汽车转向节的铸造问题

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1、汽车转向节的铸造问题

2、第1应用背景：汽车转向节是连接汽车方向盘与前轮轮轴的部件，并与减震器相连。它主要有三部分功能：1、与前轮轴相连接，承担轴传来的力和力矩，2、汽车转向的转动部件，3、吸收汽车行进过程中的震荡。它是汽车中应力最为集中、最为复杂的零件，直接关系到汽车的安全性能，因此它的设计标准十分严格，制造过程和产品测试都要求符合规范。图1转向节图26位置为转向节目前转向节是由球墨铸铁为主要原料铸造而成，并加入碳、硅等元素，在微观结构上在铁原子之间形成碳或硅小颗粒以加强合金钢的延展性（韧性），宏观上提高零件的抗拉强度和疲劳强度。而且碳、硅元素的含量要求适当，过多会使合金变脆而导致强

3、度下降。图3转向节应力分析图　　2001年大众汽车（墨西哥）公司引进一套转向节铸造生产线，主要步骤是在感应电炉中在1400℃高温下熔化铸铁，以镁作催化剂混合适量沙粒（硅）产生反应形成熔液浇注入砂型中，冷却后打破砂型对铸件进行检测，进一步机械加工最终成品。生产线将型砂经传送带回收处理循环利用，熔渣与不合格铸件同样用升降机回收作为原料再次放入电炉。生产初期，应用此生产线使生产效率得以大幅提高，但同时也产生了铸件废品率（主要为缩型）也大幅提高的问题，经研究发现是由于熔液中沙粒含量超标（使熔液流动性差）造成的。导致生产成本升高以及效率下降。图4生产线示意图有何经济效益和社会效益：应用TRI

4、Z理论对问题进行分析和创新后，在对生产线稍加改造后，问题得以有效解决，产品不合格率由大于10%降到低于3%，同时不增加任何额外投入，在生产成本不变的情况下，简化了生产线，缩短了生产周期。问题描述：使用生产线后，整个铸造过程的操作性提高了，但相应的也产生了铸件废品率增加了。研究发现，问题的产生是由于感应电炉中的熔液的沙粒含量超标，导致熔液流动性差造成的。若提高熔液温度，可以是问题好转，但会给设备和人员带来危害。由此产生的技术矛盾为：为提高熔液的适应性和由此带来的温度提高之间的矛盾。解决思路和关键步骤：1、分析沙质含量超标问题一、将具体生产中待解决问题的技术矛盾提取出来由于问题的关键是

5、熔液中沙质含量过高，使熔液的流动性变差，浇铸时容易产生缩型，废件率升高。在这种情况下，若要使熔液的流动性合乎标准，就要再升高熔液的温度，但是，升高温度对设备和人员都会造成损伤，显然这对于生产是很不利的。因此，想要提高的技术特性是熔液的适应性，而由此带来的问题是温度会升高。二、将技术矛盾的两方面抽象为软件分析需要的技术特性有利特性：35Adaptability适应性，通用性不利特性：17Temperature温度三、技术矛盾矩阵中得到相应的创新原理对应第35行第17列得到四个创新原理：2、27、3、35。四、据提供的创新原理分析问题，找到解决方案，在解决本问题过程中，应用原理3。原理

6、3Localquality局部质量A将均匀的物体结构、外部环境或作用改为不均匀的；B让物体的不同部分各具不同功能；C让物体的各部分处于各自动作的最佳状态。分析：根据这个原理想到：如果能改变有害物（沙粒）的位置，不让过量的沙粒进入熔炉应该是最好的解决办法。研究发现，过量沙粒是由于回收熔渣和废件过程中，混入了大量的沙粒（来自打破的砂型），再利用时，这些附着在表面的沙粒溶入了铸液中。如果在熔渣、不合格铸件的回收过程中去除沙粒，不使其进入再次生产，就可以避开熔液的升高温度问题。实际该公司也是基于此方法解决问题的。而由此又引出另外的新问题：由于回收物夹带的沙粒分两类，粘附性和非粘附性，应分别

7、考虑予以解决。2、分析非粘附性沙粒消除问题分析生产线产生的问题可以发现，未使用此生产线时，对于废件不直接回收放入电炉，没有沙粒含量超标的问题；使用生产线之后，废件随传送带回收不经处理直接再利用，就出现了这样的问题。生产线的使用使生产过程的操作性提高了，但带来的问题是铸件不合格率提高了。（回收物的数量增加了。）一、提取技术矛盾：想要提高的技术特性是铸造的操作性，而随之带来的问题是回收物的量增大了。二、技术矛盾的两方面抽象为软件分析需要的技术特性有利特性：33Easeofoperation操作流程的方便性不利特性：1ovingobject运动物体的重量