基于riz原理的粘结式蜂窝纸浆生产工艺分析

基于riz原理的粘结式蜂窝纸浆生产工艺分析

0新型驳岸材料蜂窝纸是根据蜂窝结构制作的纸。以最低的材料消耗为基础，得到最大的体积、强度、刚度和缓冲技术。它具有承重量大、弹性好、重量轻、成本低等特点。这是一种高质量的木材材料。蜂窝纸和建筑材料的应用得到了广泛的应用。作为煤矿斜井防跑车装置的一次性缓冲吸能材料,蜂窝纸板也具有较好的应用前景。1发明问题解决理论1.1triz复合材料专利简介发明问题解决理论简称TRIZ理论,TRIZ为俄文TeoriyaResheniyaIzobretatelskikhZadatch的发音缩写,英文译为TheoryofInventiveProblemSolving(TIPS)。TRIZ理论是1946年由前苏联发明家G.S.Altshuller在1946年创立的。Altshuller通过分析大量专利后发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样,都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡,是有规律可循的。在分析研究世界各国250万件专利的基础上提出的基于知识的、面向人的发明问题解决系统化方法学。TRIZ认为技术创新不是一时灵感的出现,而是遵循一定的客观规律。TRIZ就是通过工具和方法来寻找技术创新规律的理论。1.2triz方法指导思想的转化TRIZ理论中问题解决工具可以分成2组:(1)分析工具—定义与描述问题,辅助问题的分析过程,它包括:ARIZ、物质-场分析法、理想解等。(2)知识库工具—来源于人类创新经验知识的积累与整理,可提供最高水平的问题解决方法,它包括:产品的技术进化模式、40条发明原理、11个分离原理、76个标准解、典型创新实例、效应等。图1描述了TRIZ方法的解题流程,利用TRIZ方法解决设计问题时,设计人员首先要将待设计的产品,也就是特定问题表达成为TRIZ问题,然后利用TRIZ方法中的工具求出TRIZ问题的一般解,再结合待设计产品的结构和特点,得出特定解。尽管TRIZ方法还处于发展之中,但其成熟部分已成功地解决了设计中的很多难题,成为国际设计理论界公认的著名学派。2式蜂窝平板生产机和工艺分析2.1纸芯的组成粘贴式蜂窝纸板的结构如图2所示,由面纸、胶粘剂和纸芯组成,纸芯呈蜂窝状,由数层芯纸按一定规律粘贴而成。面纸为等厚各向同性纸板组成,形成蜂窝夹层纸板,主要承载应力、弯矩和扭矩,纸芯则形成蜂窝夹芯,主要承载剪应力。2.2复合层结构的建立粘贴式蜂窝纸芯的成型主要是通过芯纸的错位上胶,如图3所示。各层芯纸之间通过按一定规律性的错位上胶,形成节距为4L、上胶宽度为λL的交替粘接复合层结构,将此交替粘接复合层沿垂直于纸面方向拉伸,即可逐步形成蜂窝状结构。2.3制备回归模型的纸芯成型工艺制芯是粘贴式蜂窝纸板生产工艺的关键工艺步骤,其生产设备为关键设备。蜂窝纸芯成型工艺主要是制芯,其制芯方法有缠绕式(卷八角)和叠层式2种。(1)缠绕式纸芯成型工艺缠绕式制芯工艺如图4所示,用2卷芯纸,其中一卷经横向涂胶装置两面错位涂胶,再通过八角滚筒缠绕卷曲,卷至60~120mm,烘干后裁切成8块,即制成蜂窝纸芯板。根据用户及使用要求,将蜂窝纸芯板再裁切成一定长度的蜂窝纸芯条,即完成了制芯过程。缠绕式纸芯成型工艺存在损耗大,卷八角裁切成8块后,被裁去的边角料占10%左右,切断刀具磨损大,切断比较困难等缺点。缠绕式制芯工艺,采用了纵向错位涂胶方法,其工艺原理如图5所示。(2)叠层式纸芯成型工艺叠层式纸芯成型工艺如图6所示,用2卷芯纸,其每卷纸单面横向涂胶,2卷纸之间横向错位粘合,横向切断后再吸附转移叠层,最后压实烘干即制成蜂窝纸芯板。叠层式纸芯成型工艺存在胶线节距积累误差问题,可能引起胶线之间相互错位不准确,容易造成蜂窝结构不均匀等缺点。叠层式制芯工艺采用了横向错位涂胶方法,其工艺原理如图7所示。3基于triz的友好蜂窝纸制成工艺的创新设计在对缠绕式、叠层式纸芯成型工艺分析的基础上,应用TRIZ理论对存在的问题加以分析,提出可行的解决方案。3.1起步性实验研究产品处于进化之中,进化的过程就是产品由低级向高级演化的过程,如果一个产品(或系统)具有低成本、高性能、高可靠性、无污染等特性时,该产品就处在理想状态,使产品处在理想状态的特定解称为理想解。TRIZ中理想化是一种强有力的工具,在创新过程中起着重要作用。理想解描述问题解决后的状况,它面对的是功能的需求,而不是过程或装置。阐明理想解可在第1时间找到正确的解决问题的方法。确定蜂窝纸板成型工艺特定解的理想化水平,采用式(1),即式中∑UF———有用功能之和;∑HF———有害功能之和。蜂窝纸板成型工艺理想解参数如下:∑UFA.工艺损耗小,避免切除废边(层叠制芯);B.可生产任意宽度的纸板(层叠制芯):C.胶线错位准确,蜂窝纸芯边长均匀(缠绕制芯);D.有利于提高抗压强度(缠绕制芯)。∑HFa.胶线之间相互错位不准确,这样便容易使蜂窝结构不均匀(层叠制芯);b.但工艺损耗大(缠绕制芯);c.切断过程中负荷高,刀具磨损大(缠绕制芯)。成型工艺的理想解可以描述为:即要像横向涂胶工艺以保证可以生产出任意宽度的产品,以提高原材料的利用率,又要像纵向涂胶工艺获得准确的胶线错位、均匀的蜂窝纸芯边长,改善蜂窝结构不均匀,以提高产品质量。3.2横向和纵向涂胶工艺基于理想解的描述应该尽可能的保留有用功能,消除有害功能。采用层叠式制芯可以消除有害功能b和c,但有用功能中的B和C存在冲突。保留有用功能C可以消除有害功能a,但会失去有用功能B。(1)构建冲突(1)技术冲突在使胶线错位准确,蜂窝纸芯边长均匀的同时,又不希望失去可生产任意宽度的纸板的有用功能。其中有用功能B和C分别是由横向涂胶和纵向涂胶工艺产生的,而有害功能a也是由横向涂胶工艺引起的。横向、纵向涂胶工艺的不同源于涂胶辊的结构。(2)物理冲突为了获得有用功B,应采用与芯纸幅宽平行方向进行的横向涂胶方式;为了获得有用功能C和消除有害功能a,应采用与芯纸幅宽垂直方向进行的纵向涂胶方式。胶线既应该横又应该纵,产生了物理冲突。(3)希望改进的特性胶线位置的可靠性;(4)导致负面影响特性蜂窝纸板的幅宽。(2)由冲突矩阵查出发明原理,如表1所示。由冲突矩阵查出推荐的发明原理:No.15—动态化、No.9—预加反作用、No.14—曲面化、No.4—不对称。(3)一般解的确定通过对比分析后决定采用发明原理No.14—曲面化、No.4—不对称,也就是通过改变蜂窝纸芯成型机构的形状和结构的方法解决冲突。3.3活性螺旋式纸芯的制作原理4—不对称,提供了解决问题的一个方向:涂胶辊与芯纸运动方向呈一定角度,而不是垂直于芯纸运动方向。原理14—曲面化,提供了解决问题的一个方向:将涂胶辊的直线和回旋涂胶改为螺旋涂胶。建立涂胶工艺创新方案为:采用辊、球、螺旋并不对称放置,改变横、纵向涂胶辊的结构,采用有一定节距的螺旋形涂胶辊并使其与芯纸的运动方向成一定角度,使其胶线位横向,以解决上述的技术冲突。螺旋涂胶工艺如图8所示。上、下螺旋涂胶辊是完全一样的,螺距为t升角为λ,其中t=L(L为蜂窝纸芯的边长)。安装时上辊与下辊之间相互错位0.5个螺距并与芯纸的运动方向呈θ角(θ=λ)。为了保证混合螺旋涂胶机构涂出的胶线是横向的,需要涂胶辊与芯纸接触点的运动方向垂直于芯纸运动方向。使混合螺旋涂胶机构与芯纸的运动方向呈一定角度θ,如图9所示。螺旋式纸芯成型工艺如图10所示,上、下芯纸分别从芯纸卷1拉出经过支撑辊,上芯纸经过螺旋涂胶辊2双面错位上胶后,与下芯纸在纸面复合辊3的作用下加压粘合,再经切断刀4切断后,转移到平台上叠层5和压实6,最后烘干即制成蜂窝纸芯板待用。螺旋式纸芯成型工艺是单纸双面涂胶,上、下涂胶辊与芯纸的基础位置相同,而涂胶辊相同的螺距和升角保证了上、下涂胶辊所涂胶线之间的相互位置的准确性,提高了可靠性,保证了蜂窝纸板的质量,避免了现有设备的由于纸芯常常不是等边六角形,复合制板拉伸时松时紧度差别较大,甚至于还有脱胶的现象。4triz建模和技术冲突概况TRIZ理论是有效的产品创新工具,本文在对现行粘贴式蜂窝纸板成型原理和工艺中存在的问题进行分析的基础上,运用TRIZ理论,确定理想解,构建物理冲突和技术冲突,用39个工程参数中的2个描述该