朱玉濤，伍志銘，郝成罡，陳小玲，李永春，賈桂龍2，，黃 奎2，

（1.廣西廣投新材料集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530031；2.廣西容創(chuàng)新材料產(chǎn)業(yè)研究院有限公司，廣西賀州 542899；3.廣西南南鋁加工有限公司，廣西 南寧 530031；4.廣西正潤(rùn)新材料科技有限公司，廣西 賀州 542899）

隨著時(shí)代的飛速發(fā)展，鋁制產(chǎn)品的市場(chǎng)需要日益增加。相較于不銹鋼制品，鋁制品能通過(guò)陽(yáng)極氧化著色而有呈色多樣化，迎合年輕人對(duì)個(gè)性色彩的需求，受到了市場(chǎng)歡迎；相較于塑料，鋁制品優(yōu)勢(shì)顯著，除了金屬獨(dú)有的光澤及觸感所營(yíng)造出的高端氣息之外，在硬度、耐用性、散熱、可回收性等方面均更勝一籌。但由于鋁材質(zhì)很軟，在生產(chǎn)過(guò)程中，表面容易產(chǎn)生損傷缺陷，嚴(yán)重影響了外觀質(zhì)量，因而對(duì)鋁卷產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量管控提出了較高的要求。

折印是冷軋生產(chǎn)過(guò)程中比較常見(jiàn)的表面質(zhì)量缺陷，如圖1 所示，產(chǎn)生原因：帶頭部位凸起使帶材所受到的應(yīng)力超過(guò)屈服極限而發(fā)生塑性形變。表現(xiàn)為：與軋制方向垂直的橫向條紋在開(kāi)卷由卷材外圈至內(nèi)圈逐漸嚴(yán)重，出現(xiàn)周期逐漸縮短，肉眼均可見(jiàn)，嚴(yán)重部分有明顯手感。通過(guò)矯直機(jī)矯直雖然能有所減輕，但不能完全消除[1]，如圖2 所示。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)試制階段，多批次產(chǎn)品卷取后表面產(chǎn)生折印，因?yàn)橥庥^問(wèn)題導(dǎo)致無(wú)法交付客戶使用。

圖1 廣西南南鋁加工有限公司鋁卷產(chǎn)品折印情況

圖2 折印產(chǎn)生機(jī)理示意圖

TRIZ(拉丁文Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch)理論被稱作系統(tǒng)化的創(chuàng)新方法學(xué)，是目前國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的既全面又系統(tǒng)地論述解決發(fā)明創(chuàng)造、實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的新理論創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路。TRIZ 作為解決發(fā)明過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的一種非常有效的理論，其針對(duì)問(wèn)題點(diǎn)的所在進(jìn)行分析，進(jìn)而采取不同的解決方式。目前TRIZ 以實(shí)效性和可操作性得到了大力推廣和廣泛應(yīng)用。因此，為解決鋁卷產(chǎn)品的折印問(wèn)題，運(yùn)用TRIZ 理論構(gòu)建了鋁卷產(chǎn)品折印問(wèn)題的解題模型，并對(duì)折印問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)分析，以獲得理想的解決方案[2-3]。

1 系統(tǒng)分析

針對(duì)存在的問(wèn)題，需要增加功能分析模塊。通過(guò)對(duì)打底折印系統(tǒng)進(jìn)行功能分析，最終確定了打底料頭、卷曲張力2 大有害功能并進(jìn)行相應(yīng)的功能分析[4]，如圖3所示。

圖3 折印產(chǎn)生功能分析圖

為確定鋁卷產(chǎn)品折印產(chǎn)生的具體原因，對(duì)鋁卷產(chǎn)品進(jìn)行全面質(zhì)量分析，如圖4 所示。

圖4 鋁卷產(chǎn)品折印因果圖

由圖4 可知，導(dǎo)致鋁卷產(chǎn)品產(chǎn)生折印的主要原因是：（1）帶頭厚度沒(méi)有厚度過(guò)渡造成帶頭位置凸起產(chǎn)生折?。唬?）卷曲張力過(guò)大，使帶頭位置局部受力過(guò)大，產(chǎn)品淬火后比較軟，容易在帶頭位置形成變形產(chǎn)生折??；（3）打底超厚，因?yàn)閬?lái)料頭尾超厚，導(dǎo)致打底的時(shí)候打底厚度大于正常厚度，造成帶頭凸起加劇產(chǎn)生折??；（4）打底帶材端面尖角，使得帶材局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生折印。因此，要改善鋁卷產(chǎn)品的打底折印問(wèn)題，首先考慮從關(guān)鍵問(wèn)題入手，通過(guò)TRIZ 工具分析，尋求解決方案。

2 解決方案

2.1 帶頭厚度無(wú)梯度變化的解決方案

由于軋制時(shí)，料頭料尾軋制時(shí)處于失張的狀態(tài)，不能保證軋制頭料很好地形成錐形，因此無(wú)法通過(guò)軋制來(lái)保證打底帶頭厚度的梯度變化。通過(guò)物場(chǎng)分析得到解決方案：引入多層階梯式毛氈S3，將鋁卷帶頭與套筒之間的硬接觸，轉(zhuǎn)化為毛氈與帶頭之間的軟接觸，有效避免料頭凸起產(chǎn)生折印問(wèn)題，得到解決方案：在帶頭位置引入多層階梯式毛氈（S3），卷曲時(shí)將帶頭對(duì)準(zhǔn)毛氈，通過(guò)多層階梯式毛氈，使帶頭與鋁卷的接觸形成階梯式的厚度過(guò)渡，有效避免了卷曲時(shí)帶頭與鋁卷之間造成的凸起，如圖5 所示。

圖5 帶頭厚度無(wú)梯度變化解決方案

2.2 卷曲張力過(guò)大的解決方案

卷曲時(shí)必須保證一定的張力才能使卷材完成卷曲。如果卷曲張力過(guò)小，會(huì)造成卷曲錯(cuò)層、松卷等問(wèn)題，造成表面缺陷；如果卷曲張力過(guò)大，會(huì)造成粘傷等表面缺陷[5]。這是一對(duì)矛盾，通過(guò)引入TRIZ 理論中物理矛盾的問(wèn)題解決方法——空間分離的分割原理，對(duì)內(nèi)外圈的張力使用進(jìn)行分割，得到解決方案：打底時(shí)先使用小張力進(jìn)行卷曲，避免大張力下，帶頭受力過(guò)大頂?shù)戒X卷產(chǎn)生變形。當(dāng)用小張力完成助卷時(shí)，再采用正常的張力進(jìn)行卷曲，避免外圈卷曲出現(xiàn)錯(cuò)層或松卷的情況，既避免了打底帶頭局部受力過(guò)大，又保證了卷材的卷曲質(zhì)量，如圖6 所示。

圖6 卷曲張力過(guò)大解決方案

2.3 軋制頭尾超厚過(guò)多的解決方案

軋制頭尾超厚主要是因?yàn)槔滠垯C(jī)軋制時(shí)頭尾沒(méi)有張力作用，軋制力只能手動(dòng)調(diào)節(jié)，精度不高且調(diào)整緩慢，因此無(wú)法保證頭尾厚度達(dá)到所需的目標(biāo)厚度。在保證成品率的情況下，一般采用切除超厚部分的方法盡量降低頭尾料的厚度。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)使用九屏幕法進(jìn)行資源分析，找到了鋁合金卷材超系統(tǒng)-單機(jī)架自動(dòng)軋機(jī)-全自動(dòng)連軋機(jī)，從而得到解決方案。軋機(jī)的超系統(tǒng)-全自動(dòng)連軋機(jī)通過(guò)全自動(dòng)控制頭尾軋制，保證頭尾厚度達(dá)到目標(biāo)厚度；通過(guò)二級(jí)系統(tǒng)設(shè)置，將頭尾料軋至目標(biāo)厚度以下，卷曲過(guò)程避免了頭尾超厚而局部凸起繼而造成鋁卷變形成折印的情況，如圖7 所示。

圖7 打底超厚解決方案

2.4 打底帶材端面尖角的解決方案

鋁材的帶頭經(jīng)過(guò)加工剪切，成長(zhǎng)方體，而在卷曲過(guò)程中，長(zhǎng)方體的直角部位形成尖角，與外圈的帶材表面接觸，造成尖角部位應(yīng)力集中在尖上，尖角部位對(duì)卷面造成塑性變形。因此，解決的問(wèn)題變?yōu)椋喝绻龃缶砻娴挚棺冃蔚哪芰?，從技術(shù)矛盾的角度分析，改善的參數(shù)是強(qiáng)度，惡化參數(shù)是可制造性。查找矛盾矩陣得到四個(gè)對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新發(fā)明原理：3 局部質(zhì)量原理、10 預(yù)先作用原理、11 預(yù)先應(yīng)急措施原理和32 改變顏色原理。解決方案為：采用第3 個(gè)發(fā)明原理，通過(guò)優(yōu)化局部質(zhì)量，將帶頭應(yīng)力集中的尖角進(jìn)行打磨，打磨成圓弧狀，使得帶頭部分接觸受力更均勻，消除形狀而產(chǎn)生的有害因素，減輕打底應(yīng)力過(guò)于集中的問(wèn)題，如圖8 所示。

圖8 打底帶材端面尖角解決方案

3 方案評(píng)價(jià)

以上4 個(gè)方案分析了鋁卷產(chǎn)品出現(xiàn)折印缺陷的不同原因，通過(guò)物場(chǎng)模型的新物質(zhì)去除有害作用法、物理矛盾空間分離分割原理、資源分析九屏幕法、技術(shù)矛盾分析局部質(zhì)量原理等不同手段綜合解決了鋁卷產(chǎn)品的折印問(wèn)題，4 個(gè)方案彼此獨(dú)立，但可以組合并行，一起實(shí)施。

綜上所述，采用4 個(gè)方案并行的方式形成最終的解決方案，即通過(guò)物場(chǎng)模型方法得到多層階梯式毛氈，使帶頭與鋁卷間接觸形成階梯厚度過(guò)渡方案；通過(guò)物理矛盾方法得到打底時(shí)采用分段張力控制減輕打底層的受力的方案；通過(guò)資源分析方法采用全自動(dòng)控制頭尾軋制，保證整卷鋁卷厚度一致的方案；通過(guò)技術(shù)矛盾方法得到打磨帶頭應(yīng)力集中的尖角，使接觸面受力均勻的方案。多聚并行，使得鋁卷產(chǎn)品的折印問(wèn)題得到有效解決。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究應(yīng)用了TRIZ 理論作為現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的解決方法，對(duì)鋁卷產(chǎn)品的折印問(wèn)題進(jìn)行剖析分解研究，通過(guò)物理矛盾分析、資源分析、物場(chǎng)模型和技術(shù)矛盾等解題工具，有效地解決了由帶頭厚度無(wú)梯度變化、卷曲張力過(guò)大、軋制頭尾超厚過(guò)多和打底帶材端面尖角這四個(gè)造成打底折印的問(wèn)題，進(jìn)而減少了鋁卷產(chǎn)品折印的產(chǎn)生，降低了產(chǎn)品折印不良率，為解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題提供了良好的理論思路與方法。