 冲突论文; 原理论文; 产品论文; 《基层建设》2017年5期论文;