粉末冶金的特點范文

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【關鍵詞】粉末冶金 模具 仿真技術 加工方法

中圖分類號：TD353.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2013）35-111-01

0引言

粉末冶金是通過制取金屬粉末或金屬粉末與非金屬粉末的混合物作為生產原材料，通過過壓制成形、燒結等工藝過程，制造出各種粉末冶金制品的工藝技術。現在，這種工藝已經成為我們在新材料研制領域內的重要工藝技術。在粉末冶金工業中，模具對于在很多工序中都有所應用，并且對于整個生產工藝也具有較大的影響。粉末冶金模具是粉末冶金制品生產的重要工藝裝備，粉末冶金模具的質量對粉末冶金制品的質量具有直接的影響。然而，粉末冶金模具的質量主要取決于它的加工過程。因此，對于粉末冶金模具加工方法及仿真技術的研究，對于粉末冶金工業具有重大的意義。

1 粉末冶金模具的加工方法

目前，對于粉末冶金模具的先進加工方法種類很多，其中各種加工方法也是各有特點?，F就幾種主要的粉末冶金模具加工方法進行介紹，并對各種方法的特點和對粉末冶金模具的影響進行探討。

1.1 電火花加工方法

電火花加工的方法，是通過在放電瞬間產生劇烈高溫。然后，利用這一高溫將工件的表面熔化（甚至汽化），從而達到機械加工的目的。這種加工方法在一些難以加工的超硬材料加工中具有明顯的優勢。

（1）電火花加工方法的特點

電火花加工方法能夠有效的填補常規的機械加工方法對于難加工材料的不足，適用于對于強度高、熔點高、硬度高等難加工的材料的加工。另外，由于電火花加工方法直接利用電能與熱能進行加工，因此在加工過程中可以實現加工的自動化控制。再者，這種加工方法的精細度很高，對于粉末冶金模具這種加工質量要求較高的產品是一種較為合適的加工方法。不過，這種方法也存在著一定的缺點，那就是利用電火花加工方法加工的粉末冶金模具的表面粗糙度較高，會對粉末冶金工業造成一定的影響。

（2）電火花加工方法在模具加工中的應用

在粉末冶金模具電火花加工中，常是通過使用數控電火花機床來進行加工的。數控電火花機床可以實現粉末冶金模具的精密加工，確保滿足粉末冶金模具的質量要求。在粉末冶金模具的尺寸精度、仿形精度和表面質量等方面將發揮重要的作用。

1.2 仿形磨削加工方法

利用仿形磨削加工方法加工粉末冶金模具，即是通過利用專門的平面磨床，通過仿形尺對粉末冶金模具進行仿形磨削。這種粉末冶金模具加工方法的特點是其加工生產的粉末冶金模具的精密度較高，且表面較為光滑、平整，粗糙度較低。這種加工方法的缺點是加工效率較低。

1.3 數控線切割加工方法

數控線切割加工的方法，是通過將金屬絲電極安裝在一個轉動的貯絲筒上，然后分別將被切割工件與金屬絲電極接到高頻電源的正、負極上，通過計算機技術控制控制電極的移動方向，并通過電火花加工達到自動切割的目的。

數控線切割方法是計算機技術與電火花加工技術的結合，可以發揮電火花加工方法的優點，還可以實現自動切割的目的。其在粉末冶金模具的加工上具有重要的作用。由于這種加工方法對于電極沒有特別的要求，并可以對各種硬度和形狀的工件進行加工。數控線切割加工的方法，還可以反復的使用電極絲，加工損耗小、精度高等特點，非常適合粉末冶金模具的加工生產。因此，數控線切割加工的方法也是目前在粉末冶金模具加工中最常用的方法之一。

2 粉末冶金模具的數控加工動態仿真

計算機仿真技術在各類科技領域都有廣泛的影響，隨著計算機仿真技術不斷發展成熟，已經可以應用到產品從概念設計到結束使用壽命的整個周期的各個環節中，其中在產品的加工階段應用更為廣泛。在粉末冶金模具的加工過程中，仿真技術的應用將對粉末冶金模具的加工行業，甚至整個粉末冶金工業都具有重要的意義。

在粉末冶金模具的加工過程中，建立一個較為精確的數控加工動態仿真模型，通過模擬整個模具加工過程，從而獲得在粉末冶金模具加工過程中所需的幾何數據和力學信息，以及加工過程中可能發生的不良影響和可能出現的偏差值。通過數控動態仿真模型，便可以在加工前獲得準確的信息，規避可能產生的不良影響，有效的降低了加工失誤、偏差等現象發生的可能性。

在粉末冶金模具的加工過程中，利用精確的數控加工動態仿真模型，可以獲得準確的數控加工代碼，避免加工的錯誤和偏差；另外，還可以對加工誤差值、刀具磨損等進行預測，為保證粉末冶金模具的質量要求和刀具的更換提供重要的參考信息。因此，在粉末冶金模具的制造加工過程中，計算機仿真技術發揮了重要的作用，對于保證模具加工生產的質量和提高模具生產效率都有很大的幫助。

3 結語

粉末冶金模具的加工，對于粉末冶金制品的質量具有很大的影響。目前，對于粉末冶金模具的加工方法仍具有很大的發展空間，計算機仿真技術在粉末冶金模具加工中的應用，也還需要人們不斷的進行發展和研究。

參考文獻：

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關鍵詞：雙聯齒輪；粉末冶金；模具

雙聯齒輪就是兩個齒輪連成一體，這種雙聯齒輪在輪系中（變速器）被稱為滑移齒輪，它的作用就是改變輸出軸的轉速或速度。齒輪箱里，有滑移齒輪就可以有多種轉速或速度，沒有滑移齒輪就只有一種轉速或速度。對于高強度鐵基粉末冶金的雙聯齒輪應用更是廣泛。下面我們就來探討一下它的設計和開發問題。

一、產品分析

隨著粉末冶金技術的迅速發展，使得制造高性能低成本的齒輪制品成為可能?？梢姴捎酶咝阅芊勰┮苯鸩牧夏軡M足齒輪的彎曲疲勞強度與接觸疲勞強度的要求。雙聯齒輪產品見下圖1。根據雙聯齒輪的使用情況分析其失效模式，其主要失效形式是輪齒折斷和齒面磨損。解決此問題的主要措施是采用粉末冶金材料或合金鋼熱處理及表面處理技術，進行齒輪強度校核，分別計算齒輪的彎曲應力與接觸應力，并確定高性能粉末冶金材料齒輪的許用彎曲應力與接觸應力。

二、工藝設計

產品的開發工藝為：混料――壓制――燒結――浸――機加工――熱處理――機加工――油浸。根據工況分析此產品必須具有高強度與良好的耐磨性。

1）材料設計：根據產品的使用情況選用具有高強度的鐵基粉末冶金材料Fe-1.3Cu-0.8C-1.7Ni-0.5Mo。因本產品要進行切削加工，考慮對加工刀具的磨損，加入質量分數為0.35%的MnS。銅與鐵的濕潤性很好有利于提高材料的密度和強度；鎳主要提高材料的強度與硬度，并明顯改善其沖擊韌性，鎳銅同時進行合金化以穩定燒結品尺寸；鉬主要是提高材料的強度與淬透性，有效地減少回火脆性；硫化錳主要提高燒結品的切削加工性能。原料粉末混合后要具有良好的流動性和壓制性能，以保證具有復雜結構的齒輪制品在成形時的密度分布均勻。

2）壓制與燒結：采用60t的全自動成形壓機進行產品的壓制，必須保證壓制品的密度分布均勻且分割密度小于0.1g/cm3。燒結工藝：在有快速脫脂裝置的網帶式燒結爐中1120度的溫度，90%氮和10%氫的氣氛下燒結25分鐘，燒結時嚴格控制燒結氣氛的碳勢，以免脫碳影響齒輪的燒結性能。

3）表面熱處理：網帶爐進行滲碳熱處理。具體工藝為：860度下在碳勢0.8%的保護氣體中奧氏體化30～60分鐘，10#油中淬火至80度，冷卻到室溫后再在100～200度下回火1小時，以減小淬火應力、降低脆性并保持高強度。

4）后續機加工：一次機加工是根據產品圖對雙聯齒輪的燒結體進行機加工，二次機加工主要是在熱處理后加工其柱面外圓保證其裝配精度。

三、成型模具設計

根據不等高粉末冶金制品模具以及齒輪模具的設計原理，結合所研制產品的結構特征采用“上二下三”模具成形方案，成形結構示意圖如圖2所示，壓制成形狀態圖如圖3所示?！吧隙氯蹦＞叱尚畏桨?，采用兩個上模沖與三個下模沖成形。

此成形方案有如下特點：

1）產品的成形性：此方案更有利于壓制時粉末的移動送粉，從而獲得密度分布較均勻的壓制品，使大小齒輪部位具有很高的結合強度。

2）產品的機加工：此方案凹槽直接成形，大齒輪端面凸起部位便于機加工。

3）模具的結構：此方案模具結構復雜，三個下模沖成形加大了模具的磨損，影響其使用壽命以及壓制品的精度。通過上述成形方案的分析可知，為了得到密度分布均勻且合理的產品和便于機加工并降低成本，可采用先進的全自動粉末冶金壓機來保證具有復雜結構的制品壓坯的成形。所研制的粉末冶金齒輪的精度主要由粉末冶金模具保證。粉末冶金模具的服役條件非?？量蹋幠Ｊ艿侥Σ僚c交變拉應力作用，失效形式是磨損。模沖不僅受到摩擦作用，還承受沖擊和傳遞很大的壓應力，因此失效形式主要是崩裂、劇烈磨損以及斷裂。復雜的模具結構決定必須選擇較好的模具材料以滿足其韌性和耐磨性要求。成形陰模采用硬質合金YG8，成形上下模沖采用進口的高速鋼SKH9。

四、研制結果

齒輪材料的金相組織是：燒結態組織主要由片狀珠光體、殘余奧氏體、鐵素體和孔隙組成；熱處理態組織主要由回火馬氏體和殘余奧氏體組成。對此成形方案的燒結品、熱處理品分別進行齒輪抗壓強度測試和尺寸檢驗。齒輪強度測試在萬能材料試驗機上進行齒輪抗壓試驗，要求齒輪與壓塊以線接觸形式在齒面上均勻接觸，齒輪A與齒輪B分別跨14與2齒測試齒輪抗壓強度。所研制的鐵基粉末冶金雙聯齒輪裝機進行. 萬次負載耐久試驗，齒輪齒部無明顯的凹陷、擦傷和點蝕，滿足使用要求。

五、結語

1）通過產品分析、材料成分設計、制備工藝確定以及成形模具設計，詳述了高性能鐵基粉末冶金汽車雙聯齒輪制品的研制過程，裝機試驗表明成功開發應用于汽車上鐵基粉末冶金雙聯齒輪。

2）產品研制過程中采用自主開發的高性能低成本的鐵基粉末冶金材料Fe-1.3Cu-0.8C-1.7Ni-0.5Mo-0.35MnS，產品性能測試、尺寸檢測以及裝機試驗結果表明，所研制的齒輪達到使用要求，尺寸的穩定性可滿足批量生產的需要。

參考文獻

[1] 朱孝錄主編.齒輪傳動設計手冊[M]. 化學工業出版社， 2005

[2] 上海市新材料協會粉末冶金分會，上海汽車股份有限公司粉末冶金廠編，張華誠主編.粉末冶金實用工藝學[M]. 冶金工業出版社， 2004

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•力學強度，特別是疲勞與抗沖擊強度( 圖 2);

•尺寸精度。

除了通過研發新合金改進外，若能將粉末冶金鋼加工到孔隙度為 0 時，粉末冶金鋼的力學性能可能會和鍛鋼的性能相比擬或會超過之。特別是，低密度粉末冶金零件的靜態強度相當高，即密度為6. 9g / cm3( 87%理論密度) 時，靜態強度約為鍛鋼強度的 70%，而密度為 7. 4g/cm3( 94% 理論密度) 時，靜態強度約為鍛鋼強度的 95%?？墒牵紫抖葘ζ谛阅苡兄卮笥绊憽Ｒ话忝芏葹?7. 1g/cm3的粉末冶金鋼的彎曲疲勞強度不大于鍛鋼的 60%。在許多應用中，負載在零件表面或其附近會產生高應力，因此，并不需要整個零件具有全密度。在這些場合，強化粉末冶金鋼最引人注意的加工工藝是選擇性表面致密化( Selective Surface Densifica-tion，SSD)［1 －14］。這種工藝形成的表面致密化層厚度為 0. 2 ～ 1. 0mm，而密度梯度的范圍從表面的孔隙度接近于 0 到一般零件心部的孔隙度為 10% ( 體積分數)［11 －14］。SSD 是一種加工工藝，已成功地用于使高負載零件表面致密化。PMG 集團開發出了一種擁有專利的SSD 工藝———DensiForm ，是一種采用擠壓( DensiForm E) 或橫向輾壓( DensiForm R) 的冷成形加工工藝。SSD 的最重要應用是負載轉矩的零件( 諸加齒輪) 與負載磨耗的鏈輪。這2 種零件在頂點或其表面稍下都遭受脈動應力，因此，主要是這些部位需要改進強度與耐磨性。本文闡述了手動變速器的螺旋齒輪與無聲鏈條傳動裝置的直齒鏈輪的生產，特別是選擇性致密化及所制備的材料性能和使用性能的數據。

1 試驗

1. 1 鏈輪與螺旋齒輪的生產

表面致密化齒輪與鏈輪( 圖 3( a) 、( b) ) 都是用批量生產的水霧化鋼粉生產的，鋼粉是用 1. 50%( 質量分數) Mo 預合金化的，并且預混合了 0. 20%( 質量分數) 的石墨。2 種零件都是按照下列工序生產的:

•壓制有余量的零件;

•燒結到約 90%理論密度;

•用橫向輾壓( DensiForm R) 或擠壓 ( Densi-Form E) 分別進行表面致密化;

•去毛刺;

•表面硬化;

•精加工。

這 2 種零件都是在液壓式壓機上于 600 ～650MPa 下壓制的。其中，在齒輪的生產過程中，用變速器從動連接器來旋轉陰模零件［10 －12］。燒結是將成形的零件生坯置于陶瓷板上，在標準的帶式爐內，于吸熱性煤氣中 1120℃ 下燒結 30min。要嚴格控制爐內的碳勢，以使零件的含碳量接近初始水平。齒輪與鏈輪都是以冷卻速率約 0. 2K/s，從燒結溫度緩慢冷卻，以形成鐵素體-珠光體的顯微組織。二者的燒結態零件的平均密度都很均勻，即心部的密度為 6. 98 ～7. 02g/cm3。燒結后，2 種零件都用 DensiForm 工藝進行了表面致密化。其中，齒輪是在控制圓形力的輾壓機( 圖 4( a) ) 上進行表面致密化的，而鏈輪是在精整壓機上用擠壓型工藝( DensiForm E，圖 4( b) ) 進行的表面致密化。前一種加工工藝是將有余量的燒結態齒輪置于 2 個配對的輾壓工具輪之間的中心，當工具輪與齒輪接觸時，逐漸施加負載，工具輪使齒輪表面致密化，一直進行到達到預定的中心距離，在文獻［10 －14］中對這些加工工藝進行過詳細說明。鏈輪的表面致密化是用模具擠壓進行的，見圖 4( b)［15］。這種加工方法會產生毛刺，可在擠壓后除去。2 種零件在表面致密化加工后都要進行表面硬化處理，以使表面含碳量達到 0. 5%( 質量分數) 的水平。由于齒的彈性與回彈，輾壓后會產生相當明顯的撓曲變形，從而導致在齒的前、后斷面產生齒廓與對中誤差［10］。這些偏差都可用研磨除去，齒輪最后的品質與形貌和研磨的常規鋼齒輪一樣。在研的粉末冶金齒輪的品質為 DIN7 或更好。

1. 2 金相

表面致密化層的密度分布非常重要。因此，將齒輪與鏈輪在砂輪切割機上用專用夾具切割了垂直于齒廓的橫斷面。關于金相試樣制備和致密化層的各種顯微結構中孔隙的特征的鑒定方法，即孔隙的體積分數、孔隙的大小與取向可參見文獻［14］。

2 顯微組織與性能

2. 1 表面致密化的齒輪

圖 5( a) 示表面致密化后，螺旋齒輪中的典型孔隙分布。致密化表面層( DSZ) 清晰可見。顯然，用輾壓工藝形成了實質性的密度梯度。在表面層接近全密度，而在深度約 1mm 處密度逐漸減小到了心部孔隙度的水平。相對密度與深度的關系如圖 6( a)所示。輾壓形成了一層接近全密度的表面層，即孔隙度 ＜2% ( 體積分數) 的表面層，深度距離約達到300μm。超出這個區域之外，觀察到密度逐漸呈 S型減小，在深約 1mm 處開始拉平到心部密度水平，約 90%理論密度。而且，在左、右齒腹之間沒有觀察到明顯差異。沿著對中方向測量了齒輪的表面品質，其和噪聲產生關系最密切。研磨后，表面的粗糙度值 Ra ＜1. 8μm，這可與參照的常規鋼齒輪相比擬［16］。在每一道加工工序之后，都在 3D-Mohr 齒輪測量機上測量了典型尺寸與齒輪誤差。關于每一道加工工序之后齒輪品質的演變見文獻［10 －12］。

2. 2 表面致密化的鏈輪

鏈條鏈輪在選擇性表面致密化之后齒中的孔隙分布如圖 5( b) 所示。和螺旋齒輪一樣，擠壓會形成相當大的密度梯度，在深度達 0. 3mm 的表面層中密度 ＞98%理論密度，而在深度約 1mm 處密度逐漸減小到了心部孔隙度的水平。相對密度與表面層深度的關系見圖 6( b) ?？捎^察到密度的 S 型減小及孔隙度的分布與表面致密化的齒輪相同。而且，在左、右齒腹之間沒有明顯差異。用負載 1kg 的 Vickers 壓痕儀測定了表面硬化鏈輪的硬度( 圖7( a) ) 。圖7( b) 示橫穿齒橫斷面的硬度曲線。在鏈輪表面層的表觀硬度超過了800HV1，這個硬度值相當于含碳量為0.5%( 質量分數) 的全馬氏體常規鋼的硬度。這個結果是驚人的，因為孔隙度為10% ( 體積分數) 的粉末冶金鋼的 Vickers 硬度值很難超過350HV5。顯微組織觀察表明，在表面層實際上是孔隙度為0 與高含碳量和顯微組織全部為馬氏體相結合。相反地，心部的硬度在孔隙度為10%( 體積分數)與含碳量為0.2%( 質量分數) 下為300 ～400HV1，這位于常規的未致密化粉末冶金鋼的硬度范圍之內。

3 使用性能結果

3. 1 表面致密化齒輪

粉末冶金齒輪和參照的常規鋼齒輪的承載能力的研究都是在亞琛工業大學的 WZL( 機床與工具試驗室) 的三軸總成的成對試驗臺架上進行的( 圖 8( a) ) 。用可變中心距離進行控制，這種臺架是在2 500rpm 下運行的。轉矩是用扭轉連接器和一加載杠桿施加的，將驅動轉矩傳輸到固定有粉末冶金齒輪的中間軸。試驗是在 60℃下，于 Castrol BOT 328 油中進行的。當發生損壞( 通過噪聲級監控) 或運行 50× 106周( 于2 500rpm 下運行167h) 時試驗終止。試驗結果匯總于圖 8( b) 。表面致密化與研磨后的粉末冶金齒輪的承載能力和形狀相同的常規鋼齒輪位于同一范圍之內。例如，施加的轉矩為 340N•m( 相當于齒根應力為 700MPa) 時，齒輪因在 10× 106～ 50 × 106周之間齒根斷裂而失效( 參見圖 8( b) ) ，而齒腹未損壞和無點蝕痕跡，即在這個負載圖中，齒輪是由于齒根的疲勞裂紋擴展，而不是因點蝕而失效。在變速器的工況下，在用戶的試驗臺架上用研磨的粉末冶金齒輪與常規鋼齒輪進行了補充試驗［16］。采用的試驗條件如下: 在 2 500rpm 下輸入的轉矩為 212N•m。粉末冶金齒輪和常規鋼齒輪都順利地通過了這種負載試驗而沒有失效。

3. 2 表面致密化鏈輪

將經過表面硬化處理的表面致密化鏈輪和未經表面致密化加工的參照零件，安裝在用戶的擁有專利權的鏈條驅動試驗裝置中，用無聲鏈條進行了試驗。在預定的時間間隔內中斷，然后檢驗鏈與鏈條的磨耗性狀。如圖9( a) 所示，未經致密化加工的鏈輪磨耗非常嚴重，僅只經過預計的試驗時間的 25%之后，就將所有的齒都磨沒有了; 另一方面，經過表面致密化加工的鏈輪，在預計的試驗時間間隔以內仍保持完好，齒腹的磨損幾乎可忽略不計( 圖9( b) ) 。

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關鍵詞：凸輪軸信號盤；粉末冶金；尺寸精度

中圖分類號：U466 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2013）04-0058-06

發動機是汽車的動力源，而信號盤相當于控制發動機的開關，其相位角度的設計及精確控制，對發動機各個氣缸的協調工作起著至關重要的作用，信號盤提供信號給轉速傳感器，轉速傳感器再把信號傳遞給ECU，ECU收到該信號就控制發動機噴油及點火。當信號盤旋轉時，磁路中的氣隙就會周期性地發生變化，磁路的磁阻和穿過信號線圈磁頭的磁通量隨之發生周期性變化。根據電磁感應原理，傳感線圈中就會感應產生交變電動勢，而產生的交變電動勢控制著氣缸點火時間及順序，需要信號盤具有精確的相位角度；由于電磁感應式傳感器輸出電壓的峰值隨轉速的大小而變化，在發動機啟動時的低速狀態下，感應電壓很低，也需要信號盤的信號齒具有良好的磁感應性能，以提高信號輸出靈敏度。

1 產品設計

1.1 產品性能設計

凸輪軸信號盤是傳感器的信號轉子，裝配在凸輪軸上，利用其外圓的4個凸齒，在磁場里旋轉過程中產生周期變電動勢，控制發動機點火順序，保證點火正時。主要利用其良好的磁感應性能及精確的相位角度，保證發動機各個氣缸的協調工作，因其產生的信號是通過電流傳遞給ECU，為了削弱磁場對電流的影響，信號盤本身的磁場強度應有嚴格的限制。

1.2 產品結構設計

凸輪軸信號盤產品見圖1。信號盤外圓有4個凸齒，2個68°大凸齒，2個18°小凸齒，2個72°大缺齒，2個22°小缺齒。信號盤每轉過一個凸齒，傳感器中就會產生一個周期變電動勢，并相應地輸出一個交變電壓信號，故凸輪軸旋轉一周會有4個交變信號產生，ECU每接收4個信號，即可知道凸輪軸旋轉了一圈。

2 工藝方案設計

產品內孔精度等級較高，達到了8級精度，銷孔精度達到7級；產品外圓信號齒角度的精確性關系到裝機后信號的準確性，另外根據產品的使用工況，要求產品具有較低的剩磁強度，較高的齒部密度。產品主要技術要求如表1所示。

根據上述分析，結合供應商實際生產情況，確定此零件的生產應該包含以下主要工序：

（1）成形：保證產品的外形以及密度要求，如相位角度，內孔尺寸；

（2）燒結：保證產品基本性能的要求，如強度、硬度、密度等；

（3）整形：對燒結變形的產品進行外形的校正，同時提高內孔以及信號齒角度的精度；

（4）鉆孔、鉸孔：保證產品銷孔達到要求。

（5）退磁：保證產品有較低的剩磁強度。

3 成形方案設計

3.1 方案設計以及壓機選擇

（1）考慮產品的工藝性能、形狀、精度以及表面的要求，除了定位銷孔處必須采用機械加工外，其余均可以不采用后續機械加工。

（2）通過產品結構分析，零件上端面1個臺階面，下端面2個臺階，整體上構成一個典型的上二下三結構的粉末冶金結構件，在粉末冶金壓坯形狀上定義為Ⅳ型壓坯，Ⅳ型壓坯必須由陰模，一個上模沖、三個下模沖和芯棒組成的模具成形，由于沿壓制方向橫截面有變化的不等高壓坯，要保證其密度的均勻性，必須按相同的壓縮比來計算裝粉高度，同時為了保證外圓凹槽根部的圓角能夠光滑過渡，采用臺階陰模結構取代了1個下模沖。

方案1：成型方案采用上一下二結構，信號盤正面信號齒部（A區）、齒根（B區）、臺階（C區）為一整體模沖，造成ABC區密度分布極不均勻，從其硬度分布可以得到驗證（A區平均硬度32HRB， B區平均硬度52HRB，C區平均硬度70 HRB）。因為ABC區為一整體模沖，在成型時，A區松裝填充不夠，造成成型后密度低，而A區恰好是信號作用區域，磁感應強度和產品的密度值直接相關，密度越高，磁感應強度越高，若密度低，對其磁感應強度及傳遞信號準確度還是不容忽視的。矯頑力和磁導率都對孔隙雜質敏感，孔隙和雜質含量越少，矯頑力場就越小，磁導率就越高，若密度越低，孔隙就越多，對其矯頑力和磁導率影響就越大。故對于粉末冶金信號盤，其信號作用區齒部密度不宜過低。

方案2：成型方案采用上一下二+臺階陰模結構（上一下三結構），信號盤正面信號齒部（A區）、齒根（B區）為一模沖，臺階（C區）為臺階陰模。因為ABC區是分沖結構，在成型時，AB區和C區的松裝填充可調，使得成型后ABC各區密度均勻，從其硬度分布及波動可以得到驗證（A區平均硬度61 HRB， B區平均硬度66 HRB，C區平均硬度64 HRB）。A區的密度相對提高（方案2產品硬度61 HRB大于方案1產品硬度32 HRB），而A區恰好是信號作用區域，故方案2信號盤磁感應強度比方案1產品要好。同時方案2產品整體密度均勻，在裝配過程中不會產生破裂，提高了產品各項性能要求。

（3）通過產品結構計算此產品所需壓制壓力，需130 T的成形壓力。

（4）考慮到壓坯各部分的密度分布的均勻性，壓坯的精度、模沖的個數，以及成型過程中粉末的移動以及供應商成型壓機的特點、模架結構，為充分體現粉末冶金的特點，此次選擇帶用上三下三模架的機械式S-200T壓機。

3.2 模具參數設計

新開發凸輪軸信號盤模具設計主要參數如表2所示。

3.3 成型動作解析

成形動作：裝粉上沖下行陰模強制拉下下浮動沖落在擋塊上臺階陰模落在擋塊上成形終了上缸給保護壓力陰模止擋打開脫陰模下浮動沖擋塊打開脫浮動沖脫芯棒上缸回程機械手夾持脫出產品。

（1）裝粉：因為該零件壁厚較薄，粉末之間會產生拱橋效應，為了使裝粉均勻，必須采用裝粉效果較好的吸入法裝粉。

（3）壓制成形：上沖下行與陰模合縫后，強制拉下陰模，下浮動沖落在擋塊上，上沖與陰模繼續下行直至陰模落在擋塊上，調整陰模和外浮動沖的壓制速率，避免因非同時成形而產生裂紋。

（4）脫模：采用陰模拉下式脫模，即陰模向下運動，逐漸脫出下外沖、下內沖、芯棒。脫模時要注意采用保護脫模，即脫模過程中上模沖給予產品一定的壓力，待下外沖脫出陰模的同時撤去上外沖的保護壓力，上內沖繼續保持壓力，直至下內沖脫出陰模，最后中心缸將芯棒抽回。保護脫?？梢员苊猱a品出現掉塊、裂紋等外觀缺陷。

成形裝配示意圖如圖3所示。

4 材質工藝設計

原材料選擇依據：根據凸輪軸信號盤的工作原理、粉末冶金件凸輪軸信號盤的綜合性能及尺寸要求，原材料應該具備以下四個方面的性能：

（1）磁性能好。對于磁性材料，碳的存在降低一定的磁性能，故碳含量應盡量低。同時，磁感應強度和產品的密度值有直接相關，密度越高，磁感應強度越高。矯頑力和磁導率都對燒結條件和間隙雜質敏感，燒結溫度越高和雜質含量越少，矯頑力場就越小，磁導率就越高。燒結溫度越高，時間越長，金相組織平均晶粒尺寸就越大，孔隙越圓滑，磁性能就越好[1]。

（2）壓制性和穩定性好，磁性材料，傳遞信號部位密度越高，磁感應強度越高，傳遞信號就越準確。磁性粉末又必須同時具備穩定的粒度分布與粒度組成且化學成分均勻、無偏析、穩定的流速以及穩定的松裝密度等重要特性。由于在混料中可能產生的不均勻，包括比重偏析在內的混合料不均勻性，在燒結中因燒結溫度和保溫時間及壓坯密度不均勻等造成的擴散不充分，則會引起組織不均勻，并使零件性能產生波動。而采用Fe-Cu-C粉末原料，因Fe和Cu的比重相差不大，不容易發生偏析[2]，且Cu相對較軟，能提高壓制性能。

（3）尺寸穩定性，凸輪軸信號盤信號齒角度精度越高，傳遞信號的準確度就越高，其金相組織平均晶粒尺寸越大，孔隙越圓滑，磁性能就越好。但對于粉末冶金件，要使其組織平均晶粒尺寸越大、孔隙越圓滑就需要較高的燒結溫度和較長的燒結時間。而燒結溫度越高，時間越長，尺寸變化又越大[3]，尺寸精度尤其是相位角度就難以保證。同時信號盤需裝配到凸輪軸上，其內孔精度及材料的強度和韌性一定要保證。綜合以上各種因素，選擇添加少量的C及一定比例的銅，既能穩定產品尺寸變化，提高強度、韌性，還能提高密度，降低孔隙率，后續再通過整形對零件的尺寸以及形位公差進行校正。既保證了可靠磁性能，又保證了產品強度、韌性及尺寸要求。

（4）燒結后要滿足產品既定的性能要求：產品密度≥6.4 g/cm3 ，硬度≥40 HRB，抗拉強度≥300 MPa，延伸率≥1%。

根據以上提出的材料性能要求，經過性能試驗對比和燒結綜合參數測定，結合現有的材料標準提供的相關材質達到的性能指標，選取Fe-Cu-C材料。

綜上所述，選取供應商牌號為F1407的鐵粉，其性能參數如表3所示。

5 燒結工藝設計

為保證凸輪軸信號盤在燒結過程中具有理想的金相組織，穩定的尺寸，結合供應商現有設備實際特點，選用德國進口的步移梁式燒結爐，步進梁式燒結爐具有以下優點：

（1）能夠實現高溫燒結，提高燒結溫度可以提高生產效率，實踐中發現提高55℃燒結溫度對致密化程度的影響效果相當于延長燒結時間幾十倍或幾百倍[4]。

（2）在工作過程中可提供連續的、可重復的時間-溫度-氣氛曲線，這在粉末冶金生產中非常重要，當爐子的舟速一定時，各個溫度可控帶設定的溫度以及氣氛組成、氣氛流量已經確定時，則通過該燒結爐的所有壓坯都是在一組相同的工藝參數下燒結的，結果是建立了一條穩定的加熱曲線，這就保證了燒結零件的質量即零件尺寸、性能的均勻一致性[4]。

（3）操作簡單，自動化程度高；輔料消耗和熱損失小，零件受熱均勻；依據所選燒結爐制訂燒結爐工藝，即各區溫度、燒結速度，以及氣氛流量的大小，結合燒結爐的結構、負荷的大小、加熱時間以及保溫時間并結合粉末具體參數變化，確定了以下擺放方式，即采用架燒模式，產品4x4均勻擺放在石墨墊板上，產品間隔10～20 mm，如圖4所示。

6 整形工藝設計

6.1 整形方式的選擇——全整形

為了保證信號盤的端面端跳、齒相位角度、平面度以及內孔精度，必須對燒結后的毛坯進行全整形，即內外徑以及高度方向均產生塑性變形。全整形塑變充分，產品出模后彈性回彈小，制品的內外徑尺寸精度可達到IT6-7級[5]，滿足本產品設計要求。

6.2 整形方案設計

（1）因為產品成形和燒結后，產品下部兩個臺階面的高度可能會和預想的會有差異，所以下沖最好做成分沖，這樣根據燒結后產品上下兩個臺階的高度，可以調節好分沖之間的段差。

（2）理論上整形時應先讓下外模沖和上模沖接觸產品，再讓下內沖接觸產品，這樣可以避免產品在臺階圓角處出現裂紋，實際上整形時壓下量只有0.1 mm左右，在壓機上不易測量，可根據產品出模后的狀態做進一步的調整。

6.3 壓機的選擇

根據產品的形狀以及整形方式，決定了整形壓機必須選擇帶上二下二或上二下三模架的壓機，同時該產品的整形壓力經過計算需要100 T左右，結合供應商的實際情況，選擇帶有上二下三結構模架的315 T液壓機。整形裝配圖如圖5所示。

7 后加工工藝設計

凸輪軸信號盤銷孔精度達到7級，其位置與產品外圓齒開口角度的位置關系精確度關系到裝機后信號的準確性，故其孔徑及孔位置精度的尺寸尤為重要。

（1）在樣件階段采用的是鉆孔、鉸孔方式，鉆孔和絞孔是分開完成的，設計了專用夾具及檢具，保證產品質量。

（2）量產后考慮使用專機加工，設計一套專用夾具，保證在一次裝夾的情況下完成鉆孔、絞孔、檢測、壓裝，提高效率。

8 產品的性能及尺寸測試結果

對于不熱處理的粉末冶金零件，燒結后產品的性能已確定，故產品關鍵尺寸檢測如表6所示。

產品所有關鍵尺寸PPK>1.67，過程能力充分。

9 結論

（1）合理的成形模具分沖設計，使得凸輪軸信號盤各區密度均勻，提高了信號輸出靈敏度。

（2）合理的燒結及全整形工藝設計，有效地提高了信號盤的相位角度、內孔IT8級精度等要求，保證了對發動機各個氣缸工況的精確控制。

參考文獻：

[1] 黃培云.粉末冶金原理[M].北京：冶金工業出版社，1997.

[2] 韓鳳麟.粉末冶金零件設計與應用必備[M]. 北京：化學工業出版社，2001.

[3] 劉傳習，周作平.粉末冶金工藝學[M]. 北京：科學普及出版社，1985.

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飛機剎車副潛力無限

新材料享受政策紅利

當前股價：

今日投資個股安全診斷星級：

公司簡介

博云新材是國內領先的先進復合材料制品生產企業，公司軍用、民用飛機剎車副（粉末冶金飛機剎車副、炭/炭復合材料飛機剎車副）、航天用炭/炭復合材料、環保型高性能汽車剎車片、高性能模具材料等四大產品類具有自主知識產權，技術領先。公司在先進復合材料領域“基礎研究-應用研究-產業化”鏈條較為完善、競爭力強，自主開發的炭/炭復合材料性能達到甚至超過國際先進水平。

主營收入。公司營業收入和營業毛利主要來自四大類產品。2009年前三季度，公司實現主營業務收入和歸屬于母公司的凈利潤分別為15753.97萬元、1971.46萬元，分別比2009年同期增長27.22%、13.83%。

經營情況：國外企業在先進復合材料領域具有絕對的優勢，國內市場份額主要由外資把持。公司產品的價格僅僅約為國外同類產品價格的60%，具有較高的性價比優勢和巨大的進口替代需求。隨著國內軍用、民用航空的快速發展和汽車工業（尤其是國產品牌）的高速增長，市場對公司產品需求旺盛，公司主要的產品供不應求。從盈利能力來看，公司銷售毛利率和銷售凈利率比較穩定，即使在金融危機期間也沒有明顯的下滑趨勢。公司穩定的期間費用率展示了良好的三費控制能力，近年來銷售費用率、管理費用率比較穩定，財務費用率在公司募集資金到位后大幅下降。

核心競爭力：博云新材核心競爭力來自在粉末冶金復合材料領域強大的研發實力，其炭/炭復合材料是具有全球競爭力的產品。公司成功開發的飛機剎車副、航天用炭/炭復合材料等產品技術含量高，打破了國外競爭對手長期壟斷的格局，確保了國家航空戰略安全，在國防上具有重要的戰略意義。由于航空航天產品對材料的安全和性能有極高的要求，各國政府均實施許可證（PMA）式生產方式，公司擁有俄羅斯圖波列夫設計局頒發的生產許可證，還是國內企業取得波音系列飛機剎車副PMA證書數量最多的企業，而且空客部分機型飛機剎車副PMA項目已批準立項且取得部分PMA證書，這些資源也是公司的核心競爭力。

產品技術先進 潛在市場巨大

粉末冶金復合材料是以傳統的粉末冶金技術為基礎，結合先進復合材料技術制備的材料，產品廣泛應用于航空、航天、交通運輸、工程機械和能源等領域，在國際上僅有少量的國家擁有核心生產技術。博云新材的產品包括軍用、民用飛機剎車副（粉末冶金飛機剎車副、炭/炭復合材料飛機剎車副）、航天用炭/炭復合材料、環保型高性能汽車剎車片、高性能模具材料四大類。

飛機剎車副：飛機剎車副在重要性上是和發動機媲美的A類消耗性部件，是飛機安全運行的重要保證。博云新材是南方航空、廈門航空、上海航空、海南航空等公司和軍用剎車副合格供應商，其中，圖-154飛機剎車副全面出口前蘇聯各國，空客320系列飛機剎車副已成功試飛并取得PMA證書。在國內民用飛機剎車副市場上，國外廠商在粉末冶金剎車副和炭/炭復合材料剎車副的市場份額都超過80%。公司生產的炭/炭復合材料剎車副的部分性能已經超過國外同類產品，又具有絕對的價格優勢，已經發展成為最大的國產供應商，目前在兩個領域的市場份額分別為10%和6%。國內民用航空的快速發展，公司產品性價比優勢將使公司產品有更多的進口替代需求。我們預計未來隨著我國航空業高速增長，公司產品的市場空間逐漸擴大、市場份額將不斷上升。目前，公司擁有2500套粉末冶金材料飛機剎車副和2000套炭/炭復合材料飛機剎車副產能，募投項目產能為4000套炭/炭復合材料飛機剎車副，增長200%，我們預計該項目2011年將開始貢獻業績。

航天用炭/炭復合材料：在航空航天領域，炭/炭復合材料廣泛應用于航天飛機的機翼前緣、火箭發動機尾噴管等超高溫部位，是火箭發動機的關鍵技術之一。國內航天火箭發動機噴管均采用炭/炭復合材料，公司已有多個型號的產品定型批產。我國將大力發展航空航天技術，公司將是我國航天產品做大做強的最大受益者之一。目前公司擁有2000公斤的產能，募投項目2000公斤產能將于2011年達產，產能增長幅度為100%。

環保型高性能汽車剎車片：汽車剎車片是汽車安全行駛的可靠保證，在汽車零部件名錄上被列為A類關鍵性安全部件，具有易損耗、更換快的特點。目前，無石棉環保型剎車片是市場的主體，其中陶瓷基摩擦材料和非金屬（無鋼纖維）摩擦材料占據了高端汽車剎車片市場。公司的汽車剎車片技術已經達到國際頂尖水平，完全掌握陶瓷基剎車片的關鍵技術和生產工藝、具有非金屬剎車片的技術和生產能力、全陶瓷剎車片、炭/陶剎車片和炭/炭剎車片也已進入開發驗證階段。公司產品已成為中國一汽集團、東風汽車、上汽通用五菱、長豐捷報等汽車主機廠的主要配套廠家，公司還積極介入國外汽車主機企業采購鏈，為美國通用汽車（GM）、德國博世（BOSCH）、美國德爾福（DELPHI）、澳大利亞泛太集團（PBR）和全俄汽車制造股份有限公司等國外汽車主機廠開發的汽車剎車片項目進展順利，與美國H.M.公司合作開發的高性能剎車片已批量供貨。

高性能模具材料：模具材料是模具工業生產的基礎工藝材料，高性能模具材料產品主要應用于級進沖壓模等高端模具領域。我國在高性能模具材料制備技術和模具加工技術等方面與發達國家存在較大的差距，國內市場主要由外國品牌控制。公司的高性能模具材料制備技術達到了國際先進水平，而產品價格僅為國外產品的55%左右。憑借卓越的性價比優勢，公司目前已經打入國內高性能模具材料市場，向國內電機定轉子級進沖模模具前兩位企業寧波震欲和慈溪鴻達批量供貨，產品銷量逐漸擴大。公司目前擁有80噸高性能模具材料產能，募投的120噸已基本建設完畢，產能增長幅度為150%，預計今年開始貢獻業績。

公司正在大力開發納米晶粒高性能模具材料、風電機組用剎車片、高鐵剎車材料、磁懸浮列車磨耗材料和工程機械摩擦材料等。公司產品在航空航天、汽車、高端沖壓模具三個領域的成功應用，為公司拓展高性能粉末冶金復合材料其他應用領域提供了良好的示范效應。未來公司產品將有潛力應用于高鐵、風電、工程機械等領域，這些項目是我國“十二五”規劃重點建設的領域，產品的潛在市場空間廣闊。

篇6

【關鍵詞】冷作模具鋼；性能；熱處理

1、引言

目前狀況下，世界上主要存在著三種通用的冷作模具鋼，具體情況見表1。

就我國而言，目前狀況下所使用的冷作模具鋼大多數都為低合金工具鋼CrWMn、高碳高鉻鋼Cr12和Cr12MoV等傳統的典型鋼種。CrWMn鋼具有較高的淬透性，經過淬火之后，鋼體發生耳朵變形程度相對較小，但是，它仍然存在著一定缺陷，突出表現在韌性與變形要求之上，并不能對市場上各種模具進行有效的滿足；Cr12型鋼最大的優點便是具有較高的耐磨性，然而它的碳化物的均勻性相對較弱，當在尺寸較大時，反復鐓拔收效不大，并促使其變形的方向性和強韌性出現一定程度的降低。

2、高韌性高耐磨性冷作模具鋼

對于Cr12型冷作模具鋼來說，其突出特點表現為耐磨性高，但是，相比較于其它的冷作模具鋼，它在韌性與抗回火軟化能力方面表現出一定的不足。雖然基體鋼與低碳高速鋼能夠在一定程度上彌補Cr12型冷作模具鋼在韌性方面的不足，但是其耐磨性仍然不是很高，不能滿足所有的市場的需求。為了對這一問題進行有效的解決，各個國家都作出了積極探索。近幾年來，已經研發出了一套約含8％鉻、鉬、釩的韌性較高的耐磨性冷作模具鋼，這種模具鋼的碳、鉻含量與Cr12型模具鋼相比較低，因此，在這種模具鋼之中對鎢、鉬和釩的含量進行一定程度的增加，通過這種辦法來對其二次硬化能力與耐磨性進行有效的提高。這種類型的鋼具有較高的淬火溫度，一般情況下，在1040℃到1160℃之前，這樣一來，就能夠對剛的碳化物偏析進行改善，并對鋼的韌性進行有效的保證。這種類型的模具鋼與Cr12Mo1V1鋼、Cr12型鋼相比，具有一定的優越性，首先，它的耐磨性高于Cr12Mo1V1鋼。其次，它的韌性和抗回火軟化能力則高于Cr12型鋼。代表鋼號有美國的VascoDie（8Cr8Mo2V2Si）、VascoWear（8Cr8Mo2V2WSi）、日本的TCD（Cr8V2MoTi）、QCM8（8Cr8Mo2VSi）、DC53（Cr8Mo2VSi）、瑞典的ASSAB88及我國開發的7Cr7Mo2V2Si（LD　鋼）、9Cr6W3Mo2V2（GM鋼）和ER5等。

3、火焰淬火冷作模具鋼

為了滿足市場上對于冷作模具鋼的高需求，國外已經開發出了與火焰淬火工藝需要具有較高適應度的專用冷作模具鋼。目前狀況下，它已經在制造剪切、沖壓和冷鐓等冷作模具中有了十分廣泛的作用。這類鋼具有諸多的特點，主要表現在以下幾個方面：①模具鋼具有較為優越的淬透性，能夠在比較寬泛的溫度范圍內進行淬火。而如果溫度達到了100℃到250℃之間，在這種條件下進行淬火，空冷之后，能夠使其表面硬度以及心部硬度得到明顯的增加；②運用這類模具，在很大程度上便利了使用火焰噴嘴對模具施以局部加熱淬火作業，可在機加工完成后采用氧乙炔噴槍或專用加熱器對模具的工作部位加熱并空冷淬火后直接使用。對于冷沖壓模具來說，一般情況下，只有當溫度達到了150℃到200℃時，在對其進行淬火，這種條件之下使得淬火之后工件的變形程度相對較小，并且能夠對堆焊修復工藝進行有效的利用，除此之外，它還具有著相對較好的機械加工性能。

4、空冷微變形模具鋼

對于空冷微變形模具鋼來說，其優點主要表現在較低的合金元素含量（Me5%）、高淬透性與高淬硬性。通過對這種鋼進行有效的使用，100mm的工件就可以進行空冷淬透，一般情況下，在淬火之后，工件的硬度能夠達到62～64HRC之間。除此之外，這類鋼熱處理變形小、工藝簡便、淬火溫度低和強韌性好，并有適當的耐磨性。在淬火結束之后，一般情況下，對其進行一定程度的低溫回火，這樣就可以對內應力進行有效的消除。而對于工作動載荷較高，要求韌性較高的模具，則采用高溫淬火和高溫回火工藝。目前狀況下，這種空冷微變形模具鋼已經在重負荷、高精度冷作模具的制作當中有了十分廣泛的運用。主要代表性鋼號有：美國ASTM標準鋼號A4（Mn2CrMo）、A6（7Mn2CrMo）；日本的大同特殊鋼公司的G04、日本日立金屬公司的ACD37鋼等。

5、粉末冶金冷作模具材料

通過對粉末冶金方法進行有效的使用，可以使用水霧化法對鋼水進行一定程度的霧化，并使之成為細小的鋼粉末，然后運用一定的辦法使這些細小的鋼粉末進行快速的凝固，可以生產出用傳統冶金方法難以生產的超高碳、高合金（尤其是高釩含量）、高耐磨性的模具鋼，使鋼中含有更多的硬質碳化物VC。目前狀況下，經過相關機構與學者的積極探索，國外已經研制出了多種粉末冶金冷作模具鋼，主要的代表性鋼號有：美國研制的CPM15V是CPM10V的改進，而CPM440VM和Suprator是CPM440V的改進。

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關鍵詞：微波燒結 原理 進展

中圖分類號：TK11文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）14-0053-03

The Principle and Development of Microwave Sintering Technology

Fang Ke；Fang Li

（School of Materials Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430073，China）

Abstract: Microwave sintering is a new type of technology，it has great development prospect in the fields of ceramic materials and powder metallurgy etc., and it is greatly possibile to become the main method of material preparation in the new century. The technology of microwave sintering has many great advantages such as much higher speed, lower energy consuming, more safety, no pollution, and so on, so it has significant effect on the development economic and societyin our country. The origin and evolvement, the principle，unique character，equipment, research advance of the technology are reviewed in this paper.

Key words: microwave sintering；principle；development

0引言

微波燒結是指采用微波輻射來代替傳統的外加熱源，材料通過自身對電磁場能量的吸收（介質損耗）達到燒結溫度而實現致密化的過程。二十世紀50年代美國的VonHippel在材料介質特性方面的開創性研究為將微波加熱應用于材料燒結奠定了基礎[1]；從60年代至90年代，各國研究人員對微波燒結原理、特點和應用等各方面開展了廣泛、深入和系統的研究，積累了大量數據和經驗，逐漸認識和掌握了這項新型技術，其環保、節能、高效等諸多優點激起眾多材料研究人員的興趣和研究熱情，得到各國政府高度重視；90年代后期，微波燒結進入產業化階段，美國、加拿大、德國等發達國家開始小批量生產陶瓷產品[2-4]。

1微波燒結原理

微波燒結技術是基于物質與電磁場相互作用中產生熱效應的原理。當材料的基本細微結構與特定頻率的電磁場耦合時，內部微觀粒子響應電磁振蕩，熱運動加劇，材料發生介質損耗，吸收微波能轉化為熱能。將微波加熱原理應用于傳統燒結工藝，就是微波燒結。在微波燒結中，因存在電磁場作用，材料介電性能、磁性能以及導電性能等特性對燒結效果具有重要影響[5，6]。

1.1 介質材料在外加電磁場作用下，介質材料中的極性分子會受到電場力作用，從原來的隨機分布狀態轉變為依照電場方向取向排列。高頻電磁場每秒交替變換幾億次，分子排列取向周期往復改變，發生劇烈運動，電磁能不斷被損耗，轉化為粒子劇烈運動的動能，材料溫度升高。介質材料在電磁場的作用下會產生電子極化、原子極化、偶極子轉向極化和界面極化等介質極化，各類極化建立和消除的時間周期存在差異。由于電磁振蕩頻率很高，材料內部介質極化過程無法跟隨外電場變化，極化強度矢量相對于電場強度矢量滯后一個角度，導致有電流產生，構成介質材料的耗散。在微波波段，主要是偶極子轉向極化和界面極化產生的吸收電流構成材料的功率耗散 [4]。

1.2 金屬材料金屬導體在微波電磁場中，其內部自由電荷在電磁場作用下，會迅速向導體表面聚集。馳豫時間用來表征自由電荷響應電磁場變化的快慢。由于馳豫時間遠小于電磁場振動周期，故在每周期剛開始，自由電荷就已聚集于導體表面，內部自由電荷密度為零。塊體金屬內部不存在自由電荷，缺少與電磁場相互作用、吸收和轉化的媒介，因而無法被有效加熱 [7]。但金屬導體置于電磁場中，導體表面會有電流產生，存在歐姆損耗。故只要減小金屬導體的宏觀尺寸，使之能與微波電磁場完全耦合，就能有效實現加熱和燒結 [8]。

在微波燒結中，除明顯的微波熱效應外，還存在一定的微波非熱效應，包括活化過程速率增強、化學反應途徑改變以及燒結體性能改變等。微波非熱效應是微波燒結中的重要因素，使各種微粒的遷移變得更容易發生，且遷移速率提高很多，對材料致密化過程起到明顯的促進作用[6,9]，具體表現就是燒結溫度更低、升溫速度更快、燒結時間大幅縮短。

2微波燒結特點

在傳統燒結過程中，材料表面、內部和中心區域溫度存在較大梯度，容易導致晶粒不均勻，內部存在較多缺陷。微波燒結依靠微波電磁場輻射透入材料內部，材料整體發生介質損耗而升溫，各部分溫差小，易得到均勻細晶結構，材料性能得到顯著改善。與傳統燒結相比，微波燒結主要有整體加熱、低溫快燒、無加熱慣性、選擇性加熱等顯著特點[4]。

微波燒結能耗低，效率高，比傳統燒結節能80%左右，而且清潔、安全、無污染。微波燒結能得到均勻細晶顯微結構，孔隙少且規則，材料具有更好的延展性和韌性，宏觀性能優異[3，10]。微波燒結具有的獨特優點預示其在現代材料制備行業中擁有廣闊的發展空間，被廣泛譽為“燒結技術的一場革命” [6]。

3微波燒結裝置

3.1 燒結裝置微波燒結實驗裝置由微波發生器（磁控管和調速管）、波導管、加熱腔和微波電源組成，加熱腔有諧振式和非諧振式兩種，諧振式加熱腔又有多模場型和單模場型兩種 [3]。單模場型可形成穩定的電磁波，能量集中，適合燒結低損耗材料，但均勻場區小，無法燒結大尺寸工件；多模場型諧振腔結構簡單，易得到較大區域的均勻場強，可用于燒結大尺寸、介質損耗高的材料[11、12]。為得到穩定和均勻的電磁場分布，必須對加熱腔進行合理設計。

3.2 燒結工藝微波燒結的工藝參數主要有微波源功率、微波頻率、燒結時間和升溫速度等[1]。研究表明，在同等燒結條件下（燒結溫度和保溫時間），微波燒結晶粒要明顯大于常規燒結，說明微波作用下晶粒生長更快、致密化過程更加迅速；溫度過低會導致“欠燒”，過高或保溫時間太長會引起晶粒異常長大；升溫速度也是重要因素，如升溫速度較，加熱時間就得適當延長，因而使材料在高溫區停留時間較長 [13]。

不同類型的材料介質損耗能力不同。一些材料在低溫下介質損耗小，幾乎不吸收微波能，無法有效加熱。對此，可加入介質損耗高的材料，以起到輔助加熱的作用，主體材料達到一定溫度后，損耗因子迅速增加，可直接吸收微波能 [14]；或者采用外加熱源――比如電阻加熱，在材料臨界溫度以下起輔助加熱作用 [15]。在微波燒結中，在樣品周圍放置介質損耗高的輔助材料有利于提高升溫速度和保溫，形成穩定均勻的溫度場 [12]。

研究表明，不同類型的材料在分別放置于電場或磁場區域中時，會表現出極為不同的加熱行為。導體材料，如金屬或合金粉末壓坯，在磁場中的加熱效果比在電場區要好；相反，氧化鋁、氧化鋅等陶瓷材料在純電場中的升溫速率更高。另一方面，在材料與電磁場相互作用過程中，材料結構狀態起著關鍵作用，如銅粉末壓坯在電磁場中能有效吸收微波能，而塊體銅就不能 [16]。

4研究進展

迄今，研究人員已對幾乎所有的氧化物陶瓷材料開展了微波燒結研究，較為成功的有Al2O3、ZrO2、ZnO、MgO、SiO2及其復合材料等， B4C、SiC、Si3N4、TiB2、AlN等是采用微波燒結成功制取的非氧化物陶瓷材料 [4]。另外，金屬粉體具有較強吸波能力 [7]，將微波燒結應用于粉末冶金，成功制取了環狀、管狀和齒輪等結構和形狀復雜的金屬制品，所制得器件比傳統制品具有更加優異的力學性能，顯微結構的均勻性好，氣孔率很低[17]。

4.1 陶瓷材料微波燒結能得到均勻細晶結構，因此微波燒結比常規燒結更容易制備出透明陶瓷 [4]，如微波燒結可以實現A1N透明陶瓷的低溫燒結 [18]，而且大幅縮短燒結時間 [4]。

微波燒結可使氧化鋅壓敏陶瓷材料快速成瓷，獲得相同晶粒尺寸微波燒結溫度更低，燒結時間更短。但隨著燒結時間的延長，晶界Bi相揮發，晶粒迅速長大，電阻片的電性能變差 [19]。采用微波燒結法制備氮化硅陶瓷，微波場可以促進Si3N4的α相向β相轉變的速度，提高材料密度 [20]。

陶瓷材料是脆性體系，如何提高其韌性一直是個難題。在微波燒結制備ZnO2（n）增韌Al2O3復合陶瓷的實驗中，得到相對體積密度為95.5%、力學性能較好的15vol% ZrO2/ Al2O3 復合陶瓷，其硬度、斷裂韌性和抗彎強度分別為13350MPa、6.41MPa?m1/2和502MPa[21]。

在制備納米陶瓷材料方面，微波燒結可提高Al2O3/SiC納米復合陶瓷的強度和韌性，改善材料的顯微結構，促進致密化和晶粒生長 [22]。微波燒結制備Si3N4納米陶瓷，在相同密度下，強度比傳統燒結樣品提高25%~30% [5]；采用微波法制備Al2O3-ZrO2（3Y）納米復相陶瓷，材料達到了很高的致密度，并提高了斷裂韌性[23]。微波燒結Al2O3-TiCN-Mo-Ni納米金屬陶瓷[24]，燒結前后晶粒尺寸變化很小。

研究的陶瓷材料還有氧化鋅壓敏電阻陶瓷[19,25]、ZrO2/LaNbO4-MoSi2復合陶瓷[26]、TCP/TTCP復合生物陶瓷材料[27]、Al2O3/SiC納米復合陶瓷[22]、納米TiO2材料 [28]、Bi2O3-ZnO-Ta2O5陶瓷 [29]、Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金屬陶瓷 [30]等各種現代陶瓷材料。微波燒結技術在現代材料制備領域中正得到越來越廣泛的研究和應用。

4.2 粉末冶金鎢、釩、鈮、鉭、鉬等難熔金屬及其合金材料因高熔點和一些特有性能，在國防軍工、航空航天、電子信息、能源、防化、冶金和核工業等領域起著不可替代的作用，相關研究異常活躍。因難熔金屬熔點高、塑性差，主要采用粉末冶金法制備。采用傳統方法，在燒結過程中晶粒極易迅速長大，導致制品性能降低 [31]。

微波磁場下燒結WC-Co硬質合金 [32]的升溫速率比在電場下要大，但溫度只能升至1160℃左右；微波電場下燒結時，可以得到性能較好的合金。微波燒結制備WC-12Co硬質合金，在1400～1475℃范圍內，隨燒結溫度升高，WC晶粒長大不明顯，合金密度和硬度增大；在1475℃的燒結溫度下保溫0min，燒結樣品顯微組織結構均勻，但保溫時間超過30min，由于晶粒異常長大以及鈷相分布不均勻，導致合金的密度和硬度急劇下降[33]。

微波燒結制備W-Ni-Fe高密度合金 [34，35]，升溫速度快，燒結周期短，僅為常規燒結的1/7；微波燒結能促進合金致密化，如燒結時間較短，微波燒結樣品的晶粒尺寸小于常規燒結；但微波燒結樣品的生長速率更快，不宜過度延長燒結時間。對微波燒結93W-Ni-Fe合金微觀組織和力學性能研究表明，試樣組織均勻、細小，鎢顆粒明顯小于傳統燒結水平，徑向性能分布均勻；微波加熱能達到常規尺寸鎢合金的透燒深度，但仍存在較多孔洞等缺陷 [35]。

在相同溫度下燒結Fe-Cu-C合金 [36、37]，微波燒結比常規燒結具有更致密的微觀結構。而且，金相觀察表明，微波燒結有一個致密的核心，邊緣多孔。這表明材料自身發熱，熱傳遞從內而外，內部溫度高于表面 [38]。

研究的金屬材料還有銅鐵合金、鎢銅合金及鎳基高溫合金等。形狀記憶合金是一類新型功能合金材料，在航空航天、機械電子、生物工程、臨床醫療、能源和自動化等領域用途廣泛，其獨特的形狀記憶效應在于存在熱彈性馬氏體。合金的微觀組織結構對形狀記憶效應影響很大，微觀組織越均勻越有利于馬氏體的均勻分布 [39]。如采用微波燒結制備形狀記憶合金，其整體加熱、低溫快燒等特點能大幅優化合金顯微結構（細化晶粒，減少缺陷），從而使形狀記憶效應得到顯著增強。

5結語

工業上已成功實現了陶瓷材料的連續化和小批量生產。加拿大的MicroWear公司建成了一個全部采用微波燒結制造氮化硅陶瓷刀具生產中心，美濃窯業于2000年開發出了可實際應用于陶瓷工業的大型微波高溫燒結設備[40]。近年來，中科院沈陽金屬研究所在國家新技術“863計劃”的資助下，已成功研制出多臺MFM-863系列的微波燒結設備。據報道，美國的Spheric科技有限公司已授權中國最大的微波爐生產企業長沙隆泰微波熱工有限公司生產工業用高溫微波燒結系統。

微波燒結技術是人類社會進入二十世紀六十年代后才出現的新型技術。在文明步入二十一世紀，微波燒結技術因其節能高效、清潔無污染、安全可靠等諸多優點，在現代材料領域擁有廣闊的發展空間，市場潛力巨大；在科學研究方面具同樣有重大而深遠的意義，對技術進步以及社會發展將產生革命性影響。自微波燒結技術誕生以來，各國政府都高度重視，不惜投入巨大的人力和物力資源來開發這一新型技術[3]。

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篇8

（延安大學物理與電子信息學院， 延安 716000）

摘要： 論文詳細介紹了泡沫鎂的幾種常用制備工藝，并論述了各種制備工藝的優缺點。另外，對泡沫鎂的性能及其應用領域做了簡要概括。

關鍵詞 ： 泡沫鎂；制備；性能；應用

中圖分類號：TB34 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）23-0141-02

基金項目：國家大學生創新訓練計劃項目階段性成果（201210719027）；延安市科技計劃項目成果（2011kg-12）。

作者簡介：楊慧華（1992-），女，重慶人，碩士研究生，主要從事新型功能材料的研發。

0 引言

泡沫金屬由于低密度、高比強度、高比剛度、吸能性能、阻尼性能、吸聲、隔熱性能好，一直備受國內外相關研究者對其制備、性能及其應用的關注[1，2]。目前，已經發展了鑄造滲流法、粉末冶金法、熔體發泡法等有關泡沫金屬的制備方法。作為結構材料，泡沫鎂具有更好的阻尼減震能力，優良的抗電磁干擾性、良好的導熱性、還可作為生物材料，此外鎂合金還易于回收利用，然而對其性能的研究主要集中在制備工藝及其力學性能和仿生性能三個方面。近年來，我國在鎂合金的生產利用上取得了長足的進步，并在汽車等民用工業領域及航空、航天等軍工領域有了很大程度的進展，國外也一直致力于泡沫鎂材料的制備與應用研究，鎂合金越來越多的被用于汽車發動機的重要零部件，賽車及高檔車的輪轂也開始逐步采用鎂合金。此外作為生物材料，泡沫鎂將發揮其生物相容性、可降解吸收等獨特的性能優勢，應用于松質骨修復和骨組織工程支架材料，在醫學領域具有廣闊的應用前景。

1 泡沫鎂的制備工藝

1.1 粉末冶金法

粉末冶金法是一種制備泡沫鎂非常有前景的制備工藝，該制備方法工藝簡單，成本低廉，而且，采用該方法制備的泡沫鎂成分均勻無縮孔，可以實現材料的近凈成形。粉末冶金法制備泡沫鎂工藝流程如圖1所示，大致可以分成以下5個階段：①將尿素顆粒和鎂粉末均勻混合，混合過程可加入適量的無水乙醇，使混合均勻；②將混合物置于模具中，采用單軸壓制的方式，壓制成型；③脫溶處理，將坯體沉浸于去離子水中，使坯體中尿素顆粒90%溶解于水中；④干燥處理，將多孔坯體置于真空干燥箱中加熱至120℃保溫2小時，去除多孔坯體中多余的水分及殘余的尿素；⑤真空燒結，高溫狀態下真空燒結兩小時，使鎂顆粒之間由機械結合轉變成冶金結合。此方法制備的不同孔徑尺寸的泡沫鎂試樣的形貌如圖2所示。

1.2 滲流鑄造法

滲流鑄造法是制造泡沫金屬的另一種主要方法，國內南昌大學較早使用負壓滲流法制備出泡沫鎂合金，其基本原理是迫使熔融金屬—鎂液進入填料粒子間隙，冷卻成型后去除填料粒子形成泡沫鎂，真空滲流原理圖如圖3所示。

滲流鑄造法所選用的填料粒子非常關鍵，填料粒子的選擇一般具有如下條件：①熔點高于金屬；②易于去除；③對金屬無腐蝕。實驗上常選用NaCl和MgSO4作為填料粒子來制備泡沫鎂，但是，NaCl對鎂具有較強的腐蝕性，容易使泡沫鎂產品潰散，因此，常選用MgSO4來作為填料粒子。滲流鑄造法的優勢是可以得到孔隙均勻，結構理想，力學性能優良的產品，并且工藝過程可變因素少，易于控制、操作簡單。采用滲流鑄造法制備的泡沫鎂樣品宏觀形貌如圖4所示。

1.3 熔體發泡法

熔體發泡法制備泡沫金屬的原理就是在熔融的金屬中產生大量的氣泡，等到熔融金屬冷卻后，滯留在其中的氣體便在金屬中形成氣孔，形成泡沫金屬[6]。熔體發泡法制備泡沫鎂已經發展為一項成熟的工藝。熔體發泡法通常采用的發泡劑為TiH2，但是采用該發泡劑制備出泡沫鎂合金卻是很難的。南昌航空大學采用MgCO3作為熔體發泡劑，成功制備出泡沫鎂合金材料。在熔體發泡工藝的過程中，需要增加合金熔體的黏度；因此制備泡沫鎂合金時可以在熔體中混入分散的耐高溫的固相物質的微小顆粒，如選用SiC顆粒。

熔體發泡法的整個工藝過程容易進行，具有可批量機械化生產的有利條件，不足之處在于發泡過程的影響因素較多且敏感，將導致孔隙的成型不夠穩定以及孔隙的結構受到影響等問題。

另外制備泡沫鎂還可以采用熔模鑄造法、定向凝固法、真空發泡法等方法。各種制備工藝都具有自己獨特的優勢，同時也不可避免的存在不足，這些制備工藝不僅僅適用于制備泡沫鎂，可以拓寬至其它泡沫金屬的制備，如泡沫鋁、泡沫鎳、泡沫銅等。實驗上，應該針對金屬種類的不同選擇合適的制備工藝，力求得到高質量的泡沫產品。

2 泡沫鎂的性能及其應用

泡沫鎂作為一種多孔金屬，其獨特的結構特點決定了其作為結構材料和功能材料具有比實體金屬不可比擬的優勢。泡沫鎂的特殊性能主要表現在吸聲性能、阻尼性能、能量吸收性能、防爆破沖擊性能、仿生性能、電磁屏蔽性能等方面，這些特殊的性能使得泡沫鎂在不同的領域具有應用價值。

泡沫鎂的高孔隙率結構使其具有良好的吸聲性能，當聲波進入泡沫鎂中，其流動阻力會升高造成粘性損失，另外，聲波與泡沫鎂表面的熱量交換會造成熱損失[7]。利用其吸聲性能，可以將泡沫鎂制作成消音材料如隧道中的消音板、工廠中的防聲墻，還可以制作成魚雷的隔音板應用于國防領域。

泡沫鎂可以看作是由三維網狀金屬骨架和孔洞所組成的復合材料。當泡沫鎂受外力作用時，基體中產生的復雜的不均勻的應變導致缺陷區域原子重排，造成能量耗散。因此，泡沫鎂可以作為一種新型輕質高阻尼材料。在軍工領域，泡沫鎂可以被用于制造坦克變速箱、傳動箱，噴氣機控制盤的外殼等；在機械工業中，可被作為機床軸承構件，以此來降低儀器振動噪音，提高其使用壽命和儀器儀表的精確性。

研究表明，泡沫鎂具有很好的生物相容性、力學相容性和生物降解性，并且具有利于細胞生長的孔結構，因此，泡沫鎂可以作為理想的仿生材料用于替代人體的骨骼[8]。目前，作為仿生材料的使用瓶頸是如何解決其在人體組織中耐腐蝕性較差的難題。通常所采用的方法是對其表面進行改性處理，使其成為可植入人體的有效的仿生材料。

泡沫鎂的吸能和抗沖擊性能可以使其發展為有效的防震材料，應用于精密儀器的包裝外殼；也可用于制造緩沖器，用于汽車車身外殼。泡沫鎂對電磁波具有很強的吸收和反射能力，其電磁屏蔽性能好，因此，可以將其用于制作精密電子儀器的外殼。

3 結語

論文簡要介紹了泡沫鎂的幾種制備工藝，并對各種制備工藝的優勢及需要注意的問題做了作了闡釋。泡沫鎂作為結構和功能統一為一體的新型輕質材料，由于其特定的結構性能，在較多領域具有應用前景。目前，泡沫鎂的一些性能被開發出來，也在一定的領域的到應用，但其尚不能在實際中的到廣泛應用，因此，要使泡沫鎂真正走入市場，研究者還需對其各方面的性能進行深入研究，進一步拓寬其應用范圍。

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篇9

假：假產品的標識不全，“三無”產品居多。有嚴重的超差和損壞：配件尺寸、形狀或位置超差，或有劃痕、開裂、殘缺不全以及嚴重銹蝕等。

冒：冒用正規廠家的注冊商標、合格證和包裝。這類產品一般制作精良，但在選材、加工工藝上存在偷工減料現象。如不按技術要求進行切削加工、熱處理以及未按正確的方法進行連接等。

偽：偽造商標、合格證和包裝，用廉價的、易加工的材料代替原設計要求的材料，以次充好，以假充真，最常見的有用普通灰鑄鐵代替優質鑄鐵、鑄鋼、優質鋼以及粉末冶金材料。

劣：劣質配件是指配件在材料上存在缺陷，這些缺陷往往會影響配件的強度以及其他配件的配合關系。如鑄件有嚴重的氣孔、縮孔和裂紋等。

二、如何選購合格農機配件

1、選擇省、市、縣農機主管部門定點的，持有營業執照。

2、購買正規廠家生產的產品標識齊全的產品。

3、購買正宗的原廠配件和整機配套廠生產的零配件。

4、根據產品說明書及零件圖冊等技術文件，摘記配件名稱、型號、商標、單臺數量、技術要求(如材料、尺寸、公差、機械強度及連接方式等)資料，以便購買時對照參考，最好備一些簡易的檢驗工具(如游標卡尺、小銼等)。

三、識別真假配件的基本知識

1、配件材質的真偽鑒別

在劣質配件中，材料品種以次充好的約占35％以上。最常見的替代材料有普通灰鑄鐵(以下稱灰鐵)以及普通低碳鋼(以下稱低碳鋼)等。而常被替代的材料有優質鑄鐵(如球墨鑄鐵，以下簡稱球鐵)、鑄鋼、優質鋼、合金鋼和粉末冶金材料等。也出現過銅材和鋁材被替代的事例。配件材料真偽可參照以下方法進行識別。

1)看切削加工面：灰鐵：呈灰色，光澤很暗，表面看來較粗糙；球鐵：灰色，光澤較灰鐵亮，表面粗糙程度似灰鐵；鋼：有較亮的光澤(但鑄鋼略暗)，組織細密，磨削或鉸削的表面亮如鏡面，手摸感覺細膩光滑，鉻鋼的磨削面常見細小的亮斑。鐵基粉末冶金；呈銀灰色，組織細密，其光澤在鋼、鐵之間。此外，用手擦光滑的切削面，灰鐵可使手染成黑灰色，且不易擦去。球鐵也可使手染黑，但較灰鐵輕，而鋼則不染手(灰塵除外)。

2)聽敲擊聲：懸吊起配件，以受錘或其他金屬物敲擊，敲擊力不要過大，并用耳朵貼近或被試件細聽，他們所發出的聲響是不同的。灰鐵：聲音低沉，持續時間極短。球鐵：聲音清脆，有余音，持續時間較短。鋼；聲音清亮，余音似細細的鈴聲，持續時間較長。

2、觀察表面缺陷判斷配件質量。鑄造生產中，由于受原材料特點、操作技術及生產條件的影響，難免會出現一些鑄造缺陷，我們應當根據缺陷的性質、部位和嚴重程度來判斷配件的質量。

1)孔洞類缺陷：這是鑄鐵件上比較容易發現的最常見的缺陷。如：氣孔、針孔、縮孔及縮松等?？蓞⒖枷铝袠藴蚀_定配件是否可用。

①與轉動的軸頸相配合的表面，如襯套、滑動軸承等的內壁，不允許存在孔洞類缺陷。

②過盈配合表面，如安裝滾動軸承的座孔孔壁以及帶輪、齒輪的軸孔孔壁等，允許存在直徑不大于被查表面最小寬度的1／20、深度不大于直徑(小徑)1／4、數量不多于3個孔洞，但孔洞的間距以及被查面邊緣的距離不得小于孔洞直徑(取最大值)的5倍?？s松以分布范圍計空洞直徑。

2)尺寸、形狀及位置類缺陷，此類缺陷常見的有尺寸超差、鑄件錯型和鑄件錯芯等。

①尺寸超差，如長度、厚度或孔距等超差，當尺寸與要求相差較大時，應放棄購買。

②鑄件錯型(也叫錯箱)。此時可見鑄件的一部分與另一部分在分型面處相互錯開。錯型往往會使加工后的壁厚減少，影響強度，同時也可能影響與其他件的配合關系或影響外觀。如果錯開的尺寸不大于錯型部位最薄處的1／30，可考慮選用。

(3)夾雜類缺陷及殘損，夾雜類缺陷是指鑄件體內裹夾著其他金屬、鐵粒、礦物渣或型砂等異物。如果加工面有夾雜部位，則在加工表面就要形成充滿異物的孔洞，直接影響零件表面配合，所以配合表面上存在著夾雜異物的配件建議不采用。此外，配件的配合表面不能存在變形及殘缺，任何部位都不能存在裂紋。

3、仔細查看產品的法定標識和廠家防偽標記

1)產品法定標識主要是：①有產品質量檢驗合格證；②有中文標明的產品名稱、生產廠名和廠址；③有產品規格型號、等級和注冊商標。

2)看標記：每個廠家在制造加工時，所用材料和采取的加工工藝不同，都有自己的特殊標記。如：無錫威孚油泵油嘴廠的防偽標記是兩臺油泵試驗臺，且防偽標記是一次性的。洛陽拖拉機廠、青海油泵油嘴廠生產的柱塞呈黑色，蘭州油泵油嘴廠生產的柱塞、油閥上都有一個弧形的退刀細印。

4、經驗判斷及檢測

用隨身攜帶的卡尺測量配件尺寸，和自備資料卡比較，辨別真偽。下面介紹幾種常用配件的鑒別方法。

1)常見農用車配件的鑒別

鋼圈：不管什么型號的鋼圈，側面都應該有合格證、商標、型號、規格和廠名等標記，且清晰醒目，表面光滑、有光澤、無裂紋，為上品。

滾動軸承：一般正品軸承外觀光亮，涂有防銹油；滾珠軸承保持間架的鉚釘鉚接均勻，鉚釘頭正而不偏；用手指套住軸承內圈，在外圈做一記號，多次隨意轉動軸承，每次記號停止位置不同者為正品。

齒輪及油封：正品齒輪齒面光滑，涂有防銹油，側面有鋼印號碼；正品油封表面光滑；唇口無毛邊，緊扣唇口的彈簧不脫落；0型圈，圓度好，光滑無毛邊，彈性好。

2)三大偶件的鑒別

柱塞偶件：觀察柱塞在柱塞套內活動是否靈活、表面是否有磨損痕跡，然后作滑動性試驗：用手指拿住清洗后的柱塞套，傾斜45度，輕輕抽出柱塞約1／3，然后松開，柱塞應在自身重量下自由下滑落在柱塞套支撐面上，再將柱塞抽出，轉動任何角度，用同樣辦法試驗，結果應該相同。密封性實驗：用一手手指堵住柱塞套的進油口，回油口及導向孔，另一支手拉出柱塞，并將它放在中等或最大供油位置，將柱塞由最下位置往外拉，拉出的距離以柱塞上沿不露出柱塞油孔為限，此時感覺到有明顯吸力，松開柱塞時，柱塞能迅速地回到原來的位置。

出油閥：首先檢查減壓環帶、密封錐面有無磨損，然后作滑動性和密封性試驗?；瑒有栽囼灒耗米≡诓裼椭星逑催^的出油閥閥座，并在垂直位置抽出閥體的1／3，松開閥體應能在自身重量下，自由落在閥座支撐面上，將閥體旋轉任意角度，重復上述做法，結果相同為正品。密封性試驗：密封錐面，用大拇指和中指拿住出油閥閥座，食指按住出油閥閥體下平面的孔，將出油閥閥體放入閥座中，當減壓環帶進入閥座時，輕輕按下閥體，若感覺到空氣壓縮力，松開手時，閥體應能彈出來。

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關鍵詞： 教學法 課堂教學 內容拓展 機械制造工藝

在機械專業課程課堂教學過程中，嚴格按教學計劃實施教學是必需的，但是，若僅局限于課本知識的講授，則往往使教學內容枯燥乏味、空洞刻板，教學容量不足。根據教材的內容特點和學生的認知水平開展拓展教學，適當增加一些與教學內容貼近的小故事、有趣的小插曲；補充一些新工藝、新技術；利用教學實踐錄像、多媒體課件、現場實踐參觀教學等，可取得事半功倍的教學效果。

一、通過拓展教學幫助學生建立合理的知識結構

隨著科學技術的不斷進步，現代生產加工技術的飛速發展，各種新技術、新工藝、新材料和新設備不斷涌現，機械制造技術正向著高質量、高生產率、低消耗、低成本和有利于保護環境的方向發展，計算機控制技術日漸融入機械制造加工方式，對機械專業人員的知識結構要求發生變化。因此，在機械專業理論教學中，及時拓展這方面知識，可幫助學生了解新技術、新工藝的發展現狀，建立合理的知識體系。

例如，筆者在講解鑄造工藝特點時，以一根漂亮的不銹鋼表帶為話題，拓展講解了“注塑成型+粉末冶金合成新工藝”，即精細鑄造[1]。其基本原理是：將樹脂等混合于平均粒徑為5～10μm的金屬粉末中，并以此為原料用注塑成型機注射加工成型，經過熱處理工藝除去其中的樹脂成分，然后采用與粉末冶金相同的方法進行燒結處理。這種方法適用于制造表帶等復雜的小型不銹鋼制品，與現行金屬加工方法相比，成型容易，效率高，可望推廣應用于照相機、縫紉機、機器人、汽車等精密零件的加工中。這樣拓展幫助學生了解到精細鑄造的新工藝，完善學生鑄造工藝的知識體系。

二、通過拓展教學增加課堂教學容量

在課堂教學過程中，如果拘泥于教學計劃實施教學，僅局限書本上的有限知識，則往往顯得教學內容枯燥乏味、刻板，教學容量不足。身處信息爆炸、科學技術飛速發展的時代，在有限的學習時間內，更多地了解與專業相關的新技術、新工藝非常重要。通過使用多媒體課件、播放現代制造技術的錄像等，可增加課堂知識容量，也可使內容更生動直觀。

例如，在講解鍛造工藝特點時，通過播放錄像拓展介紹水下爆炸沖壓工藝。該工藝所用裝置是一門所謂“水下沖壓火炮”，且所配火藥與傳統火藥成分不同，其組成是酸、丙烷、丁烷的混合物[2]，所用炮彈是一個工作閥。沖壓火炮擊發時，不產生任何濃煙。擊發后，特制炮彈――工作閥在1/1000s的瞬間內，以極高的速度向水沖擊，被沖擊水流可產生相當于100MPa的大氣壓的沖壓力，在此高壓作用下，被加工零件便能獲得所需形狀。該沖壓工藝具有加工成本低、效率高和結構緊湊的特點，無需配置傳統沖壓工藝所用的笨重的液壓系統及各種高壓泵和分流裝置等。目前，利用該沖壓工藝加工的重型汽車及拖拉機后橋，不僅比原來的鑄造件強度高，而且外形精度極為理想。

再如在講解焊接工藝特點時，用多媒體課件介紹電解法氫氧焊接工藝。先用電解法從水中生產氫氣和氧氣，然后以氫氧氣為熱源進行氣焊。該系統被稱為“氫氧發生器”，用普通燃料室作氣體源，可以從3L水中生產5000L氣體，而且用于焊接時比氧乙炔焊還安全得多。因為它只要生產夠當時使用的適量氫氧氣體就可以了，無需儲存備用燃氣。借助這些現代教學手段，可適時增大教學信息量，拓展學生知識面。

由于“機械制造工藝基礎”課程中有機床的傳動系統圖、刀具的幾何角度圖、夾具的結構原理圖等，量多且圖形較復雜，在講授過程中邊講邊在黑板繪制，缺乏立體感，不夠直觀形象，而且費時。如制成幻燈片、動畫或視頻短片演示，可大大增加課堂教學信息量，節省板書板圖時間，同時讓學生快速形成感觀認識，加深學生對教學內容的理解和記憶，提高授課效率。

三、通過拓展教學活躍課堂氣氛，培養學習興趣

相當一部分技校學生學習基礎差，學習過程中很少體驗到成功的快樂，有的更是長期處于挫敗狀態，甚至產生嚴重的厭學情緒，學習興趣普遍較低。因此，激發技校生的學習興趣成為關注焦點。

在課堂教學中，可通過充分吸引學生的注意力，強化其參與意識，激發學生興趣。如通過精心設計導入環節，將拓展內容與教學內容巧妙地銜接，激發學生興趣。

例如，筆者在講解車削工藝特點時，首先提問：同學們，你們都喜歡玩手機，有誰知道手機的振動功能是怎樣產生的嗎？里面到底是一個什么機構呢？大家一臉茫然，都說不知道。接著展示一個從手機中拆下的比黃豆略大的微型電機，告訴他們手機的振動功能是由電動機帶動一個偏心裝置產生的。然后提問：這么小的電機是怎么制成的？引起學生強烈的探究欲望，再以此為例講解納米技術和精密加工工藝，并進一步介紹采用金剛石刀具的超精密切創加工技術，主要用于玻璃、陶瓷等硬脆材料的納米級超精密磨削的加工。

通過這樣導入新技術、新工藝，活躍課堂氣氛，使刻板乏味的教學內容變得生動鮮明，不僅激發學生的學習興趣，而且形成良好的師生互動，取得明顯的教學效果。

四、結語

“機械制造工藝基礎”教學不能拘泥于課本和教學計劃，而要找到合適的切入點，由一個共性話題、常用生活物品，啟發引領學生隨著教師的講解而逐漸深入，拓展了解現代新技術、新工藝在生產、生活中的應用實例。當然，拓展內容的選擇要緊扣教材，不可離題太遠。同時，在教學中盡量使用多媒體教學手段，進行拓展講解，對激發學生學習興趣，拓展課堂教學容量，強化教學效果大有裨益。

參考文獻：

[1]孫永泰.機械制造新工藝集錦[J].機械工程師，2002（12）：63-64.