（1 中车齐齐哈尔车辆有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161002; 2 哈尔滨特利智技术咨询有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

摘  要：摇枕、侧架是铁路货车的核心部件，均为铸钢材质，以铸造方式生产。在砂芯分段部位容易产生铸造缺陷或形成潜在裂纹源，严重影响铁路货运安全。本文在分析问题产生原因基础上，采用TRIZ理论矛盾分析方法，提出了7项解决方案，最终采取整体芯的铸造工艺，解决了产品裂纹问题。并利用最终理想解和资源分析，优化了工艺过程，取得良好的效果。

关键词：技术 创新方法 推广与应用 实践

一 项目概要
      转向架作为铁路货车的重要组成部分，起着承载、牵引、走行和制动等重要作用，是决定货车运行安全及动力学性能最为关键的组成部分。其中，摇枕、侧架是转向架中的核心部件，产品质量和性能直接影响铁路货运安全。
      摇枕、侧架均为铸钢材质，以铸造方式生产。由于内腔结构十分复杂，铸造时需要在铸型型腔中安置砂芯以形成内腔。生产工艺均为组芯工艺，以侧架为例，砂芯共分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ六段，每一段采用单独的芯盒进行填砂制芯。这种方式的优点在于，工艺比较简单，便于手工操作，但存在以下难以克服的缺陷，砂芯分段部位容易产生铸造缺陷或形成潜在裂纹源。严重影响货车运行安全，无法适应铁路运输不断向高速重载发展的需要。

图 1 侧架砂芯示意图

二 原因分析
      1、这些砂芯的分段位置处于产品重要受力部位或该部位的边缘，由于操作不当或工装磨损等，将会导致铸件出现披缝，在铸造应力或疲劳应力作用下，在该部位产生铸造缺陷或断裂；
      2、采用手工操作，存在人为的因素，易出现砂芯分段定位不准的问题；
      3、由于砂芯分段均处于产品内腔，在生产过程中不易发现，在产品运用过程中易在这些缺陷位置发生断裂。

图 2 侧架实物解剖图

三 抽象模型及矛盾分析

      组芯工艺抽象模型如下：

图 3 组芯工艺抽象模型

      （一）技术矛盾的描述
       技术矛盾1：如果砂芯是分为N段，那么可以保证铸型要有一定的退让性，但是会使铸件形成横向（径向）披缝。
      技术矛盾2：如果砂芯制成整体的，那么铸件不会形成横向（径向）披缝，但是铸型要有一定的退让性。
      技术矛盾1是要解决的问题，即：保证铸型要有一定的退让性与使铸件形成横向（径向）披缝，构成了技术矛盾。
      对应的工程参数为：动物体积7与内部有害因素31
      根据阿奇舒勒经典矛盾矩阵得到创新原理：17空间维数变化原理、2抽取原理、40复合材料原理、1分割原理。

      方案1.把砂芯由径向的直线分割，改为曲线分割：

图 4 砂芯曲线分割示意图

      由于铸件在凝固过程中有收缩性，所以铸型要有一定的退让性，砂芯被分成了N个部分，这也就形成了目前的分段组芯工艺。

图 5 砂芯轴向分割示意图

      方案2具有很好的可行性：由于最大载荷作用在铸件的径向上，如果铸件在径向上存在披缝，会严重降低其载荷强度。如果砂芯在轴向上进行分割，分为上下两部分，即使铸件在轴向形成两条披缝，由于轴向载荷小，径向没有缺陷，就大大提高了铸件的疲劳寿命。砂芯的上下两部分粘接面积比径向面积大得多，增加砂芯组合的稳定性。
       2-抽取原理：
      方案3：去除现有组芯工艺流程手工操作工序，用精确的工装取而代之，保证砂芯组合的准确性，剔除人为的不确定性。
      方案4：保留砂芯的退让性这一特性，在结构上仍然可以考虑组合砂芯，或掺入能保证具有退让性的物质。
       40-复合材料原理：
      方案5：在砂芯中掺入能保证具有退让性的物质。
       1-分割原理：
      方案6：改变砂芯的分割程度，重新考虑分割，参考方案1。
      （二）物理矛盾的描述：
      通过技术矛盾1与技术矛盾2的描述，物理矛盾是：砂芯应该分为N段，以满足铸型具有一定的退让性；砂芯要制成整体的，以满足铸件不形成披缝。
      应用整体与部分分离方法：
      方案7：整体是一个整体芯，局部是分成上下两个部分。既满足对整体形状和工艺的要求，又适合手工搬运。

图 6 砂芯上下分割示意图

四 方案分析与优化
      综合以上7个方案，改变目前的砂芯制作工艺，变横向分割，为纵向分割，具体方案如同所示：

图 7 侧架整体芯结构图

图 8 摇枕整体芯砂芯结构图

      在上述方案中由于把砂芯分为上下两部分，较现有的组芯工艺分为多段，体积与重量都大为增加，使手工组合与粘和更加困难，需要进一步解决砂芯的组合与粘和问题。
      在组芯工艺流程中，是手工作业，利用胶粘和砂芯，在粘和过程中，出现了很多工艺问题，造成缺陷，为此，需要进一步考虑工艺的优化问题，利用最终理想解的创新思维实现突破：
      最终理想解提示对系统做最小的改进，实现技术创新：保持原系统的优点，克服原系统的不足，不造成系统复杂，不形成新的缺陷。
      为此，可以考虑彻底改变现有组芯工艺流程中用胶手工组模工艺环节，其最终理想解为：利用系统内部资源，来实现砂芯自我粘和，克服手工组模带来的强度大、质量不可靠等不足，简化工艺流程，不形成新的工艺缺陷。
      关键技术为砂芯自我粘和，对系统进行资源分析如下：