面向新材料与新技术在产品开发中的应用五.docx

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面向新材料与新技术在产品开发中的应用五

新材料与新技术在产品开发中的应用（五）

6.机械零件的精整与光饰技术

机械零件投入机械加工的每张图纸都有去毛刺的技术要求，一般车、铣、刨、磨、镗可编制常规工艺，通过标准机床来完成。

但只有去毛刺工序，工艺人员往往无法编制工艺文件，通常采用锉刀、布轮、砂布、砂带等办法来去除毛刺。

这样以来会带来一些弊病：

一是毛刺去除不均匀，二是容易形成二次毛刺，三是容易划伤其它部位，四是生产率低，污染严重，五是影响整机质量和性能。

随着科学技术的进步和生产的发展，人工去毛刺已不能适应现代市场竟争的产品质量和生产方式的要求，光整加工技术逐步取代了传统的去毛刺工艺，而且越来越被人们所重视，目前有些企业机械零件的精整与光饰已被技术人员编入图纸技术要求的内容，并形成了标准工序。

各种机械加工，无论是切削加工，还是铸造、锻造、冲压等加工，几乎都不可避免在零件表面留下一定的缺陷，如表面不平、凸棱明显、刀痕波纹、飞边、毛刺、微观裂纹等。

例如，单进行一个面铣刀削工序时就会产生：

在进刀面上形成进刀毛刺、进刀侧面毛刺，在出刀面上形成出刀端毛刺、侧面毛刺，在已加工表面上形成顶部毛刺等。

这些缺陷直接影响到零件的外观质量及使用性能，严重造成整机质量及性能指标下降，带来的却是产品市场滑坡。

然而，只需增加一道光整加工工序就能解决这些问题。

例如，一家生产煤气表的厂长说，他家生产的煤气表的每个零件都是合格的，但就是组装后累计尺寸达不到要求交不了货。

这肯定是冲压引起的显微毛刺在作怪，待把所有的零件进行光整加工后全部都能交货。

经过几年来的理论研究、实验分析、生产验证和大量的工艺试验研究结果，凡应用机械零件的精整与光饰加工技术均可达到以下技术指标：

1）可靠地去除零件的机械加工毛刺，倒圆锐边与尖角；

2）有效地清除铸件、锻件和热处理件表面的残渣、杂质及氧化皮；

3）在原基础上细化零件加工表面粗糙度1-2级；

4．改善零件表面层应力状态，形成抗疲劳破坏的均匀压应力值；

5）改善零件表面层金相组织状态，提高表面显微硬度，形成耐磨损、抗疲劳的致密金属层；

6）提高零件清洁度，完成传动件的初期磨损，改善整机部分性能指标，缩短整机磨合期40%以上；

7）降低工艺成本，减轻工人劳动强度，提高生产效率，无污染，便于机械化和自动化生产。

光整加工技术应用前景

机械零件的精整与光饰加工技术适用范围非常之大，广泛用于机床机械、印刷机械、纺织机械、医疗器械、汽车、摩托车、电子电器、五金工具、仪器仪表、铸造、锻造焊接、冲压、压铸等各种不同材质的中小型异型零件的光整加工。

但光整加工又不是万能的，比如，由于刀具不锋利和进刀量大造成的卷边，不能用光整加工来解决上道工序遗留的类似问题。

考虑到用户对光整技术的认识、接收、承受能力有一个过程，目前生产的十多种机型，还满足不了生产节拍的需要，并存在效率不高、自动化程度低、外型不美观、结构欠精巧等各种各样的问题。

高校与研究所合作，相信在较短时间内，一定会研发生产出效率更高、质量更好、多工位控制、自动化程度高的新一代光整加工设备投入市场。

不久的将来，光整机加工技术会普及到各行各业，产生巨大的经济效益和社会效益。

管子内壁清洗技术

清洁度是液压系统的生命，油品不好轻者堵塞液压系统阀体引起系统功能丧失，重者烧毁液压泵等元器件造成不可估量的后果，针对这一问题，研制了备-管子内壁清洗机,专门用于清洗液压管内壁的清洗，经本设备清洗后的液压管清洁度可达到NAS八级以内。

1.工作原理

该设备采用高压水带动磨料在管子内壁高速流动，对管子内壁进行冲刷和划擦，从而清洗内壁上附着的锈斑和油污，并将污物高速冲出管外，达到清洁的目的。

清洗后的液压管安装到清洗检测设备上，该设备用液压油再次清洗一遍液压管，并检测仪来检测清洗后液压油内的颗粒数量，并以NAS1638标准评判出清洁度等级，从而判别清洗的合格与否。

经检测合格的液压管用封口机将其两端封住，待使用时再拆封，避免液压管的二次污染。

2.工艺流程

清洗管子分为五个步骤，第一步用液体磨料清洗液压管管壁，即液体磨料高速清洗掉管内的锈斑和油污；第二步用高压水清洗管壁残留液体磨料，即用高压水将管子内壁残留的液体磨料及管壁附着物冲出管外；第三步用高压气吹干管壁，即用高压气体高速吹干管壁上残留的的水分等；第四步为检测步骤，用清洁度检测仪检测并评判出管内的清洁度等级；第五步为密封步骤，将清洗合格的管件两端密封，防止液压管二次污染待用。

工艺流程见下图。

3.系统统组成及各部分简介

本系统由一台管子内壁清洗机、一台清洁度检测机和一台管子封口机三部分组成，清洗机负责液压管内壁清洗，清洁度检测机用于检验液压管清洗后的清洁度，管子封口机是将液压管的两端封口，防止管子二次污染。

3.1清洗机

3.1.1技术参数

加工范围：

液压管内径φ6~φ30mm

液压管最大空间尺寸1200×1200×3000mm

每次加工数量3根

外形尺寸主机4000×2300×2300mm

使用环境要求用户车间电源：

380V±10%，3相，50Hz±5%

用户车间温度：

5°C-40°C。

相对湿度≤90%。

用户车间压缩空气压力：

0.6Mpa±0.1Mpa。

加工使用材料自来水（可循环使用）

磨料（φ0.5，可循环使用）

设备总功率46kW

每台水泵压力及流量22MPa、42L/Min

环保指标不含任何化学药剂，符合国家环保法规

3.1.2清洗过程

将3根液压管装夹在密封舱内的气动夹具上，清洗喷嘴伸入液压管内，启动高压水泵开始用液体磨料光整内壁，一分钟后关闭固体磨料进口，只用高压水清洗内壁上残留的固体磨料，时间为10秒。

之后高压水泵自动停止，清洗喷嘴从管内抽出，将高压气嘴插入管内，用高压气吹走管壁上的水份，时间为10秒。

清洗结束，将液压管从夹具上卸下。

3.1.3加工效率

每次加工3根液压管，三根钢管的装夹及拆卸时间为1.5分钟，用液体磨料清洗需用时1分钟，用干净水冲洗管壁需10秒，用高压气吹干管壁需10秒，所以每加工3根液压管时间为2分50秒，每小时至少可加工60根液压管。

按每天工作8小时，每月工作22天，每年可加工液压管126720根。

3.2清洁度检测机

检测系统由清洁度检测仪、液压泵、液压阀组、液压油过滤系统、油箱及控制系统组成。

液压油流经清洗后的液压管，对液压管再进行一次清洗，清洗后的液压油由清洁度检测仪检测颗粒数，进而评判出清洁度等级。

由于清洗合格后的液压管内壁已附着了一层液压油，能起到防锈的作用。

3.2.1主要规格及技术参数

电源：

380V±15%50Hz

使用环境：

厂房内（地面平整）

使用环境温度：

5°C-40°C。

操作台外形尺寸约为：

4000mm×1640mm×1540mm

总功率：

35kW；

系统最高工作压力：

12MPa；

流量范围：

最大100L/min

油液过滤精度：

5μm

油箱容积：

360L

工作油温：

50℃～70℃

加热功率：

9kW

制冷功率：

5匹

3.2.2工作原理

系统采通过定量泵把液压油打入待清洗的液压管内进行清洗，清洗后的液压油洁净度通过清洁度检测仪进行检测。

清洁度检测仪采用英特诺曼公司CCS-2型清洁度检测仪

液压原理

液压泵输出的流量经过胶管进入到液压系统中；在液压回路中设置清洁度在线检测接口，从快速接头回到油箱。

本系统中采用定量泵和安全溢流阀，泵的输出流量保持在50L/min。

3.2.3主要组成概述

本系统采用台架式结构，整个液压系统集成安装在台架上。

主要包括液压系统、电气系统、清洁度检测仪。

液压系统

液压系统主要包括：

油箱、电机泵组、控制阀组、压力管路过滤器、压力表及快速接头等辅件设备。

油箱主要用于储存液压油，同时还兼有散发热量、排出空气及沉淀杂质等作用。

油箱上有液位继电器，用以控制低液位。

在油箱内部装设置隔板，将吸液区和回液区分开，在隔板上开孔并安装金属滤网过滤气泡和杂质。

油箱隔板两侧设置了清洗口和泄油口，便于对油箱的清洗及金属滤网的安装。

油箱顶部设有空气滤清器，用于油箱呼吸时过滤空气中的脏物颗粒，维持系统工作时油箱内压力和大气压力的平衡。

油箱上还设有温度传感器，实时监控油箱内液压液的工作温度。

电机泵组设有底座，电机采用侧接线的方式，以便电气走线；泵与电机采用钟形罩连接，电机泵组与外部的连接都是弹性的（使用液压软管和减震器）。

4个减震器采用对称于电机泵组公共重心两个平面的方式，纵横交叉排列。

进一步降低整套设备的振动噪音。

系统中装有高压过滤器及回油过滤器，过滤精度为10μm，具有滤芯堵塞指示器。

在管路连接面板上设有测试接头，用于对油液进行清洁度检测。

平台

把钢管安装在平台上，通过液压软管连接在被清洗的管件上，达到用油清洗同时对液压油管进行检测的目的。

电气控制系统

电气控制柜上的操作面板设有按钮式操作元件，按钮式操作元件包括电源开关、电源指示灯、电机起动/停止按钮、蜂鸣器、蜂鸣器消音按钮。

电气系统还配备一台24V/30A的直流稳压电源，为整机提供控制。

清洁度检测仪

采用英特诺曼公司CCS-2型清洁度检测仪，检测仪的检测口与管路连接面板上的测试接头相连，在线检测测清洗后的液压油的清洁度。

3.2.3产品功能及特点

a.具有对在线液压系统进行清洗和过滤、检测的功能。

过滤后的油液清洁度应符合NAS16388级；

b.该设备可同时检测三根油管；

c.具有过压保护装置、滤油报警功能，使用安全、可靠。

d.与被清洗液压系统用快速接头连接，使用、操作方便；

3.2.4效率

每次清洗、检测3根液压管，三根液压管的装夹及拆卸时间为1.5分钟，液压油清洗需用时1分钟，检测用时30秒，所以每加工3根液压管时间为3分，每小时可清洗检测60根液压管。

按每天工作8小时，每月工作22天，每年可加工液压管126720根。

3.3封口机

3.3.1工作原理

封口机由机架、加热系统、送料系统和控制系统组成。

封口所用的材料为PEC热缩管，用PEC热缩管套住管子两端，然后分别伸入加热箱内，在130°温度下热缩管收缩将管子缩紧，将管子从加热箱拿出后用专用工具将热缩管的头部封口。

同样步骤操作管子的另一端。

3.3.2技术参数

电源电压220V/50Hz

额定功率2kW

加热温度140-160C

4项目特点

1.本方案采用液体磨料清洗管件内壁的方式，整个工作过程无粉尘产生，不使用化学药剂，对环境无污染。

2.液体磨料中的固体部分可循环使用。

液体部分采用自来水，使用后的液体磨料经过固液分离后，废水经过滤后可循环使用。

3.系统自动化程度高，加工效率高，对不同规格管件的加工适应性强。

4.液压管清洗后再用液压油进行一遍清洗，然后用清洁度检测仪检验清洗后液压油的清洁度等级，保证每根清洗后的液压管都能满足清洁度指标。

5.达到清洁度指标的液压管将其两端封口，避免液压管在到达装配工序前产生二次污染。

5检测结果

该设备已在某坦克厂得到应用。

下图为管子清洗前后对比照片。

左图为清洗前通过海绵子弹检测管路内壁清洁度状态，海绵子弹通过高速脉动气流穿过管子内壁后残留的锈迹及污垢依然可见；右图为管子清洗后清洁度状态，海绵子弹通过高速脉动气流穿过管子内壁，海绵子弹依旧如新。

同时使用清洁度测量仪检测管子内壁，清洁度可达到NAS7级。

6设备照片

清洗机在用户现场使用照片

清洁度检测机

一、设备主要用途

本系统由管子内壁清洗机（N3000-A）、清洁度检测机（N3000-B）和封口机（N3000C）三部分组成。

管子内壁清洗机的作用是将管子内壁的锈迹、污渍用高压水及磨料清洗干净，清洗检测机是将清洗干净的管子内壁用油再清洗一遍，然后再检测其清洁度，封口机是将检测合格的管子两端密封，以保证内壁不再次污染。

适用零件范围：

直径为φ4～φ30mm所有规则与不规则管子内壁。

二、设备的性能及工作原理

1、N3000-A管子内壁清洗机

本设备采用高压磨料水射流技术而开发的用于清洗液压管内壁的专用清洗自动系统，采用液体磨料清洗和光整管件内壁，液体磨料的固体部分为直径0.5～0.8毫米左右的塑料小球，高压水为磨料运动的载体，由高压水和磨料组成的液体磨料在管内高速流动，对管件内壁进行冲刷和划擦，从而光整清洗内壁上附着的锈斑和油污，并将污物高速冲出管外，达到光整和清洗的目的。

具体实施办法为：

当高压水泵产生的高压水高速流经喷嘴时，其高速所产生的负压从旁路将固体磨料吸入喷嘴内，在喷嘴的工作腔内高压水和固体磨料混合形成液体磨料并高速喷出喷嘴喷入管件内，液体磨料持续不断对管壁进行冲刷和划擦从而达到光整的目的。

然后关闭磨料输送管路上的阀，只向管内通入高压水，冲洗管内残留的污物和磨料，最后关闭高压水，向管内通入高压气，吹干管壁上的水分。

可有效清洗管子内壁上附着的锈斑和油污，且清洗水中不含化学清洗剂，对环境无污染。

本设备主要由高压泵组、水循环过滤系统、磨料循环过滤系统、气动夹具系统、电气系统、机架外罩等组成，设备布置简图如图1所示。

（主视图）

（左视图）

1.高压水泵组2.净水箱3.底板4.砂箱5.机架6.回砂箱7.气动夹具8.污水箱

9.自动过滤器10.电控箱11.气阀箱

图1设备简图（拆去主机外罩）

2、N3000-B清洁度检测机

本设备采用液压油流经管子内壁，然后利用清洁度检测仪对流过的油进行清洁度检测，提高检测液压油的清洁度进而反映管子内壁的清洁程度。

清洗后的管子安装到清洗检测机上，该设备用液压再清洗一遍液压管，然后用清洁度颗粒检测仪来检测清洗后液压油内的颗粒数量，并以NAS1638标准评判出清洁度等级，达到8级视为清洗合格。

本设备主要由高压液压站、检测台、夹具、电气系统、清洁度检测仪等组成。

系统描述

1.泵源部分

泵源由油箱装置和泵机组组成，电机泵组为一台。

单向阀用来保护泵，防止泵反转。

电磁溢流阀调节系统工作压力，保护液压泵过载。

高压回路两级过滤，粗过滤和精过滤，并配污染检测仪，检测油液污染度。

2．电控部分

泵站电控操作箱是泵站的电气控制中心。

功能包括泵站启动、停止、系统的正向清洗、反向清洗控制以及温度、液位、过滤器等运行报警状态。

电控操作箱通过HMI数据线跟西门子人机界面（HMI）连接，并带有远程操作面板。

HMI放置在系统主控制柜内。

用户可根据情况在泵站本地操作泵站，也可通过HMI远程操作泵站。

3、N3000-C管子封口机

经检验合格的管子用封口机将其两端封住，待使用时再拆封，避免液压管的二次污染。

7.表面强化技术在新产品开发中的应用

表面强化技术种类繁多，常用于零件的表面技术概括起来有三大类：

表面组织转化技术，表面涂镀层技术和表面合金化技术。

各大类中又包括不同种具体的方法，下面分别介绍其原理、特点和应用。

各种表面技术特点各异，所需成本和所得表层性能也不尽相同。

实际生产中，针对待处理自身的特点，结合其工作条件和使用要求，选择经济、有效的表面技术方法对进行表面处理或损坏进行修复，可以成倍地延长模具使用寿命，同时还能改善产品质量，降低产品成本，提高生产效率，可谓一举多得。

因此应加强推广使用表面技术。

八.低碳材料与新产品开发

1.人造蛇皮用于京胡等乐器制作的研究

据中国乐器信息中心保守统计，为满足市场需求，每年大约有十几万条蛇遭到捕杀。

随着人类社会的进步和科技的发展，人们的环保意识日益增强。

如果仿生皮能普遍用于京胡等乐器制作中，其保护野生动物的积极意义不言而喻。

聚碳酸脂高分子复合材料。

它不但具有蛇皮的弹性，而且还兼具蛇皮板脆的特点，拉力极强，既耐高温，又不怕潮湿，非常适合蒙制京胡，并取得较好的实验效果。

仿生皮的关键材料找到了，胶合的问题也解决了，紧接着就是皮面的视觉效果问题，这是仿生皮“仿”得像不像野生蛇皮的关键一步。

怎么办？

仿生皮材料表面极为光滑，不像尼龙皮可以把图案画上去或印上去，这只“拦路虎”让刘正辉的试验戛然而止。

他四处求教，遍访名家，最终攻克这一难关。

目前已定型的仿生皮，如果从鳞纹和颜色上看，与真蛇皮几乎别无二致。

为了进一步检验仿生皮京胡声音的实用性、稳定性和科学性，刘正辉请来中国邮电大学著名声学专家管善群教授，在中国音像制品评价中心强吸声录音室，用完全依据丹麦国际统一标准的测试设备，对仿生皮京胡与蛇皮京胡分高、中、低三个调门进行了严格的声学频谱对比数据测试。

测试结果表明：

在同等条件下，从5千——1万5千赫兹内的频谱图像显示，仿生皮京胡在高、中、低各调上的声音效果均等于或优于蛇皮京胡。

这是科学数据对仿生皮京胡最有力的论证和支持。

与蛇皮京胡相比，仿生皮京胡到底有哪些特点和优点呢？

中国戏曲学院教授、著名京胡教育家吴炳璋通过亲自演奏，用鲜明的对比方法，向我们指明了二者的本质区别：

首先，蛇皮京胡尽管发音脆亮，但是非常容易受气候干燥或潮湿的影响而出现噪音或闷音，这是蛇皮的致命弱点。

琴师为了控制噪音，往往定成“阴阳弦”，这样极易导致音不准；仿生皮京胡不受气候干扰，所以不会产生噪音，适合定成纯五度弦与大小型乐队合奏。

仿生皮京胡不但空弦发音脆亮，而且每个按指发出的声音具有弹性，清澈、响亮、圆润，尤其在夏天雨季或黄梅天气，它的优点更为突出。

其次，蛇皮使用时间短，特别是在其振动发音最好听和演奏得心应手的时候，也正是它的寿命走到尽头的时候，就是说它渐渐失去脆亮音而必须换新皮了；仿生皮则使用寿命长，声音稳定性好。

人造仿生蛇皮的制造方法，其特征在于它选用白色的聚碳酸脂膜为原料，在聚碳酸脂膜的膜面上铺有用胶片纸制作的菱形的鳞纹模子，然后将黑碳粉和环氧树脂调成糊状滚压在模子上，经过６０～６５℃恒温烘干，起模后在聚碳酸脂膜的模面上形成白色菱形边黑色底的菱形鳞纹图案，制成人造仿生蛇皮，该方法选择聚碳酸脂膜为原料，它具有无毒无味的环保材料，保护野生动物，制成的乐器，发出的声音均具有弹性而清彻，响亮，圆润，发音清脆，音质干净，无噪音，稳定性好，不受气候影响，使用寿命长，成本低的优点及效果。

人造仿生蛇皮的制造方法，其特征在于它选用白色的厚度为０．１２５～１．００ｍｍ的单层聚碳酸脂膜为原料，在聚碳酸脂膜的膜面上铺上用胶片纸制作的菱形的鳞纹模子，菱形边长为２～２０ｍｍ，然后将黑碳粉和环氧树脂调成糊状滚压在模子上，经过６０～６５℃恒温烘干，起模后在聚碳酸脂膜的模面上形成白色菱形边黑色底的菱形鳞纹图案，制成人造仿生蛇皮。

传统京胡都是由野生蛇皮制作而成，每年因此就要捕杀几万条野生蛇类，对生态环境造成了极大破坏。

同时，由野生蛇皮制作而成的京胡还有着众多不可克服的缺点。

如今，“人造蛇皮”弥补了这些缺憾，众多著名京胡演奏家和京剧大师对使用仿生皮制作的京胡都给予了肯定。

现在的“仿生皮京胡”不仅在音色上可以基本符合专业需要，寿命可长达十余年，而且还对野生蛇类的保护起到了促进作用。

同时，“人造蛇皮”不仅能运用在京胡上，任何用蛇皮制作的民族乐器都可以使用仿生皮进行制作。

2..固体废弃物（尾矿石粉）在雕塑中的应用研究

用尾矿石粉混凝土雕塑模仿石材，钓鱼台国宾馆、中国历史博物馆、首都机场T3航站楼、国家大剧院、拉萨火车站等，实现了废弃物的综合利用。

“材料”是设计者用以表达情绪、灵感、知识的物质载体，设计者借助于不同的材料进行创造，加之不同的学识和经历，形成了丰富多彩的样式。

雕塑家用水泥搞雕塑还要像石头,要把石头的感觉做出来。

先是在水泥里加了白云石渣儿，模具上涂了缓凝剂，脱模后用水去冲，露出了石渣，像水刷石；聚苯板做的模具可光可毛，肌理效果粗犷自然。

平的面抛光；毛的面用铁刷去刷、用尖斧剁击，石材质感更强了。

后来在制品表面打腊、喷透明漆、喷云母粉就更增强了石材的品质。

以后又在表面镀金属，青铜的、紫铜的、铁的等效果。

首都机场T3航站楼用环保材料制作雕塑《紫薇辰恒》《门海吉祥》。

北京奥林匹克友谊林雕塑是装饰混凝土制作的，叫“环保再造石”。

表现粗犷的自然的艺术效果；消化大量的工业废料。

废石粉的综合利用是一个新生事物，融合的好，将大有作为，为城乡建设增添新的活力。

世间本无废物，废与不废，不在物，在于人。