时间:2022-01-27 18:41:08
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇材料加工技术,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
【关键词】新材料;材料加工;材料设计;科技革命;低碳经济;可持续发展
1.材料加工技术的发展历史与现状
站在人类历史发展的角度来看材料加工技术的发展,可以说至今为止已经发生了五次革命性的变化。
大约从公元前4000年开始,人类开始逐步掌握了铜的熔铸技术,从石器时代逐步过渡到青铜器时代,这是人类第一次对新材料的加工,这使得人类在工具使用方面从石器步入金属。那么,人类的生产和社会生活得到了质的提高。从公元前1350~1400年开始,青铜器时代被取代,铁器时代到来。大规模炼铁和锻造技术的出现促成了人类历史上第二次材料加工技术的产生。生产工具和武器质量进一步得到提升,生产力大幅提高,人类的生活品质得到新一轮的的飞跃。公元1500年左右,合金化材料的出现吹响了第三次材料加工技术革命的号角。在20世纪初期,合成材料技术的出现与发展引领了第四次材料加工技术革命,为近现代工业快速发展以及现代文明作出了巨大的贡献。
临近21世纪,伴随着电子信息、航天航空等高精尖技术的迅猛发展,新材料的研究与开发呈现百花齐放的态势。纳米材料、精细陶瓷材料和高温超导材料等新材料与新材料技术不断涌现。
2.材料加工技术的发展趋势与方向
2.1材料加工技术的发展趋势
“过程综合、技术综合、学科综合”是材料加工技术总体的发展趋势。过程综合含义主要分为两点,第一点指的是材料设计、制备、成形和加工一体化,各个环节关联度高;第二点指的是综合多个过程,即短流程化,比如喷射成形技术,半固态加工技术和连续铸扎技术等。技术综合是指多种学科与多种应用技术科学相结合,更多体现在计算机技术与加工技术的综合运用,以及信息技术的综合。学科综合则是指传统的三级学科之间(铸造、塑性加工、热处理和连接)的综合,与材料物理、化学和材料学等二级学科综合,与信息工程、环境工程与工程学科以外的其他一级学科的综合。其中,材料科学与工程的其他二级学科的综合的最大特点是,各个二级学科之间的界线越来越不明显,学科渗透和相互依赖性越发强烈。
2.2低碳经济环境下材料加工技术的主要发展方向
在低碳经济的新形势下,材料加工需要凭借思想创新、制度创新和技术创新等多种手段来减少能源的消耗以及减少温室气体的排放,从而使得社会经济可持续发展。
国人一谈减排二字,想到的便是可再生能源和清洁能源的使用。但实际上,减排的隐性力量源泉在于研究与开发新型材料加工技术。其中节能的建筑材料减少能耗,减少了碳排放;纳米材料减少了航空航运以及汽车运输等行业的负重,减少了高碳能源的损耗,从而达到减排的目的。当下,飞速发展的工业技术要求加工制造的产品精密化、轻量化、集成化,竞争日益激烈的市场要求产品性能高、成本低、周期短,而在低碳要求的新型环境下,材料加工被要求能耗低、污染少、走可持续发展道路。那么传统型的材料加工制造技术已经无法满足市场的需求,复合型、多功能且低碳型的材料成形加工技术正逐步取代单一的传统型。材料成形加工技术逐步综合化、多样化、柔软化、多学科化。
2.2.1现代材料成形加工技术
薄坯铸轧技术。铸造与轧制被连铸连轧巧妙结合起来,就此一项重大的技术革新在轧钢生产中产生,节能与生产连续化是其最大的优点。根据数据显示,熔化每吨钢需要消耗约2~3MW・h 的电能,钢锭与钢坯的加热能量相当于每吨消耗电能400~700kW・h,轧制每吨耗电约120~140kW・h[1]。连铸连轧技术的采用,在取消了钢锭与钢坯加热的同时,还因为去除了大直径的初轧机从而使轧制力大幅下降,使变形更加均匀。通过改良结晶技术限制,大大减少了变形量的总数,生产线也得到了大幅度的简化。
精密锻造技术。经过精锻技术的工件毛坯接近成品零件的最终形状,不需要大量加工或者不用加工即为成品,接下来的劳动剥削量少,提高效率的同时,材料与能源的损耗也被降到最低,环境污染小,是一种清洁的材料生产加工技术。伴随着精锻工件精度要求的提高,单一的冷、温、热锻的旧工艺已经无法满足要求,需要研究和开发复合成形的新工艺。复合精密锻造工艺综合冷、温、热锻工艺,对其进行组合从而共同完成一个工件的精密锻造,取长补短,这是锻造业实现节能减排的一种先进的制造技术。
德国蒂森克虏伯公司代表了世界的领先技术,他们采用的温锻/冷精整成形工艺。上海铁福传动轴公司大批量轿车等速万向节外星轮的生产,便是采用温锻/冷整形工艺,江苏太平洋精锻公司大批量齿轮等精锻件的生产,也是采用相同的方法[2]。另外,可以组合精锻和其他精密成形的工艺如精密铸造、焊接等工艺,进而提高应用范围与加工能力。如:采取精密辊锻与模锻组合工艺生产大叶片,锻件单边抛磨余量控制在0.3mm,所需锻造压力是精锻的10%~20%,设备投资是精锻的5%~10%,而且综合机械性能表现良好[3]。
2.2.2材料加工技术发展方向的展望
结构件轻量化成形。结构轻量化的实现主要有两条方法:针对材料,采用铝镁合金、钛合金和复合材料等轻质材料;针对结构,采用空心变截面、变厚度薄壁壳体等结构,不但可以节约材料,减轻质量还可以保持材料的强度与刚度适当。结构件轻量化成形不仅是为了减轻产品的质量,而且在运行过程中能有显著的节能效果。
柔性化成形。制造业的总趋势便是柔性化,这种制造方式适合产品的多变性。这是材料加工成形技术发展的大趋势,也是市场竞争的需求,在不久的将来会越来越受到重视。
虚拟制造技术。实现了从产品的设计、造型到加工过程的动态模拟、成形分析,从而对企业的生产模式和运作方式赋予了全新的概念。虚拟制造技术将改变过去只依赖经验而开展材料加工的落后状况。这标示着材料加工设计定量分析将逐步取代经验判断,进而产品开发周期、成本将大大降低,同时产品质量也得到了保证。
3.结语
科学技术迅速发展促进了材料加工技术的不断进步,促进了过程综合、技术综合、学科综合的进程。低碳经济下,可持续发展是大势所趋,而材料加工技术的可持续发展是重要一环。复合型、多功能且低碳型将逐步占领市场,材料成形加工技术将逐步综合化、多样化、多学科化。伴随着人们对环保的重视,环保材料加工技术前景光明且将不断向前发展。
【参考文献】
[1]王鑫,余心宏,叶奇.材料加工技术在低碳经济中的应用及发展[J].宇航材料工艺,2011(06).
关键词:金属材料;加工;振动;利用
引言
工业的发展离不开材料的供应,金属材料的加工对社会经济发展具有直接影响,为了更好的促进金属材料的加工,对新出现的先进加工技术和理论要进行更好的分析,这样才能够为社会的发展奠定更为坚实的基础,同时也能为现代金属材料的加工创造更为有利的条件。为了对现代技术材料的加工水平进行提升,对加工过程中应用的振动问题要进行细致的分析,进行更高层次的了解,文章从振动拉伸、振动切削、振动剪切等方面进行了分析,希望能够对金属加工进行更为深入的研究,对金属材料加工起到一定的促进作用。
1 将振动转化为应用的意义
在常规的金属材料加工过程中,振动是一种不希望出现的因素,主要是因为振动会导致金属材料的加工进度受到影响,同时对金属材料的性能也能产生一定的影响。因此,在金属材料加工过程中,对振动进行应用能够减小振动带来的影响,同时也能够对加工效率以及加工质量进行提高。很多的专家学者对金属材料加工过程中存在的振动问题进行了研究,对如何消除振动问题一直没有找到很好的解决措施,因此,在金属材料加工中对振动进行了利用,这样将之前出现的弊端转化为了优势,不仅仅对振动问题进行了解决,同时,也提高了加工质量。振动加工是指在加工材料或者是刀具加工过程中施加一定频率和振幅的振动,这样能够对被加工金属材料的变形阻力进行降低,同时,对加工质量进行改善,在金属材料加工中更加具有现实意义。在金属材料加工中将振动转化到应用方面主要有以下几方面的意义。
1.1 扩大了可加工的金属材料范围
一些金属材料的含碳量比较高,在加工过程中出现了刀具磨损比较严重的情况,导致了加工效率非常的低,而且,还有一些超硬超脆的材料,在加工过程中非常容易出现变形阻力非常大的情况,导致加工过程中出现很多的困难。在金属材料加工过程中进行振动应用,能够对材料加工的效率进行提高,同时,对加工表面的质量也能进行提升。例如,在对粘性材料进行加工时,因为是普通的加工过程,工件材料具有一定的粘附作用,这样在加工刀具的表面很容易出现积屑瘤,对加工的顺利进行有很大的影响。积屑瘤在加工过程中非常容易受力被切屑,因此导致刀具的损坏,在加工过程中对振动进行应用能够避免出现这类问题,保证加工的质量。
1.2 扩大材料加工的结构形式
在对一些复杂结构进行加工时,一些普通的加工方法存在着一定的问题,在加工过程中将振动进行应用能够有效的解决这个问题。例如,在薄壁工件加工中,普通的加工需要保证刀具的连续性,因此会导致材料的持久受力情况出现,工件在加工过程中非常容易出现变形问题。振动应用在加工中,材料间歇性受力,这样会形成一个弹性恢复的过程,使薄壁工件的加工成为了现实。
1.3 提高工件的加工质量
很多的金属材料在加工过程中非常容易出现毛刺,这样会对加工表面的质量产生很大的影响。在金属材料加工过程中对振动进行应用能够避免出现毛刺,对加工表面有明显的提高。
2 金属材料加工中的振动应用方法
2.1 振动拉伸
在金属材料加工中应用振动方法,首先进行的是振动拉伸试验,主要包括超声波振动拉伸。超声波振动拉伸的研究开始时间非常早,在拉伸金属时经常会出现拉伸力突然下降的情况,而且多种金属的试验结果也非常相似,而且,在以后的研究和应用中,对超声波技术的应用能够提高生产效率,对加工工艺进行简化,并且具有非常明显的经济价值。超声波振动在应用过程中能够降低材料的变形抗力,对产品的加工质量等都能够进行改善,因此,其在应用过程中有更大的优越性。
2.2 振动切削
振动切削是给刀具或工件以适当的方向、一定频率和振幅的振动,以改善切削效能。一类以断屑为主要目的,在进刀方向上施加低频、大振幅振动。另一类以改善加工精度和表面粗糙度、提高切削效率和效能、扩大切削加工适用范围为目的,主要采用高频、小振幅。现有结果表明,超声振动切削力可以减小到普通切削力的1/3-1/2,振动攻丝扭矩可以减小到普通攻丝扭矩的1/3-1/2,振动钻削扭矩减小到普通钻削的1/2,推力减小到1/3。在镗孔加工中采用振动切削,加工尺寸稳定形状误差小、光洁度高、废品率低,同时还解决了镜面镗床镗小孔不宜精调的缺陷,工装简单造价低廉。振动切削的试验和工业应用表明利用振动可以减小切削力和切削功率、提高加工精度、提高加工表面性质、提高产品表面质量。另外,振动的引入可以扩大切削加工的范围使一些高强度、高硬度和难成形材料的切削加工成为可能。恰当地采用振动切削还可以减小机器本身的自激振动。
2.3 振动剪切
近年来,科学技术发展的速度非常快,使得社会生产水平也在大幅度的提高,为了能够更好地满足工业生产的需求,金属材料的加工受到了广泛的关注,在金属材料加工中出现了很多的加工技术和理论,这样为社会的发展奠定了一定的坚实基础,同时也为现代的金属材料加工创造了有利的条件。振动剪切的试验工作开始的非常早,而且,因为振动的应用导致剪切力出现了明显的下降。在试验过程中发现,剪切力受到振幅的影响比较大,在振幅不断增大的情况下,剪切力会出现不断降低的现象,而且,减小振动剪切消耗的剪切功也在减小,振动的频率和剪切的速度对剪切力的影响非常小,考虑到这些因素也要对试验设备可能出现的缺陷进行综合考虑,保证生产加工的效果。
3 结束语
在金属材料加工中,振动利用是比较常见的加工手段,在金属材料加工过程中引入振动能够避免振动对加工效果造成影响,同时,也能对金属材料的加工质量和效率进行改善。振动在金属材料加工中被利用,在自身发展过程中也出现了创新,这样也就出现了更多的和振动相关的技术和理论。文章对金属材料加工中的振动利用问题进行了分析,希望能够为相关的工作人员提供必要的参考。为了能够更好的提高现代金属材料的加工水平,对金属材料加工中的振动利用问题分析力度也要进行提高,从更深的层次对振动利用问题进行了解,为金属材料的加工奠定基础。
参考文献
[1]陈瑞华,李威.试论金属材料加工中的振动利用问题[J].科技创业家,2012(23):162.
【关键词】材料成型与控制工程 材料加工 产品设计 模具制造
一、材料成型与控制工程的两大方面
随着这门技术的不断发展壮大,逐渐也形成了一套完整的理论。材料成型及空工程模具制造主要有两个方面:模具与焊接。在模具方面上也分为很多种,主要有冲压模具、塑料模具、锻造以及铸造等。其中塑料模具具体包括材料的注塑、吹塑以及吸塑等,其中注塑在工业生产中被广泛使用。而冲压模具又包括拉伸、翻边、冲孔、等。第二个方面就是焊接,焊接是一种低成本的利用高科技连接材料的工艺手法,在材料之间的连接还没有发现另外一种工艺方法比焊接更为有效,并且还能对产品带来巨大的附加值。如今,在材料成型与控制工程中焊接技术占据了很重要的地位,随着科学技术的不发展,材料成型与控制工程模具技术在焊接方面日趋成熟,在当代的工业经济中发挥着越来越重要的作用。
二、材料成型与控制工程模具制造技术的分析
(一)控制工程的加工和金属材料的成型。
1.材料的一次性成型技术
这种技术主要分为三种,一种是材料的挤压,将金属材料置于模具内对金属胚料进行加压,使之材料在一定程度上发生改变,产生变形,进而获得与模孔相一致的尺寸工件。挤压的特点是加工完成后的产品塑性好,不容易发生变形。另一种是材料的拉拔,将金属材料置于模具内对金属胚料的端部施加拉力,使之材料在一定程度上发生形变,进而获得与模孔相一致的工件。拉拔的特点材料在变形时受到的阻力比挤压小,但是对金属胚料的塑性要求相对较高。还有一种就是材料的轧制,金属材料受到旋转轧辊的压缩而发生塑性变化,进而获得具有一定形状和尺寸的工件。
2.对金属材料的二次加工
对金属材料的二次加工方法有很多种。如铸造、冲压、旋压、 焊接等方法都可以对材料进行二次成型加工。铸造就是将金属材料置于模具之中,通过其它方法对模具施加压力,使之发生形变。特点是材料的变形阻力大,可以加工相对复杂的工件,适合工厂的批量生产。冲压是金属材料在模具上受到压力机施加的压力,进而发生的塑性变化获得所需要的工件。旋压就是将金属胚料压紧在旋转的模具上并随着芯模旋转而旋转,以此来借助旋轮的离心力对金属材料施加压力使之发生塑性变化,进而获得所需要的尺寸和形状的工件。旋压的特点很突出,材料受到的工艺压力较小,适合不同尺寸的工件加工,对模具的要求也相对简单,但是生产效率比较低。最后就是焊接技术,焊接就是通过对工件的加热或施加压力,使焊接的元件更合的结合在一起。焊接又分为融化焊、压焊和钎焊三种,熔化焊是在焊接过程中,将元件接头的地方加热到融化状态,对其不断施加压力而完成焊接的方法。压焊是在焊接的过程中,对元件只施加压力进而完成的焊接的方法。钎焊是指焊接元件所采用的钎材料熔点比较低,将焊接元件加热到钎材料的熔点,充分利用液态化的钎材料的特性,焊件使材料之间充分结合在一起实现焊接的一种方法。
3.非金属材料的成型与控制工程模具加工技术
非金属的材料成型与控制技术主要有三种:
一种是挤出成型,利用旋塞和螺杆的挤压与切割的作用对固体胚料进行熔融处理通过一定的压力通过模具,待冷却之后,进而获得所需要的元件。挤压成型的特点是可以连续化的生产,提高生产效率,质量比较好、使用范围较广,设备的要求简单,企业投资少,见效快。
一种是注射成型,其原理是通过注射机将胚料加热至融化,然后利用高压将材料射入到模具型腔之内,等到冷却之后,获得所需的元件。这种技术手段具有生产效率高、速度快,可实现自动化操作,可以加工形状较为复杂的零件,适合工厂内的大量生产。
最后一种是压塑成型法,其原理是将材料助于密闭的模具之中使用加压和固化等成型方法。这种方法可以一次性加工多个工件,所生产处的工件收缩性小、不易发生形变,性能完善,但是这种方法生产周期较长,效率低。
三、对材料加工成型技术的发展趋势
(一)精确的材料成型加工技术。
如今,精确材料加工技术已经被国内外广泛应用。尤其是在汽车制造业中这种技术更被广广泛的应用。
(二)自由成型与快速的加工技术。
随着世界经济逐渐一体化,市场的竞争也在不断的加剧,产品的研发速度也逐渐受到制造商的重视,企业为了适应时代的发展要求,自由成型快速的加工技术备受人们关注。
(三)在材料加工过程中的仿真与模拟。
由于时代的不断发展变化,实验和理论的探究材料性能已经越来越跟不上市场经济的发展需求,在材料加工制作过程中采用模拟与仿真比理论与实验做的更加全面深刻,可以做一些在实验和理论方面所做不到的研究。因此,材料的加工制作的仿真与模拟技术越来越被人们所推崇。
四、结束语
随着材料成型与控制工程模具制造技术的不断发展完善,会更加有效的促进机械制造业的快速发展。技术的不断研发和更新即顺应了当今时展的需求,又促进了整个社会经济的不断发展进步。在当今时代,一个企业想要发展壮大就需要加快科学技术的研发速度,把科学技术作为企业的第一生产力。因此,材料成型工艺需要应对这种社会的主流形式,不断发展、不断创新以此来应对市场发展的需要。
参考文献:
[1]徐昌贵,朱慧,刘斌,王晶.提高机械类本科毕业设计质量的研究[J].中国科教创新导刊,2010,(05).
【关键词】空间材料;加工试验;微重力条件;发展
0.前言
空间材料科学试验,也称材料加工,其目的是在空间微重力环境下,为改善与指导地面材料生产提供出科学依据,了解重力对材料加工过程以及材料性能的影响,并且制取出有特殊性能的、地面没有办法制取的材料。
随着航空航天技术以极快的速度发展,一系列新的科学领域与空间资源不断开拓,为空间材料试验的发展开辟了新的前景。目前,空间材料科学已研究出的新材料产品具有广阔的发展前景,空间材料加工是空间工业中最具潜力的新技术领域之一,也将是新型工业中一个有着经济和技术效益的领域。作为人类最有意义的探索领域之一,空间材料加工试验研究在过去几十年的发展过程中,取得了十分显著的成就。空间材料科学研究也会随着从研究中积累的经验与教训越来越多,以及试验机会的增加,在未来取得更多的突破。本文将就我国空间材料加工试验的进展情况做概括介绍。
1.我国空间材料科学研究现状
中国的空间材料科学试验研究从1987年开始,利用返回式卫星进行微重力条件下的空间材料加工试验,研究了GaAs晶体空间熔炼生长。后多次利用我国自主研制的返回式卫星,搭载空间晶体炉,进行空间材料加工试验。研究开发出来很多空间材料的试验装置,为以后良好的发展积累了许多宝贵的研制经验。主要研究了解砷化镓单晶、碲镉汞晶体、锑化镓、锑化铟、铝铌合金、钯镍磷的生长,烧结超导材料,制备铝基碳化硅复合材料等。如,与在地面混合再与石英管浸润的镉铟样品,通过空间熔化后分离成两种成分,它们分别是镉与铟的球体,而且和石英管都不用浸润。经过空间对铝锂、锌铅、铝铅、铝铌、铝锌铋等难混合金与偏晶合金进行凝固试验,发现块状锌铅样品在空间中实现了弥散相分布。经过这些实验成果表明,中国的空间材料科学研究正稳步向前,不断迈进。
但是到目前为止,因为缺乏资源,我国的设备大部分还是溶液晶体和多工位炉的生长设备,主要进行的还是与溶液法晶体和固体熔化的生长相关的试验研究。在实验次数、设备的研究、以及开展研究的范围和深度上,我国与美国、俄国等空间大国之间还落后较大的一段差距。差距最明显的体现在我们所用的设备的适用性以及自动化程度上,这减缓了我国空间材料的科学研究向前迈进的步伐。
2.我国空间微重力下的材料加工试验
中国利用返回式卫星进行的第一次空间微重力下的材料加工试验是在1987年8月5日至10日,这是一次取得卓越成就的在空间微重力条件下的材料加工试验。这次试验一共有12个项目,其中包括砷化稼单晶的生长达到了国际先进的水平,世界第一次的Y-Ba-Cu高温超导材料试验,还有HgCdTe红外材料,Insb半导体材料和难混合金等也都取得地面上不能得到的结果。此次试脸的多用途加工炉吸收国外空间加工技术特点,构思巧妙、效果明显,开辟了空间搭载的新道路。这次试验也标志我国进入了开发、利用空间的微重力资源条件的新阶段。
微重力条件下的材料科学研究试验在国外是从60年代末到70年代初这段时间才发展起来的高新技术,美国、苏联、欧空局等几个发展较快的国家和组织也只是处于研究与探索的阶段。我国微重力条件下的科学加工试验开始于生物,然后用落塔进行流体力学方面的研究,材料科学方面的试验在1987年还是第一次。首次的试验结果出乎了人们的意料,一些项目甚至达到了世界先进的水平,如半导体所的空间砷化嫁单晶生长等,发展了空间微重力条件下的加工技术。这些成绩与各个方面的齐心协力、共同攻克难关是分不开的。
2.1空间晶体加工炉物理设计
砷化稼晶体空间加工具有很大难度。卫星总体的要求是,加工炉的平均功率是170W,而炉壳的温度为40℃,重量为11.5kg,工作时间是90min,晶体的生长速度为1-1.5cnl/h,冷却的速度为0.2-0.3℃/min,熔区长为3~4cm,砷化嫁晶体的生长要求熔化区温度是1250℃,在地面上完成这样的条件是十分困难的。我国研究解决了以下几方面的问题以完成这个首次的空间试验任务:(1)晶体生长方式的确定;(2)晶体加工炉多用途的开发;(3)炉体的热控方法。
2.2空间晶体加工炉技术保障
顺利完成空间搭载任务,要求要有全面的质量技术保障。其中包括:(1)加热技术保障;(2)热控技术保障;(3)减震和防震技术保障;(4)整星相容性和可靠性技术保障;(5)地面模拟和技术试验保障;(6)严格质量管理保障。克服各种技术障碍与技术难关,对于能够保证质量地按时完成任务是十分重要的。
3.搭载空间材料试验结果
3.1微重力下的晶体生长
经初步分析,空间首次搭载的三个晶体生长试样(砷化嫁、碲镉汞晶体和锑化锢)都生长出了所希望的单晶体。说明这次试验是成功的。
3.2微重力下的难混,偏晶合金加工
在空间制造出秘-嫁、铝-妮、铝-铅、锌-铅、铝-锉等地面上难以混和的偏晶合金,合金重熔预想的目的已经达到了,多数合金都形成了均匀混合的弥散合金。但是,因为存在温度梯度,炉内有Marallgoni对流的现象。
3.3微重力下高温超导热处理试验
测试与分析的结果表明: 地面热处理和空间热处理的对比样品,无论在形貌上还是在成份比例上均有较大的差异,空间样品晶粒较均匀。这还是世界上首次进行该项试验。
3.4微霞力下液/固,液/液界面研究
空间试验发现锢的反常润湿行为,锢在空间不浸润,在地面则是和石英管浸润的。据国外统计,空间试验的失败项目通常占总项目的25%。但据初步分析,我国首次试验项目的成功率就达到了90%,这表明我国在空间微重力下的材料加工试验取得了鼓舞人心的成绩。
4.我国空间材料加工试验的发展展望
对于材料制备,空间环境的作用十分重大。尤其是对于必须经过凝固和熔化才能够制出的半导体材料、金属、合金等,在空间环境可以制出地面不可能制造出来的新材料。因此,空间材料加工这个新的技术领域的广阔前景不可估量。空间材料科学研究也是一项投入量大、持续时间长的研究领域,它对空间研究设备以及空间的投送能力的制造水平十分依赖,反过来,它对空间探索的促进与保障作用也是十分巨大的。
虽然我国空间材料加工的研究起步较晚,但是,已经在难混偏晶合金、润湿行为与晶体生长等研究方面取得了较多成果,而且今后空间材料加工将着重于新型材料与有关物理现象的基础研究。在今后,我国的空间科学研究要充分认识到对相应的地面研究加大投入、维持高水平研究队伍的重要性,并且应该加大对空间实验设备的投入。随着我国经济的持续发展,我国的空间探索的地位将越来越重要,我国的空间飞行器技术也会不断取得重大突破。在未来一段时间内,无论从认识材料还是开发新型材料、促进国民经济和航天事业这些方面来说,空间材料科学研究对于我国都将是不可或缺的。
【参考文献】
[1]刘岩,艾飞,潘秀红,金飞,高国忠.空间材料科学实验技术总体方案构想[J].载人航天,2010,(3):19-23.
关键词:高分子材料专业;化工原理;教改实践;教学内容;教学方法
化工原理是一门综合性技术学科,主要研究化学工业生产中有关的各单元操作的基本原理、所用的典型设备结构、工艺尺寸设计和设备的选型的共性问题。它是综合运用数学、物理、化学等基础知识,分析和解决化工类型生产中各种物理过程的工程学科,主要强调工程观点、定量运算、实验技能及设计能力的培养,强调理论联系实际。由于其在培养学生工程科学及工程技术的双重教育任务中起到重要作用,目前该课程是化工类及相近专业的一门重要的技术基础课,很适合现在的“重基础宽口径”本科教育的培养理念。笔者所在校的化学工程专业、食品工程专业、制药专业、高分子材料与加工专业和生物化工专业都开设了该门课程的教学任务。
化工原理教材源自1923年美国麻省理工学院的著名教授W.H.Walker等教授发表的首部著作――Principle of Chemical Engineering。我国最早是浙江大学在1927年首建化学工程系时开设了该门课程的。自此有关化工原理课程的教学与改革工作开始深受学者们重视,目前化工原理的理论教材正式出版的已达20多个版本,同时发表的教研论文也有近600篇。然而,目前多数教材有一个普遍的特点就是偏重于引介传统的基础化工知识,对化学工程类专业的学生适应性强而缺乏与其他的教学专业间的密切联系,从而易使其他非化工类专业的学生产生教材对于他们专业适用性不强的错觉。这也导致部分的非化工类专业学生对该门课程学习兴趣不强。如果将学生的专业课程的知识融入化工课程原理的教学中,以化工原理知识在非化工类相关专业中的应用为切入点引导这类专业学生的学习兴趣是很重要的。
高分子材料与加工专业是以相对分子质量较高的化合物构成的材料包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等为研究对象研究其合成改性和加工成型等的一门科学。这有别于多数化工原理教材中引述的小分子物质如水、苯或甲苯等常规化学品的。如何将化工原理知识和高分子材料加工应用实例结合起来教学,从而提高该专业学生学习该门课程的积极性,笔者围绕着教学内容和教学方法等,在课堂上开展了一系列的教改实践与尝试,并获得了好的效果。
一、阐明高分子生产加工与化工生产间的内在联系高分子材料加工涉及的通常是高分子材料成型加工方法,化工原理课程也是海南大学(以下简称“我校”)高分子材料与工程专业的一门专业基础课。学生在初学化工原理时可能感觉与高分子加工技术相差较大,对将来专业知识没有直接帮助,学习的积极性与主动性均难以充分调动,甚至还易产生消极抵触的情绪。因此,在课程刚开始的绪论这一章的教学中在介绍什么是化学工业过程时笔者不以教材里的传统化工加工为例,而是详举高分子行业中运用化工原理知识进行材料加工处理的实例,提前介绍一些高分子材料加工的方法,拉近学生与传统化工加工技术的距离,让学生理解高分子加工的一些操作与传统化工类的操作间的异同点,以便消除同学们内心的疑惑,指明高分子材料加工专业的同学学习化工原理知识的必要性。
如天然橡胶的初加工是海南(以下简称“我省”)省的特色产业也是我校高分子材料专业的一个重要方向。从天然橡胶树上采割的胶乳经过一系列的处理得到干胶产品(如图所示)。在这个过程中干燥、浓缩、压片等操作与传统化工生产中的相关的单元操作一样,所用的基本原理相同,设备基本通用。
高分子材料如聚乙烯的合成中乙烯气体在常压常温下,加压输送合成前的加热升温操作及反应后产物的分离与传统化工专业的流体输送原理及加热原理是相同的,所用设备是相通的。二、将高分子加工工艺融入化工原理的课程教学中在高分子材料的加工中采用了大量的化工单元操作。但这些高分子加工工
制胶方法图艺在传统的化工原理教材中是看不到的。这就要求任课教师具有高分子材料加工方面的知识背景,这样可以将高分子加工工艺中运用到的化工原理的知识融入课程的教学中,学生领会到该门课程的知识在专业知识中的基础作用学习兴趣才会提高,并且在将来的工作中能有意识地提前运用化工原理的理论知识,进行企业的节能降耗等的工艺改进。
如在以动量传递理论为基础的单元操作的有关教学中,教材通常是以牛顿型流体如水、苯或甲苯等常规化学品的流体输送为例,而高分子材料专业的学生处理对象多为大分子材料,所处状态通常固体颗粒或黏稠状态,属于非牛顿型流体范畴。因此教材中的例子缺乏对高分子材料专业学生的足够吸引力,难以达到应有的示例效果。教学中我们以胶乳厂中天然浓缩胶乳的生产工艺为例,说明工艺中我们利用泵提供新鲜胶乳能量,促使其流入高速离心机中,而离心机是非均相物分离的一个单元操作。高分子量的聚异戊二烯在离心机转鼓的轴中心较远的地方富集,而小分子如水分、小分子量的聚异戊二烯在轴中心附近富集。将这两个位置的乳液分别导出就分别得到浓缩胶乳和胶清胶,并利用非牛顿型流体的阻力计算方法表明,由于胶乳的黏稠度远大于水的黏度在动力消耗上要比同等条件下输送水的动力消耗大。
鉴于在塑料或橡胶的加工生产中大量运用到了螺杆挤出机。所以在流体输送设备介绍中,笔者是以螺杆挤出机在塑料加工中的应用为例,说明螺杆挤出机的工作原理,并且介绍在塑料挤出机的料斗的颗粒进料系统中可以利用固体流态化技术,采用真空吸料或用鼓风机压料进行原料输送。
在以热量传递为理论基础的单元操作中,在介绍以导热方式进行的热传递时,笔者以未硫化胶膜在平板硫化仪内加热硫化为例进行导热说明。而以塑料在螺杆挤出机内或橡胶在炼胶机上进行塑炼时的粘流态受热为例介绍对流传热热传递方式。
在以质量传递为理论基础的单元操作中,以粉末涂料的生产为例,介绍喷雾干燥工艺。这些将高分子材料加工工艺融入化工原理的课堂教学中,拉近了材料加工与化工原理知识间的距离,提高了学生学习的兴趣,起到明显的教学改革效果。
三、以高分子材料为实验对象化工原理一般是同学们从公共基础课转向专业课学习所接触到的第一门工程性课程,亦是一门理论与实践紧密结合的技术基础课程。它的实验课教学设计至关重要,其不仅关系到整门课程教学效果的好坏,更是决定能否推进该课程素质教育的关键环节之一。
为提高高分子材料类专业同学参与化工原理实验课的学习热情,笔者在实验教学中选择高分子材料进行相关的实验 。如干燥实验中有的专业以甘蔗渣纸板为实验对象,获得有关纤维的干燥过程曲线和干燥速率曲线。而我省特色产业天然胶乳加工中有将天然胶乳干燥制备成干胶的这一操作。为了结合我校的高分子材料专业,专业实习提前将有关化工原理的知识融入到专业学习中。实验中以天然胶乳制备的湿膜片为实验材料,获得天然胶乳薄膜制品的干燥过程曲线和干燥速率曲线,为以后同学们去胶乳厂参观实习提供理论和实验依据。这一举措不仅有效激发了同学们参与实验研究的主动性,反过来也极大促进了该课程理论学习的积极性。
四、有的放矢传授教学内容,适应少学时的课程教学计划在高分子材料类专业的教学计划中,化工原理虽也多被列为必修课程,但相比化工类专业,其教学学时要少得多。因此,如何在有限的学时内,引导同学们在掌握基本化工操作知识的基础上,有的放矢地传授教学内容,引导学生自主复习,进行课外自学。如化工原理教材中有大量公式推导过程,少学时专业课的教学中不容许课堂上在公式推导中花费大量的时间,课堂教学中会简单介绍推导思路,鼓励学生课前及课后自学,重点放在有关理论的应用上。如离心泵理论扬程的方程式的推导过程,运用了前期我们学过的伯努利方程的知识和几何学中速度的矢量运算知识。在教学中要求学生课前自学,教学重点在分析、总结和对公式的理解和运用上。考虑课程特点,在蒸发等单元操作上分配课时较少,而对于膜分离这类单元操作,由于与高分子材料有密切关系,安排一定的学时学习这类单元操作的原理。这样做到有的放矢,尽可能与专业产生一定的关联,为专业知识拓宽坚实的专业基础知识。
参考文献:
[1]管国锋,赵汝溥.化工原理[M].北京:化学工业出版社,2008.
关键词:新型金属;材料成型;加工技术;分析
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.038
0 前言
现今来看,在科学技术不断发展的过程中,金属复合材料逐渐得到了广泛的应用,相对于普通金属,复合材料具有较大的优势,现今已经成为各个领域中的重要材料。并且在进行金属复合材料零件的加工与制作中,涉及到较多的成型加工技术,为了保证技术材料的质量,那么必须要采取有效措施,不断提升成型加工技术的质量。
1 新型金属材料
新型金属材料的种类比较多,其范围主要是属于合金的范围中,对于金属材料来说,主要的特点就是具有较强的延展性,同时新型金属材料的化学性能十分活泼,并且技术材料上也具有较强的光泽以及色彩[1]。目前来看,记忆合金、高温合金以及非晶态合金等材料是社会应用最为广泛的金属材料。焊接性是金属材料的一个加工特性,焊接性也是金属材料加工最为基本的一个加工特性。对于新型金属材料来说,焊接性很强,这样在进行焊接的过程中要充分保证其乜有裂缝以及气孔等,这样将会促进金属材料具有较高的焊接性,保证其导热性。其次,锻压性则是新型金属材料的另外一个特性,这也是金属成型一个重要的关键因素,金属具有的锻压性将会促进金属材料塑性的提升,从而来不断提升其性能。同时加工条件也是影响金属锻压性的性质。最后就是金属加工的锻造性,其中主要是包含了收缩性、流动性以及敏感性等特性。新型金属材料属于合金,熔点元素较高,这样将会直接导致金属流动性降低,以此来保证材料的成型加工。
2 新型金属材料成型加工技术
2.1 粉末冶金技术
粉末冶金技术是金属加工成型最早的技术,该技术能够有效进行复合材料的制造,同时具有能够对金属基复合材料中的晶须增强功能等,该方式具有较为广泛的成型加工技术[2]。粉末冶金技术主要适用于一些尺寸较小,以及形状较为粗糙的精密零件,同时粉末冶金技术的零件制造形状不是很复杂,在成型中,能够结合实际需求量来不断提升金属含量,并且在制作中其较为精密,组织也十分细密,这是其主要优势所在,并且工作效率也较高。
2.2 铸造成型技术
在进行铸造成型技术中,主要是利用有效的检验工作,这是目前来看较为成熟的铸造技术,在进行铸造过程中有效保证其设计满足基本要求。对于该方式来说具有较强的性能,主要是应用于复合材料零件的生产以及制造中,目前来看制造与加工技术逐渐趋于复杂,但是这样也将直接导致铸造成型发的之后滞后性也十分明显。另外,相关的参数以及工艺方法必须要经过不断的改革与创新,流动性的不断提升,这样将会保证溶体的粘度中的颗粒不断提升增加。并且高温度会导致材料出现化学变化。所以在进行加工中,可以采用熔模铸造、压铸以及金属型铸造等方式来避免出现以上几种情况。
2.3 机械加工铸造法
对于该方式来说,主要是利用铣、车以及钻等方式来进行金属复合材料的加工,并且在进行精加工铝基复合材料中主要是利用金刚石道具来进行成型加工。首先就是要利用铣削的方式,其中材料主要是含有15%~20%的粘结剂,局金刚石刀具以及端面铣刀,要利用切削液来进行冷去,提升铣削的颗粒。之后要利用车削的方式,同时能够结合乳化液进行有效的冷却处理。选择刀具要科学,选择硬质合金刀具。最后要利用钻削的方式,同时能利用外切削液进行有效的冷却处理[3]。
2.4 电切割技术
对于该技术来说,主要是在进行成型加工的过程中要充分结合零件的形状的负极来进行几何切割形状的选择,这样在进行材料的切割中利用正极溶剂的基本方式来进行材料的切割。在零件成型之后的残屑,对其的清洗来说则是可以利用零件以及负极之间的间隙进行清洗,传统的方式主要是放电方式,但是这种方式具有较大的缺陷,电切割技术的优势较为明显,能够在介电流中侵入移动的电极线,并且可以有效运用液体的压力进行全面的冲刷,以及利用局部的高温来对零件进行成型加工。利用电切割法进行成型加工中,对于一些非导体的复合材料则是可以根据放电的效果差来进行一定的影响。主要是由于切割速度慢以及切口粗糙等问题引起,这样就不能采用传统的切割参数。
2.5 焊接技术方式
焊接技术是成型加工中的重要方式,同时也是应用最为常见的方式之一,主要是应用于金属以及复合材料成型的构建中。焊接熔池的流动性以及粘度都会出现一些变化,这样将会在很大程度上提升增加物的影响,另外在进行成型加工中,对于金属化学反应,主要是发生在基体金属以及增强物之间,这将会对焊接的速度造成较大的影响。对其的解决主要是对其中的部件进行有效的轴对称旋转,之后就是熔化焊的基本方式。
2.6 模锻塑性成型法
对于该方式来说,主要是在镁基复合材料以及铝基础复合材料中进行有效的应用,这样成型发中主要是涉及到超速成型、模锻以及挤压等几种方式。该方式生产出的零件性能较强,并且零件的组织较为精密。但是在实际应用中还是要注意,要保证挤压温度的适应性,适当提升温度,能够提升金属材料的塑性。并且模具表面进行涂层或使用剂来改善摩擦条件,降低材料成型的困难性,提升生产的效率。
3 结语
现今科学技术不断发展,新型金属材料不断发展,其成型加工技术越加受到人们的重视度,因此必须要采用有效措施,加大研发力度,从而来开发有效的方式来提升金属材料成型加工的质量。
参考文献:
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[关键词]高等职业教育 区域经济 湖南科技职院
[中图分类号]G710 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349(2012)06-0184-02
引言
与经济和社会发展联系最为紧密的高职教育,应该发挥自身优势和特色为振兴区域经济服务。湖南高职院校作为湖南高等教育的重要组成部分,只有主动参与市场竞争,培养和提升自身的核心竞争力,才能获得生存和发展的主动权,才能彰显其市场竞争能力。本文以区域经济下的高等职业教育发展为研究对象,选取湖南科技职业学院的具体建设为例,研究高等职业教育应如何建设自身以与区域经济形成良性互动。
一、高等职业教育与区域经济的相互关系
(一)区域经济影响高等职业教育的发展
高等职业教育的办学规模、发展速度、办学质量无不受到区域经济的制约,其发展在很大程度上取决于社会经济所提供的剩余产品、自由劳动力及其劳动岗位。高等职业教育的硬软设施都要依靠社会经济的发展水平,是经济发展自身的需求。在经济落后地区,一方面硬件条件无法得到保障,另一方面,经济落后同样影响到师资水平、教学质量,影响大众及相关部门对职业教育的重视和投入。
(二)区域经济发展要以高等职业教育为持续的推动力
以培养应用型高级技术人才为目标的职业教育,是不断提高生产力的关键力量,为经济建设开发、储备大量人力资源,成为经济腾飞的不竭动力。我国在由为别人打工的制造大国向自我发展的工业大国转型的过程中,依靠技术的进步带动国家的发展是必然选择。实现从劳动力大国向技术强国的跨越,都必须依靠职业教育,培养高级技术人才。
(三)高等职业教育要适应并促进区域经济的发展
随着我国经济产业结构的持续优化升级,一方面出现了一批以高新技术为核心的新兴行业,电子、信息、新材料等,另一方面传统农业、手工业也要求实现现代化的发展模式。出现了由劳动密集型产业向技术密集型的转化,以此扩大、提高生产力,这些变化都要求大量的高素质人力资源。
二、湖南科技职业学院高分子材料加工技术专业建设
(一)专业建设背景及基础
湖南拥有中意电器、湖南神塑、时代新材、金德管业、长丰集团等678家塑料加工规模企业。此外,2009年的《湖南省轻工业振兴实施规划》已经将“塑料加工”等五大轻工产业列为重点建设行业。并在2010年,中国第一个轻工业示范产业园——“中国(湖南)轻工产业园”在湖南湘阴奠基,此工业园也已将“塑料加工”列为重点发展产业之一,预计年产值将超过1000亿。从国内、省内的行业发展情况分析可知,经济的发展及人才的缺乏为重点建设高分子材料加工技术专业提供了广阔的发展空间、产业平台和就业保障。湖南科技职院高分子材料加工技术专业于1982年开始第一次招生,2009年本专业被评定为湖南省精品专业,2010年本专业教学团队获得“省级优秀教学团队”荣誉称号,学院目前是湖南省唯一的拥有塑料行业职业技能鉴定资格单位。
(二)深化人才培养模式改革
1.深入调研,适时调整专业人才培养目标、培养方案
以积极适应省内塑料加工产业结构及技术升级需要为基础,本专业通过对省内部分规模企业的调研,针对省内行业企业人才需求变化,适时调整人才培养目标:立足湖南省塑料产业经济,培养具备现代塑料注射、挤出加工技术,塑料配混、改性及塑料测试技术,使其掌握基本的塑料二次加工技术,并注重培养学生的企业生产管理及品质控制能力、较强的团队合作、沟通交流能力,具备一定创新意识、创业能力的高素质、高级技能型专业人才。专业人才培养方案制订过程如下图所示。
2.深化“专业+公司”“三年九段、工学交替”人才培养模式的改革
为真正落实人才培养改革方案,更好地提高学生职业能力素质,学院充分利用校内实训基地的生产性塑料加工设备,将企业建在学校内,成立长沙科创塑料科技有限公司,形成“校中厂”,创造真实职业环境,实现“专业+公司”培养模式。通过在校外实训车间建立“厂中校”,改革仅仅依托校企联盟,进一步深化工学结合、工学交替的人才培养模式,逐步实施“三年九段”教学模式,完善“三年九段”教学管理体制。通过厂中校、校中厂,实现教师与企业内部领导地共同管理,实现技术开发与教学的双向互动。“三年九段、工学交替”人才培养模式如下图所示。
3.以职业核心能力为导向,构建知识、能力、素质递进的专业模块化课程体系
由于职业能力是一个由基本素质能力专业基础能力专业核心能力职业综合能力逐步形成的过程,所以在兼顾学生职业能力的拓展与终身发展能力的基础上,将工作岗位所需各项能力归纳为基本素质能力、专业基础能力、专业核心能力与职业综合能力,对课程体系进行整合与规划,建构以职业核心能力为导向,校企合作开发的,基于学生认知规律与职业发展规律、能力递进的课程体系和模块化专业课程。知识、能力与素质递进模块化课程体系如下图。
三、结语
区域经济背景下的高等职业教育的发展建设,主要是以专业建设为核心,以办学体制、人才培养模式、课程体系、质量监督体系、教师团队等方面为重点建设,既能满足社会岗位需要,又能实现劳动者价值的特色专业,使教育与经济更好地实现良性互动。而在发展高职教育建设的过程中社会各界对职业教育整体认识不足、相关部门缺乏投入等,高等职业教育的基础能力需大力加强,发展面临诸多困难。这些问题亦当引起我们的重视,使我们在学习、工作中不断地发现解决问题,使我们所做的理论研究不至于沦为纸上谈兵,而真正为现实服务。
【参考文献】
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[3]秩尚,郭齐家,余博主编.中华人民共和国职业教育法实务全书[M].北京:北京广播学院出版社,1996(6):453.
关键词 冲压机;优化设计;Deform仿真
中图分类号 TH133 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0210-02
1 精密冲压加工特点概述
目前冲压机加工技术主要有普通冲压和精密冲压两大类型。其中精密冲压是一种无切屑的加工方法,加工过程要求更高,具有精度高、横断面平整、翘曲变形少等优点。精密冲压加工所采用的模具和传统的模具有所不同,采用的是结构特殊的精冲模具,其力学原理也不一样,精密冲压加工是借助强力压边和反顶施压力,利用塑性剪切原理来实现对材料的裁切。经过精密冲压加工后的零件可以刀刀直接装备的要求,而不需要再进行切削。同时由于在精密冲压加工过程中材料的冷作硬化作用,能够间接的提高零件加工后的剪切面的强度。鉴于以上精密冲压加工的优点,这类加工技术能够有效提高加工效率,具有较好的经济效益,因此在材料加工中具有较高的使用价值,也是材料加工机械设计中的重要研究对象。
在以精密冲压机为基础的材料加工中,主要存在问题是可加工的材料厚度受到机床公称压力的限制,且由于在材料加工过程中冲头和材料之间的接触时间非常短,对材料的裁剪通常都在瞬间完成,会在这一过程中产生大量热能,零件的质量和模具寿命会因此受到影响。这是利用冲压力来进行零件加工中普遍存在的问题。而要改善这种情况,就需要解决冲压过程中热量释放的问题,这主要取决于冲压时冲头的冲压速度。本文即针对这一问题展开研究,在保证零件加工质量的前提下通过控制冲头速度来减小热量释放对零件和模具的负面影响。
2 冲压机工作原理与改进方案设计
为便于论述,本文的研究以FGL-300型冲锻复合加工机为对象展开研究。FGL-300主体为铸铁构件的框架结构,其核心部分为传动机构,通过齿轮带动摆杆的偏心作用来实现对零件的冲压加工。因此提高冲压机工作效率、减小热量释放对模具和零件的影响关键是对传动机构的运动特性进行改进,提高传统机构的合理性。
本文在研究传动机构的改进时主要考虑了两种方案。方案1:添加一个滑动副,降低冲头速度,通过伺服电机驱动丝杆正反转,则大螺母实现上下往复运动,那么与大螺母相连接的连杆就可以调节滑块速度;方案2:添加一个曲柄,构成双曲柄机构,普通电机和伺服电机分别驱动两曲柄,依靠添加的曲柄来减小冲头速度,由于驱动都为转动副,因此可以保持同方向的转动。
上述两种改进方案中,方案1需要提供较大的扭矩,且滑动副的运动距离,因此需要配合提高伺服电机的功率。而方案2中的驱动为转动副,实现起来更为方便。
3 结构参数优化设计的计算机模拟手段
在初步拟定了冲压机改良结构后,还需要对具体的设计参数进行必要的优化。传统的结构参数设计往往需要制作实物模型来进行分析验证,但随着计算机技术的进步,可以通过模拟软件来完成上述工作,能够极大的降低设计成本,同时提高设计效率。利用模拟软件来完成结构设计的基本是构建虚拟样机的计算机模型,然后改变设计参数来检验参数的变化对整体机械的性能影响,从而实现对主要设计参数的优化。本文中将采用Deform软件来完成冲压机结构改变后的力学性能分析,并对结构改良后的冲压设计参数进行优化。Deform是一款高度集成化、模块化的有限元仿真软件,它是由前处理器、模拟器、后处理器三大模块组成的,前处理器用来输入模具和坯料的材料信息、几何信息、成形条件,建立边界条件;后处理器的作用是可以将模拟结果可视化,支持OPGL图形模式,输出用户所需要的模拟结果和图片文件等;模拟器是具有集弹性、弹塑性、刚(粘)塑性、热传导等特征的有限元求解器。
4 参数优化模型定义与构建
4.1 定义设计变量
从上述两种设计方案可见设计到的主要参数之一是杆件的长度,以及杆件在初始位置的转角。这两个参数的变动可构成不同力学性能的传动机构。从本文冲压机实际需要出发,将冲压机的冲压行程控制在150mm±5mm,各设计参数分别为主要为以下4个(此节中以方案2为例案例进行阐述,各参数的标注位置如图1所示):1曲柄长度(AB);2AB杆初始位置夹角(θ1);3辅助驱动曲柄的长度(ED);4ED的初始位置夹角(θ4)。其他设计参数和尺寸标注如图2所示。
4.2 构件与设计变量之间的关联
从图1的结构概化图可见,在该冲压机构中的关键部分在于A、E、G三个节点,这三个点将决定冲压行程,利用Deform软件可通过将模型中的杆件和坐标位置相关联,其实现途径是建立关联表达式,具体方法为通过将杆件中的各节点标号用几何置和设计点进行绑定。这样的好处是只要改变了设计点的坐标和相应的长度、夹角等参数,与之对应的杆件其他参数也会随之变化,从而构建起多种不同的组合机构形式。此处以AB杆为例,可通过LOC_RELATIVE_TO函数来绑定AB杆件的起点A点,杆件的运动方向以ORI_ALONG_AXIS函数懒绑定,杆件长度以length函数来绑定,其他杆件都可以通过类似的方法来进行绑定。经过上述操作后可得到如下的模型,如图2所示。
5 冲压机传动结构的优化设计
在上述计算机建模完成的基础上,按如下步骤来完成参数的优化:1在设定各设计参数的范围;2选择某个设计参数,在拟定范围内变动,其他设计参数数值固定;3按上述方式进行各种参数的组合。通过上述步骤,可以获得传动机构在不同参数组合下的变化情况,以及在其他参数固定后某个参数变化时整个传动机构的对参数变化的敏感性。由于设计时所涉及的杆件数量较多,此处只给出ED杆件对滑块速度的软件仿真分析结果。在该机构中,杆件ED的作用是作为辅助驱动来调解滑块的运行速度。在设计时拟定杆件ED的长度变化范围为180 mm~220 mm,分别以10mm步长做调节,并记录滑块的运行速度变化情况,在此基础上绘制杆件ED长度和滑块运行速度之间的关系曲线(图略)。从该曲线可见,不同的杆件长度对滑块速度的影响程度不大,但对滑块在传动机构中的运行距离影响较大,通过分析,将滑块在机构中的有效位移控制在8 mm~12 mm之间,在干范围内选择与之对应的杆件长度范围。在获得杆件ED的范围后,再变动其他参数,从而缩小这些参数的变化范围。在对所有参数都完成了一轮范围界定后,按上述步骤进一步优化,从而获得相对固定的各参数组合值,最终获得冲压机传动机构各参数的优化组合设计值。
6 优化效果分析
经过方案对比后,选择方案2作为最终的设计方案。为便于对比,将冲压机优化前后的结果进行了对比,对比方式为模拟仿真试验,以凸模的运动速度作为主要的参考指标,将原冲压机的80 mm/s的冲压速度降为40 mm/s后进行模拟对比。模拟仿真结果表明,经过优化后,凸模冲裁力明显降低,即表明,经优化后滑块运行速度降低,这有利于延长模具的使用寿命。同时精密冲压时同样的材料最大受力单元的力与优化之前的相比有所下降,最大受力点的受力也有所降低。这表明经过优化后的冲压机较之于原设备在材料加工性能和模具保护方面都有明显的提高。由上述结果可见,将原冲压机经过改良设计后在材料加工和模具保护方面都有所改善,表明本文中所采用的优化设计方案是可行。从今后进一步研究的角度看,应更多从寻找各参数之间的理论最优解以及设计更为优良的传动结构这两个方面展开研究。
参考文献
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[2]孟彩芳,张策,陆永辉.新型混合输入式曲柄压力机械的优化设计[J].中国机械工程,2011,14(5):834-836.
关键词 镁合金;应用现状;新材料
中图分类号TG1 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2012)67-0062-02
随着科技水平的不断提高,在建筑行业各种新技术、新材料得以应用。在金属材料方面,镁合金材料得到了广泛的应用,从近年来的发展趋势来看,将是未来金属材料发展的优先选择。随着工艺水平和加工技术的不断成熟与完善,镁合金材料铸造方式也呈现出多样性特点。不过总体来说还存在很大的提高空间。
1 镁合金材料的特性及应用
从当前镁合金材料的应用情况来看,因具有密度小,比强度、比刚度高,机加工性能优良,减振性优异等一系列优点,使其应用范围十分广泛。与铝合金一样镁合金也可以再融解精炼,因此具有高度的可回收性。在当前倡导节能与环保的时代背景下,镁合金受到工业界的重视与青睐。从镁合金的成分结构来看,由于其结晶构造属于最密六方格子(HCP),具有异方向性,因此在对镁合金材料进行加工生产中,对加工温度、加工速度、加工量的控制都要求十分严格。这样有利于在对镁合金材料进行成形加工时,最大限度地避免其机械性质易受金属流动的影响。
镁合金制件在当前各工业领域、建筑行业等领域得到了广泛应用,主要是由于其成品是现有最轻的实用金属之一,而且还体现出以下应用优势:比强度优越,切削性良好(切削加工容易),振动吸收特性优越,电磁波遮蔽性良好等;当然,在热传导能力、防辐射和抗干扰方面镁合金也体现出其优势。基于这些优势,镁合金材料在重型机械零件制造中已经成熟地得以应用。而在家庭电子产品如笔记本外壳、PDA外壳、移动电话外壳、等这些电子产品中的应用正在开发与探索中。
2 镁合金材料的工艺特点和研发现状
2.1 工艺特点
在上述分析中,我们对镁及镁合金材料的特点进行了探讨。从中总结了应用广泛的特点,主要是与其产品的优越性有关,而这种优势也有赖于其工艺流程。具体来说,镁合金材料加工工艺特点主要体现在以下几方面:1)成品密度低,所以有利于增大运输机械的载重量和速度,并在一定程度上实现了降低能源消耗和减少污染排放的目的;2)由于镁与铁的反应性低,所以在进行压铸时压铸模损少,有效地使得使用寿命延长;3)弹性模量较低,当受外力作用时,可以避免过高的应力集中,而促使其分布更为均匀;4)优良的切削加工性能,相对其他金属而言,镁合金材料的切削速度更快,而且材料的稳定性较好,使得铸件的铸造和加工尺寸精度高;5)具有良好的可塑性,利用镁合金材料的这一特点,现实中往往可以通过压力加工的方法获得各种规格的棒材、管材、型材和粉材等;6)有较高的振动阻尼容量,即高的减振性和低惯性;7)较好的抗盐雾腐蚀性能;8)具有较好的焊接性能和抗疲劳性能也较好;9)从加工工艺来说,由于镁易氧化燃烧,因此要求我们在加工车间和制粉车间需要做好安全管理措施。
2.2 研发现状
1)镁合金熔炼技术。镁合金材料的研发,首先是着眼于其熔炼技术的发展。从镁的化学性质特点来看,化学成分活波,易氧化和燃烧。针对这一特性,当前对镁合金材料的熔炼技术的研发常采用合金液阻燃技术和变质处理技术两种方式。具体来说,合金液阻燃技术主要是采用熔剂保护法、气体保护法和合金法三种方法。而变质处理技术可以改善镁合金组织形态,不过其缺点在于影响了合金晶粒大小和力学性能以及对镁液中的氧化夹杂也来带了负面作用。从当前应用实践来看,不含Al的Mg合金,常采用Zr变质有较好晶粒细化效果;对Mg-Al合金则常采用碳素材料进行变质处理;
2)镁合金铸造成型技术。从生产工艺来说,在镁合金材料生产工艺中应用较为广泛的是铸造工艺和变形工艺两种。前者主要有压力铸造、砂型铸造、低压铸造、精密铸造、挤压铸造和半固态压力铸造等;后者主要为锻造和冲压目前使用的镁合金材料有70%以上为铸造镁合金,其中铸造镁合金90%以上为压铸镁合金。在上述诸多铸造方法中目前仅压力铸造和高压铸造方法在生产上得到广泛应用。
2.3 当前镁合金研究的不足及未来展望
2.3.1 存在的不足
1)室温强度低。从当前技术水平来看,普通铸造镁合金的室温抗拉强度不足300MPa,即时变形镁合金的强度也不到400MPa,因此难以满足应用中主承力件的需求;
2)耐蚀性较差。在当前应用中,还没有十分有效的技术措施来解决镁合金易腐蚀的问题;
3)变形能力不足。一方面塑性强是镁合金材料的优势,另一方面当前的技术水平下镁合金塑性却不理想,难以塑性成型;
4)蠕变抗力小。由于在发动机活塞、缸体等结构件应用中需要300℃甚至更高工作温度,而现有镁合金的最高使用温度仅250℃左右,表现出其缺点与技术研发方面的不足。
2.3.2 未来展望
在上述分析中,对镁合金材料的优势和应用中存在的问题进行了阐述与分析。我们可以清楚地看到镁合金由于其耐腐蚀性、变形能力、蠕变性能和高温性能较差,因而阻碍了其应用范围的扩大。当然,近年来随着科学技术水平的发展,耐腐蚀性已通过高纯化和表面技术得到较圆满的解决。那么在今后镁合金材料的研发工作中,着重解决以下几个问题:1)开发高强耐热镁合金,提高其耐热性和蠕变抗力;2)研发关于镁合金熔炼及保护的新技术和新方法;3)研发关于镁合金压铸的新工艺,制造高品质的压铸件;4)开发镁合金零件的表面处理技术及镁合金废料的二次利用技术。
3 结论
综上所述,本文对镁合金材料的应用现状及特点进行了阐述与分析,作为一种材料加工技术的提高,对于镁合金材料的研发和应用,从当前的技术水平和应用水平来看,还存在着巨大的可提升空间。因此,在当前应用中既体现出众多优越性,同时也存在着一些需要突破的技术问题。这些都有待我们广大技术人员和科研人员进一步研究和探索,从而扩大其应用范围和提高应用水平。
参考文献
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关键词: 钢箱梁; 制作; 涂装; 安装; 控制
中图分类号:U445 文献标识码:A
石桥路(杭玻路-半山路段)整治改造工程H45-H46钢箱梁施工段落,分布在H45-H46 一跨,桥下是杭州振华丝绸机械制造厂的一角,主要是利用了钢箱梁跨径大的特点,避免了对杭州振华丝绸机械制造厂的拆除。该工程的钢箱梁的施工工艺是: 将桥梁纵向分成八节段梁,横向分为两段,节段梁在制作台上横向整体拼装,最后将节段梁高空纵向连接安装。由于设计桥面宽,桥面高程高,对钢箱梁的制作、安装和涂装都带来了诸多的困难和安全风险。通过对该工程钢箱梁施工的过程控制和总结,介绍对采用相似施工工艺的钢箱梁施工过程的施工控制。
1 钢箱梁的制作
1. 1 节段梁的制作工艺控制
石桥路(杭玻路-半山路段)整治改造工程H45-H46钢箱梁钢箱梁设计每段长65.25m,横向分为6个仓室加两侧翼缘板,顶板每50cm一道U型肋板,底板每40cm 一道T型肋板,腹板每30cm 一道加劲板,焊缝较多,相对集中,焊接过程中的焊接变形较大,平整度、垂直度相对难以控制。因此加工过程中要注意两点: 一是原材料加工; 二是相邻节段梁在加工过程中的衔接。 ( 1) 原材料加工
钢箱梁的结构复杂,各种增强受力的加劲肋比较多。当工人在往原材料上焊接加劲肋的时候,由于焊接高温,会对钢材造成较大的热变形,而原材料变形对后期拼装钢箱梁以及钢箱梁的整体外观和现场管理等等都会造成很多的负面影响,例如: 平整度差,焊缝有错台等,尽管采取反变形或者是后期调平等措施,还是很难控制和调整原材料变形。原材料加工,简言之: 原材料在加工拼装节段梁前不焊接加劲肋,先按图纸将原材料简单焊接拼装成钢箱梁结构,后焊接加劲肋,通过结构的自身受力来控制高温变形,减轻一系列负面影响。另外,由于钢材自身兼备柔性,工人对原材料也可以相对容易的调整钢材在吊装、运输过程中造成的变形,提高施工质量。
( 2) 相邻节段梁的衔接
按照本工程的施工工艺,节段梁在后期要进行高空纵向连接。因此,节段梁的加工制作过程中,相邻节段梁在拼装制作时要做好前后顺接。钢箱梁的安装过程中会出现: 相邻节段梁在安装时顶板、底板、腹板或是各种加劲肋对接不起的情况,原因就是没有做好衔接施工。因此,在节段梁加工制作过程中,要控制好衔接施工,保证统一的平整度、横坡度、垂直度,提高后期的安装质量。
1. 2 质量控制
( 1) 钢箱梁的施工过程是一个通过熔合、焊接钢材形成结构的过程,是一个高精度要求的过程。要严格遵循《公路桥涵施工技术规范》( JTJ041 -2011) 来控制施工,保证施工质量。
表1 质量控制方法和标准
( 2) 焊接坡口的切割与打磨。钢箱梁是通过熔合、焊接钢材形成的结构,因此,焊缝的质量决定了钢箱梁的整体承载能力,在施工过程中要严格控制两点: 一是,坡口的斜度; 二是,坡口打磨的平整度,坡口的质量决定了焊缝与母材的熔合质量,影响结构的整体承载能力。
( 3) 原材料的保存。钢材的氧化腐蚀是一个对母材破坏极强的过程,在施工过程中,原材料的存放要做好下垫上盖,保证材料存储环境的相对密闭和干燥。
2 钢箱梁的涂装
钢箱梁的涂装是钢箱梁施工过程一道非常重要的工序,钢箱梁的防腐质量直接影响到钢箱梁的使用寿命。石桥路(杭玻路-半山路段)整治改造工程H45-H46钢箱梁的涂装设计包括: 喷砂、底漆、中漆、面漆。由于钢箱梁在焊接过程中会对防腐涂装造成破坏,所以,针对钢箱梁的施工工艺和结构形成原理,为了避免材料浪费,保证涂装的内在和外观质量钢箱梁的涂装应安排在结构形成以后。
2. 1 喷砂
喷砂过程是钢箱梁防腐过程的一个重要环节,是一道必不可少的工序,经过喷砂处理使钢箱梁表面具有一定的清洁度和粗糙度,提高了钢材表面的活化度和表面积,也增强了金属涂层与钢材的结合力。另外,喷砂过程是一个对环境污染比较严重的过程,在施工过程中要控制好防污染的措施。
2. 2 检查防腐材料
不同的防腐材料,对钢材的封闭、防腐性能不同,因此,要严格控制进场材料是否是设计的防腐材料。
2. 3 涂装的表观和厚度
涂装要控制好外观质量,油漆表面不得有气孔,涂装厚度要均匀,不能有堆积。涂装的厚度严格遵循设计和规范要求。
2. 4 涂装的环境控制
在涂装前先要将钢箱梁表面清理干净,不能有灰尘、污垢、锈渣以及焊瘤和焊渣。环境的温度和湿度是影响涂装质量的主要因素,在相对湿度RH > 85%条件下的雨天、雾天等环境下,应停止施工; 在气温高于30℃时,为保证漆的流平性,也应停止涂刷。
3 钢箱梁的安装
3. 1 预拱度
桥梁预拱度是为抵消梁、拱、桁架等结构在荷载作用下产生的挠度,而在施工或制造时所预留的与位移方向相反的校正量。在安装施工过程中一定要严格控制预拱度,保证结构的整体线性,以及后期的受力。
3. 2 控制安装的微量移动
按照该工程钢箱梁的施工工艺,节段梁的安装定位工作主要包括两方面: 一是通过牵引精确定位;二是前后节段梁焊接。这两道工序都将使已安装过的节段梁产生微量移动,由此产生的巨大摩擦力将对支座和墩柱等部位造成不同程度的破坏。因此,在安装过程中要采取措施控制安装过程的微量移动,将已经安装好的节段梁固定牢固。石桥路(杭玻路-半山路段)整治改造工程H45-H46钢箱梁在安装过程中,将首节梁固定在贝雷梁上然后依次架设,依次固定,很好的控制了这一点。
4 结语
钢箱梁作为市政桥梁上普通桥梁的一种新工艺、新材料,有良好的发展前景,在施工过程中控制好以上几点,以保证和提高钢箱梁的施工质量,为新工艺、新材料的推广和市政公用事业的发展添砖加瓦。
参考文献:
关键词:材料 成型加工 技术
近年来,某些特殊领域如航空工业、国防尖端工业等领域的发展对聚合物材料的性能提出了更高的要求,如高强度、高模量、轻质等,各种特定要求的高强度聚合物的开发研制越来越显迫切。
一、高分子材料成型加工技术发展概况
近50年来,高分子合成工业取得了很大的进展。例如,造粒用挤出机的结构有了很大的改进,产量有了极(大的提高。20世纪60年代主要采用单螺杆挤出机造粒,产量约为3t/h;70年代至80年代中期,采用连续混炼机+单螺杆挤出机造粒,产量约为10t/h;80年代中期以来。采用双螺杆挤出机+齿轮泵造粒,产量可以达到40-45t/h,今后的发展方向是产量可高达60t/h。在l950年,全世界塑料的年产量为200万t。20世纪90年代。塑料产量的年均增长率为5.8%,2000年增加至1.8亿t至2010年,全世界塑料产量将达3亿t,此外。合成工业的新近避震使得易于璃确控制树脂的分子结构,加速采用大规模进行低成本的生产。随着汽车工业的发展,节能、高速、美观、环保、乘坐舒适及安全可靠等要求对汽车越来越重要.汽车规模的不断扩大和性能的提高带动了零部件及相关材料工业的发展。为降低整车成本及其自身增加汽车的有效载荷,提高塑料类材料在汽车中的使用量便成为关键。
据悉,目前汽车上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的传统汽车材料(如钢铁等)。因此,汽车中越来越多的金属件由塑料件代替。此外,汽车中约90%的零部件均需依靠模具成型,例如制造一款普通轿车就需要制造1200多套模具,在美国、日本等汽车制造业发达的国家,模具产业超过50%的产品是汽车用模具。目前,高分子材料加工的主要目标是高生产率、高性能、低成本和快捷交货。制品方面向小尺寸、薄壁、轻质方向发展;成型加工方面,从大规模向较短研发周期的多品种转变,并向低能耗、全回收、零排放等方向发展。
二、现今高分子材料成型加工技术的创新研究
(一)聚合物动态反应加工技术及设备
聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。国外的Berstart公司已开发出作为连续反应和混炼的十螺杆挤出机,可以解决其它挤出机(包括双螺杆和四螺杆挤出机)作为反应器所存在的问题。国内反应成型加工技术的研究开发还处于起步阶段,但我国的经济发展强烈要求聚合物反应成型加工技术要有大的发展。指交换法聚碳酸酯(PC)连续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术是缩聚反应器的反应挤出设备,我国每年还有数以千万吨计的改性聚合物及其合金材料的生产。关键技术也是反应挤出技术及设备。
目前国内外使用的反应加工设备从原理上看都是传统混合、混炼设备的改造产品,都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题.另外设备投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同,该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程,达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点,解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题,同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点,这些优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。该项新技术使我国聚合物反应加工技术直接切人世界技术前沿,并在该领域处于技术领先地位。
(二)以动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术
1.信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术。此技术克服传统方式的中间环节多、周期长、能耗大、储运过程易受污染、成型前处理复杂等问题,将光盘级PC树脂生产、中间储运和光盘盘基成型三个过程整合为一体,结合动态连续反应成型技术,研究酯交换连续化生产技术,研制开发精密光盘注射成型装备,达到节能降耗、有效控制产品质量的目的。
2.聚合物/无机物复合材料物理场强化制备新技术。此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表面特性及其功能设计(粒子设计),在设计好的连续加工环境和不加或少加其它化学改性剂的情况下,利用聚合物使无机粒子进行原位表面改性、原位包覆、强制分散,实现连续化制备聚合物/无机物复合材料。
3.热塑性弹性体动态全硫化制备技术。此技术将振动力场引入混炼挤出全过程,控制硫化反直进程,实现混炼过程中橡胶相动态全硫化.解决共混加工过程共混物相态反转问题。研制开发出拥有自主知识产权的热塑性弹性体动态硫化技术与设备,提高我国TPV技术水平。
三、高分子材料成型加工技术的发展趋势
近年来,各个新型成型装备国家工程研究中心在出色完成了国家级火炬计划预备项目和国家“八五”、“九五”重点科技计划(攻关)等项目同时,非常注重科技成果转化与产业化,完成产业化工程配套项目20多项,创办了广州华新科机械有限公司和北京华新科塑料机械有限公司,使其有自主知识产权的新技术与装备在国内外推广应用。塑料电磁动态塑化挤出设备已形成了7个规格系列,近两年在国内20多个省、市、自治区推广应用近800台(套)。销售额超过1.5亿元,还有部分新设备销往荷兰、泰国、孟加拉等国家.产生了良好的经济效益和社会效益。例如PE电磁动态发泡片材生产线2000年和2001年仅在广东即为国家节约外汇近1600万美元,每条生产线一年可为制品厂节约21万k的电费。塑料电磁动态注塑机已开发完善5个规格系列,投入批量生产并推向市场;塑料电磁动态混炼挤出机的中试及产业化工作已完成,目前开发完善的4个规格正在生产试用。并逐步推向市场目前新设备的市场需求情况很好,聚合物新型成型装备国家工程研究中心正在对广州华新科机械有限公司进行重组。将技术与资本结合,引入新的管理、市场等机制,争取在两三年内实现新设备年销售额超亿。我国已加入WTO,各个行业都将面临严峻挑战。
综上所述,我国必须走具有中国特色的发展高分子材料成型加工技技术与装备的道路,打破国外的技术封锁,实现由跟踪向跨越的转变;把握技术前沿,培育自主知识产权。促进科学研究与产业界的结合,加快成果转化为生产力的进程,加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。
参考文献:
[1]Chris Rauwendaal,Polymer Extrusion,Carl Hanser Verlag,Munich/FkG,l999.
关键词:模具表面精加工 传统精加工技术 非传统精加工技术
从各种加工方法所得到的模具表面形貌来看,模具表面精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一,也正是模具钳工劳动强度大、成为模具加工瓶颈的原因之一。特别反映在硬度较大的金属、压铸模具进行最后组装过程。我国目前仍以手工研磨抛光为主,不仅质量不稳定、周期长,而且工人作业环境差,制约了我国铸造模具向更高水平发展。对于模具复杂型腔和一些狭缝的曲面精加工,传统的机加工方法已无法胜任,必须采用其它的工艺措施,如电化学或电化学机械光整加工技术。随着科学技术的不断发展,各种模具的加工工艺要求越来越高。提高模具抛光的速度和质量,使我国模具制造工艺达到世界先进水平,已成为刻不容缓的重要课题。
在模具表面精加工技术中,主要的可以分为两大部分,即传统精加工技术和非传统精加工技术。传统精加工技术主要是以手工研磨抛光为主和现在发展起来的机械精加工 ;非传统精加工主要包括化学抛光、电化学抛光、电解研磨、电化学机械光整加工、超声波加工、磁流变抛光、激光抛光技术以及电火花抛光等。下面就主要的加工方法和工具进行介绍。
1 传统精加工技术
1.1手工研磨抛光
该方法是传统模具精加工所采用的主要手段,也是我国目前仍广泛采用的方法之一。该方法不需要特殊的设备,适应性比较强,主要依赖于操作者的经验技艺水平,但效率低(约占整个模具周期的1/3),且工人劳动强度大,质量不稳定,制约了我国模具加工向更高层次发展。但就目前的社会经济技术发展状况,暂时还不能完全淘汰这种加工手段。
1.2数字式模具抛光机
这种抛光工具采用数字化控制,数字式显示和控制工艺参数,备有整套磨头及磨料,半自动抛光,具有体积小、使用方便的优点。其工艺特点主要有:1) 具有平整功能,最大可平整的波纹长度为75mm。 和手工抛光相比,功效提高一倍,质量提高一个数量级。2)质量稳定,重复性好。应用范围: 材料:各种模具材料,包括铸钢、锻钢、铝合金及锌基合金。 模具表面尺寸:100×100-1,500×3,000mm。
2 非传统精加工技术
2.1超声波模具抛光机
该抛光工具采用高频电火花脉冲电源与超声波快速振动研磨的原理进行抛光。它能完成一般抛光工具(电磨软轴等)难以伸入的窄槽、窄缝、边、角等曲折部位的抛光,抛光后不塌棱角,不影响模具的精度。该工具可以解决用户过去因工件形状复杂难以达到抛光要求这一难题。并且缩短了抛光时间,提高了工作效率。为了提高粗糙度大于Ra1.6工件的抛光速度,工具采用超声波与专用的高频窄脉冲高峰值电流的脉冲电源复合进行抛光,由超声波的冲击和电脉冲的腐蚀同时作用于工件表面,能迅速降低其粗糙度,对各种特殊加工后的粗硬表面十分有效。采用该工具进行抛光,可快速对粗糙表面整形抛光,不受工件形状、材料硬度限制,对原始表面粗糙度没有要求,功效比较高。
2.2电化学和电化学机械光整加工
电化学及其复合光整加工技术主要是靠金属工件的电化学阳极溶解原理来加工,属于离子的去除。且因为是非接触加工,没有加工变形层、变质层和残余应力;工具无磨损,可以长期应用 ;不产生飞边及毛刺。用电化学机械方法进行的光整加工,可以大幅度提高工件表面质量,改善和弥补磨加工缺陷,粗糙度、波纹度及圆度在很大程度上都能得到较大的保证。而且采用电化学机械加工比一般超精加工的寿命可提高5倍以上,该技术完全可以应用到模具表面的精整加工中。
2.3 磁流变抛光
磁流变液是由磁性颗粒、基液和稳定剂组成的悬浮液。磁流变效应,是磁流变液在不加磁场时是可流动的液体,而在强磁场的作用下,其流变特性发生急剧的转变,表现为类似固体的性质,撤掉磁场时又恢复其流动特性的现象。磁流变抛光技术,正是利用磁流变抛光液在梯度磁场中发生流变而形成的具有黏塑行为的柔性“小磨头”与工件之间具有快速的相对运动,使工件表面受到很大的剪切力,从而使工件表面材料被去除。磁流变抛光(MRF)是电磁理论、流体力学、分析化学等应用于光学表面加工而形成的一项综合技术。磁流变液是一种智能材料,其在磁场的作用下,可在1ms的时间内实现固―液两相的可逆转换。
2.4电解研磨
电解研磨即将金属浸渍在各种成分组成的特殊化学溶液中,靠电流能量阳极溶解金属表面,获得平滑光亮的表面。 与电解抛光相类似。
电解研磨其原理就是对加工物品一面放电一面研削,所以砂轮也需要接上电极跟驱动系统,大多用在切削时间短,工件硬度高于62HRC的工件。
2.5激光抛光技术
激光抛光是随着激光技术的发展而出现的一种新型材料表面处理技术,它是用一定能量密度和波长的激光束辐照特定工件,使其表面一薄层物质熔化或蒸发而获得光滑表面。激光抛光可用于抛光传统方法很难或根本不能抛光的、具有非常复杂形貌的表面,而且提供了自动加工的可能性,因此是一种很有前途的新型材料加工技术。
模具表面精加工的发展趋势(模具研磨抛光)将转向自动化、智能化。日本已研制了数控研磨机,可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。另外,由于模具型腔形状复杂,任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。应注意发展特种研磨与抛光方法,如挤压研磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备,以提高模具表面质量。 随着模具向精密化和大型化方向发展,加工精度超过1mm的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。兼备两种以上工艺特点的复合加工技术在今后的模具制造中前景广阔。
总之,随着各种科学技术在模具制造领域的应用,模具的制造质量会得到更大的提高,生产周期也会得到极大的缩减,产品的更新换代也会越来越快。
参考文献:
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[3]聂俊红,聂辉文;模具特种加工技术及应用[J];职业;2010年04期
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