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航空发动机技术的发展很大程度上取决于我国制造技术的发展,与国外先进国家相比,我国航空发动机制造技术还比较落后,尤其是在加工工艺上,由于航空发动机的零部件结构复杂、数量比较多,再加上发动机工作的环境比较恶劣,导致航空发动机在制造过程中存在大量的能源消耗等问题,以对发动机零件的切割技术为例,目前航空发动机的切割主要是依靠编程人员的经验选取切削参数等加工信息,这样导致切削用量选择保守、不规范,进而出现加工出来的零部件不能满足发动机的工作要求,从而产生了大量的废弃零部件,造成资源的浪费。因此实施绿色制造对提高航空发动机制造水平,减少制造过程中的报废具有重要的意义。
2基于绿色制造的航空发动机制造
工艺由于航空发动机制造过程中出现资源浪费等现象,亟待提高制造技术手段,更大范围地采用现阶段各类成熟的先进制造技术。主要体现在:
2.1采取资源节约型工艺技术采取资源节约型工艺技术是目前航空发动机制造技术的主要发展趋势,传统的加工技术以消耗不可再生金属材料的时代已经不能适应现代航空事业发展的要求,当前高性能航空发动机采用了大量的新型结构件,由于毛坯结构的变化,其制坯方法也发生了重大变化。精铸件、精锻件、单晶和定向凝固精铸件毛坯将取代传统的大余量毛坯。传统意义的锻件将由77%降至33%,精铸件由18%增至44%以上,粉末冶金件由3%增至8%,复合材料构件由4%增至15%。
2.2降低能耗型工艺技术在航空发动机生产过程中,需要消耗大量的自然资源,随着自然资源的日益紧张,积极采取低能耗工艺技术是发展现代航空技术的重要内容。降低能耗工艺技术主要包括:一是在发动机生产技术上实施节能措施。比如改善发动机的风扇工作性能参数、提高发动机的工作效率等。二是从生产工艺方面入手,改变传统的生产工艺,加大节能型生产工艺技术的应用。三是积极利用先进的生产材料,比如当前我国的飞机发动机采用了高温合金材料,国内GH4169合金主要采用两联工艺(VIM+VAR)生产,棒材采用快速水压机开坯生产,盘锻件采用快速水压机自由锻制坯,在锤或水压机上采用包套模锻工艺或在等温数控液压机上采用近等温锻工艺生产。四是优化发动机生产的管理技术。通过强化加工过程的管理,提高工作效率,避免出现人为因素的失误而导致的资源浪费现象。例如在生产加工发动机零部件时一定要按照规范的标准对机床参数进行设置,避免因为人为的粗心而导致的零部件出现报废。
2.3环境保护型工艺技术航空飞行器对环境污染严重,其主要体现在:一是巨大噪音,对人们的生活产生巨大的影响;二是废气污染,研究发现,航空器在飞行过程中产生的凝结尾迹会形成卷云(一种高空云),这种云会阻碍地球表面热辐射的散发,进而加剧全球气候变暖。因此需要采取具有高阻尼降噪性能、节能环保的新型材料,并从工艺角度避免切削加工的过程中造成的污染。
3选择绿色制造技术的切削液系统
在航空发动机零件制造过程中需要利用切削加工零部件,为提高切削的工作效率,往往会应用切削液,但是切削液的使用会对环境构成污染,同时在清除加工零件切削液时也会产生“二次污染”。同时应用切削液也会无形之中增加生产成本。因此采用减少切削液的使用、绿色切削液的选择、优化切削液系统以减少切削液的环境污染以及资源浪费等问题已成为绿色制造领域的研究热点之一。
3.1面向绿色制造的切削液供给系统一是采取对数量的喷嘴。传统的切削液供给主要是由单一的喷嘴装置实现,主要是通过喷嘴向刀具、工件的喷洒过滤之后返回到供液箱内,这样的喷洒模式需要消耗大量的切削液,如果采取一个喷嘴的话就需要保证切削液的容量,避免因为切削液容量的不足而产生切削温度过热的现象。采取多个喷嘴,可以实现切削量的使用效率,他们就能够更好地渗透到切削区,保证切削工作效率的最大化。二是通过外喷雾冷却方法。外部喷雾冷却方式就是通过雾喷装置将切削液以雾状的形式喷射到加工的零件上,从而降低加工过程中的温度,实践证明使用雾喷技术可以大大降低切削液的使用量,提高航空发动机制造、修理企业的经济效益。
3.2面向绿色制造技术的切削液选择切削液虽然能够大大提高切削工件的质量,但是如果不能合理的应用切削量,就会造成环境的污染,切削液对环境的污染主要表现在:一是对生态环境的影响。切削液一旦流入生态环境中,不仅会对水资源构成污染,也会影响土壤的成分。二是对人体身体健康的威胁。切削液中添加的某些成分对人体的影响是巨大的,一旦切削液被人所吸收产生的严重后果就是中毒。因此根据不同的加工工艺要求选择合适的切削液是节约发动机制造企业生产成本,降低对环境污染的有效措施。
3.3绿色切削液的开发与应用一是要积极地改善切削液的成分,根据航空发动机性能的要求,选择具有环保、可再生资源作为切削液的主要构成原料,比如在不影响发动机零件性能的基础上可以采取植物油作为切削液的主要成分。二是积极创新切削液的添加剂成分。比如开发研究硼酸酯类添加剂、钼酸盐系缓蚀剂、新型防腐杀菌剂等。三是开发传统切削液的替代品。传统的以油脂为主的切削液具有处理不方便,对环境影响大的缺陷,而液氮则具有挥发性,其在使用后能够快速的挥发,其不会产生任何的污染,而且液氮的制冷效果也要高于传统的切削液。
4面向绿色制造技术的机床和刀具系统
4.1面向绿色制造技术的机床设备随着航空发动机性能的不断提高,对制造航空发动机的机床设备要求也越来越严格,尤其是在高科技信息时代背景下,要求航空发动机的机床设备也要具备高端科技化技术:首先由于发动机的零部件原件的强度不断提高,因此需要切削机床必须有足够高的刚性,以此提高机床加工的工作效率。同时机床的冷却应采用喷雾、冷风或压缩空气。其次利用MQL技术对机床结构改进。实施MQL技术是提高机床排屑性能的重要技术。
4.2面向绿色制造技术的刀具技术首先要选择适合发动机零件加工的刀具。加工刀具的材质要符合加工零件材质的要求,要根据不同的加工原料采取相应的刀具,比如钨钻类适合用于加工铸铁、有色金属等短切屑的工件。而钨钴钛类由于存在少量硬度更高而韧性稍逊的钛化物,更合适加工钢件等长切屑的工件。同样刀具的不同涂层材质对加工原料的影响也是不同的,例如氮化钛涂层可增加刀具表面的硬度和耐磨性,降低摩擦系数,减少积屑瘤的产生,延长刀具寿命。其次加强废旧硬质合金刀片再利用。提高废弃刀具的回收利用是降低生产成本,提高企业经济效益的重要手段。最后,研制适合干切削加工的刀具材料。由于速干式切割的过程中会产生大量的热能,大大降低刀具的使用寿命,因此刀具要具有耐高温性、耐磨性、高强度和高冲击韧性。当然对刀具表面进行涂层处理实际上也会产生很好的效果,通过涂抹可以在刀具与零件加工过程中形成一种隔热层,进而有效避免刀具因为受热而出现磨损较大的现象出现。
5结束语
关键词:首饰制造雕蜡工艺技法
序言
如果将首饰看作是一件小型雕塑,那么雕蜡工艺的过程就可以看作是雕塑的制作过程。雕蜡工艺中使用的蜡材有一定的硬度,同时在加热的情况下可以粘接融合,既可以使用附加式造型方法又可以使用削减式造型方法。所以雕蜡工艺中的蜡材可塑性非常强,成形更加方便。在首饰雕蜡工艺中可以将塑形的基本技法分为:蜡材的切割、蜡材的整理、蜡材的镂空和蜡材的熔合四个主要方面。
一、蜡材的切割
蜡材切割时需要根据不同的蜡材采取不同的切割方法,一般可以分为硬蜡的切割和软蜡的切割。
(一)硬蜡的切割
硬蜡的硬度相对较大、材料的粘性小,在切割过程中如果不产生大量热量蜡屑比较容易脱落。硬蜡切割可以用锯完成。先用游标卡尺或者机剪等工具在蜡材上标记出切割线条,再使用锯条沿标记线切割将蜡材分离。在进行大面积切割时可以使用专用蜡锯条,在切割蜡砖时甚至可以使用木工锯完成切割,小规模切割时可以使用金属加工中的细锯条,首饰精细部分例如:镶爪以及装饰部位在切割时可以参考下文中的镂空方法。
(二)硬蜡切割时注意事项
硬蜡在不产生大量热量的前提下切割比较容易,但是如果切割速度过快,热量来不及散失的情况下,在温度的影响下蜡屑就会粘在一起,同时粘住切割工具,降低切割效率,所以在切割时注意用力大小和速度,切勿一味追求速度。
(三)软蜡的切割
软蜡质地柔软,蜡材粘性很大,使用锯条切割时蜡屑容易粘住锯条降低效率,所以切割软蜡时使用刀片比较方便。在蜡材上面做好标记后直接用刀片切开即可。
(四)软蜡切割时注意事项
首先,软蜡硬度较低在切割时非常容易变形,所以在切割软蜡时最好能够将软蜡置于平面支撑物上面,对于有纹饰的软蜡最好先将蜡材切割完毕后再进行纹饰的制作。其次,切割软蜡时使用刀具要锋利,刀锋与蜡片表面的角度要尽量的减小,防止在切割过程中将蜡材扯开、扯皱。
无论采用哪一种切割方法,蜡材在实际加工过程中都会有一定的消耗量,同时考虑到铸造时会有一定的缩水率,所以加工时切割的量略大于实际需要量,一般余量为成品的15%左右(熟练者会更小)。
二、蜡材的修整
(一)硬蜡的修整
在硬蜡的修整中可以分为外表面的修整和内表面修整,两者又都包含平面的修整、弧面和球面的修整。表面修整中最关键的是工具的配合使用。锉刀是外表面修整的主要工具,有时根据需要也可以使用一些其它工具,例如手术刀、各种针具等等。吊机配合各种雕蜡针具是处理内表面的主要工具,也可以配合手术刀等工具使用。
1、外表面的修整
外表面平面修整是使用锉刀将粗坯的表面修整为平面。有时可以使用吊机配合针具来提高工作效率。例如多余部分比较大,但是又不够使用蜡锯的宽度时,这时就可以使用吊机配合大号的针具来完成,在修整到接面时就需要使用锉刀来修整了。
2、内表面的修整
内表面的修整主要使用的是吊机配合各种针具。平面修整时可以配合各种锉刀或者其它刀具。在刻画好标记线以后,使用大号牙针或者大号平头蜡针沿标记线将多余蜡材打磨掉,由大到小转换针具,最终将边角修整细致,然后使用平头扁平小锉或者刀具将表面锉磨平整。小的拐角部分可以使用方锉或者三角锉修正。
3、硬蜡修整注意的问题
正确选择锉刀和针具的型号。锉刀的型号包括,锉刀的形状和锉齿的粗细,蜡材修整时都是从大号工具向小号工具过渡。锉刀的锉齿也是由大号锉齿向小号锉齿过渡,这样才能修整出平整光滑的表面。
(二)软蜡的修整
软蜡比硬蜡容易变形,使用光滑的玻璃板或者其它表面光滑的工具擀压一下就可以达到修整的标准。在雕蜡工艺中软蜡一般不会用来制作特别平整、规矩的造型,它可以用来制作一些比较自由的首饰造型,例如植物的叶子、花瓣、藤蔓等等。软蜡的内表面修整也非常简单,一般使用与造型相对应的硬质材料挤压一下即可,例如球面就可以使用冲子顶端挤压出来。
在蜡材的修整时,无论是硬蜡还是软蜡都需要注意蜡材的厚度,蜡材浇铸极限为0.3mm,所以在修整之后不能小于这个数值,饰品没有特殊要求的话要将厚度尽量保持在0.5mm以上。
三、蜡材的镂空
镂空是首饰加工中常用的方法,它是指在首饰上面雕刻出各种孔洞使首饰前后或者上下通透,在其它的雕刻工艺中也称为透雕。使用这种处理方法一方面可以增加首饰的装饰效果,另一方面可以减轻首饰的金属使用量从而降低整个首饰的制作成本。在雕蜡工艺中镂空的方法比较多,其中常用的方法有两种,一种是使用锯为主要手段的镂空,另一种是使用吊机配合牙针进行镂空。
使用锯镂空的方法操作比较简单,一般用于大面积的镂空。方法是:在镂空部位画好轮廓线以后,使用刀具在蜡材上钻一个小孔,然后卸开锯弓一端将锯条穿进去,然后上紧锯条,沿标记线将多余蜡材锯掉。
使用吊机配合牙针进行镂空需要一定的训练基础,在绘制好标记线后,利用牙针的旋转力穿透蜡材,然后沿标记线刻划出镂空的纹饰,这种方法适合小面积的镂空,例如镶口底座的镂空以及戒指局部的花纹装饰,这些部位对操作者稳定性要求较高。除这两种方式还有一些其他方法,例如使用电烙铁将蜡材熔化形成孔洞,既可以达到镂空的效果又可以作为一种特殊处理方法。软蜡的镂空相对来说就容易的多,使用锋利的手术刀即可达到目的。
四、蜡材的熔合
蜡材的熔合可以分为补蜡、拼合、连接、造型四类。
(一)补蜡
在加工过程中由于操作失误或者蜡材本身的缺陷(蜡材部分空洞)使首饰模型出现部分缺失,这种情况下就需要补蜡。方法是:接通电烙铁电源,变热后将蜡粉或者碎蜡熔化成液态附着于电烙铁尖端,然后将其粘结到待补的缺失部位。待蜡材冷却后,使用锉或者其它刀具将多余部分修整平整。
(二)拼合
蜡材的拼合是指面积较大的面与面的接合。在加工过程中,蜡材发生断裂或者蜡材的原料尺寸不能达到所需要的大小时,可以利用蜡材的特性将两块蜡材拼合到一起,拼合时将两片蜡材分别锉平,放在平台上,用电烙铁尖端在拼合部位均匀的点几个点,使两片蜡材相对稳定的粘合在一起,反面也如此点几下。用粗一点的烙铁头将蜡片接触边缘进行熔合,等蜡冷却后在背面对称的位置也进行熔合。正反两面一定要对称操作,防止蜡材冷却后变形。将两面充分熔合后,补平因熔合造成的局部塌陷。然后将整个蜡片修整平滑。如果需要拼合的蜡材较厚,可以将需要拼合的部位先打磨成为斜面,然后再进行熔合。
(三)连接
蜡材的连接是指相对细小的材料进行熔合。一般是指线与线的对接熔合。由于需要拼合的部位较小,所以在熔合过程中需要一定的辅助,例如使用镊子进行夹取,在加工过程中最常用的是使用尖端比较锐利的刀具挑起,然后将带熔合部位对齐熔合焊接。
(四)塑型
蜡材在熔化的状态下可以自由塑型。将熔化的蜡材滴在玻璃或者瓷砖等物体的光滑表面,待冷却后再附着一层,反复几次便可以塑造出饰品的形状。如制作一些简单的造型就可以使用这种方法。
软蜡的熔合方法与硬蜡相近,不同的是软蜡熔点比较低,一般在90℃左右,焊蜡器的温度在400℃以上,当端头碰到软蜡时,软蜡就会熔化出一个坑洞,甚至整块软蜡就会消失。所以要对焊蜡器进行一定的调整,可以将焊蜡器上的金属丝延长,以加快热量的散失,这样在金属丝的端头进行熔合的温度就会降低。或者控制焊蜡器的电源,当温度上升到稍高于软蜡熔点的时候切断电源,然后进行焊接。也可以使用酒精灯加热金属丝焊接软蜡。软蜡操作比较灵活,稍稍加热之后就可以直接用手进行弯折,所以在使用软蜡时使用酒精灯加热既可以焊接又可以自由塑形。:
在加工过程中蜡材表面会留下一些标记线或者锉磨的划痕,这些痕迹在铸造后显现在金属的表面,会大大增加后期的修整工作量,如果是细节部位没有处理好,则有可能需要返工。所以在铸造之前将蜡模修整光滑,这样可以减少后期处理的工作量,提高生产效率。蜡材的硬度很低,使用最细的锉刀将蜡材修整一遍,然后使用较锋利的刀具将锉痕刮掉。如果需要更美观,可以使用较粗的棉布或者纱布来回擦几遍,这样就会展现出蜡材半透明的光泽。
结束语
总之,雕蜡工艺是一种更实效,更具表现力的工艺方法。它集雕塑以及各种装饰工艺于一身,是一种制作简单,易于掌握,又可以大规模普及的一种工艺。只要对蜡材性质有充分的认识,对蜡材的表现力有充足信心,在掌握雕蜡的技术的基础上,能熟练地使用各种工具与设备,就能驾驭这种材料创作出动人的饰品。随着计算机的引入,未来雕蜡工艺的表现空间与发展空间也将越来越广,喜欢与掌握这一工艺的人也将会更多。
参考文献
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通过调查发现,学生对于口腔正畸工艺技术课程总体评价良好,但对于课程的教学模式提出了较为集中的意见。近1/3的学生认为本课程的理论知识不能满足实训操作的实际需要,理实分开授课的现状不利于对课程内容的掌握与理解。口腔正畸工艺技术历来是口腔医学技术的核心课程,也是一门对实践操作能力要求较高的课程。因此,我们调整了理论与实验课时的比例,将原来的3∶1调整为1∶1.3,但教学组织形式未做调整,此次问卷调查结果也反映出该类问题。
2理论与实验课程的衔接不当是一个比较凸显的问题
学生给予口腔正畸工艺技术课程高度的学习热情及关注,能够清醒认识到行业企业对于口腔正畸专业人才的迫切需求,因此对于课程的学习较为认真、踏实。但本次调查显示,学生对于理论知识部分的掌握程度不尽如人意,究其原因,主要在于本课程采用传统理实分开授课的教学模式,学生对于抽象的理论知识理解难度较大,理论授课结束后开展实训时,存在理论知识部分遗忘的现象。理论与实验教学衔接不当[2]是一个急需通过教学模式调整及课程教学改革解决的问题。
3课程地位随行业发展而变化
随着人们生活水平的日益提高,对于口腔健康的要求已不仅仅局限于“无病”,而更多着眼于美观与功能良好,这使得口腔正畸治疗得到了越来越多的关注,也使得口腔正畸技术得以迅猛发展,越来越多的人选择口腔正畸治疗。与此同时,口腔正畸技术的发展也带动着口腔正畸修复专业技术的不断发展及变革,使得行业企业对于口腔正畸专业人才的需求不断提升,口腔正畸修复专业技术人才紧缺的问题日益明显,这对于口腔医学技术专业人才的培养提出了全新的、更高的要求。口腔正畸工艺技术课程无形中从一门普通的专业课程变成一门直接关系毕业生就业的专业核心课程,口腔正畸工艺技术也成为越来越多相关企业希望毕业生熟练掌握的专业技能。
4课程设置及教学模式改革的重要性
就口腔正畸工艺技术课程来看,其发展相对于其他专业核心课程慢,授课方式依旧沿用传统的理论实验分开教授的教学模式,弊端显而易见。为更好地满足行业企业对口腔正畸工艺技术专业人才知识与技能的要求,调整课程设置、进行教学模式改革已经刻不容缓。教学做一体化教学模式[4]在其他专业核心课程中教学效果良好,也积累了一定的经验,但由于每门课程都有其自身的特点及特殊性,把其他课程适合的教学模式照搬过来并不一定适合。因此,需要分析教学做一体化教学模式在其他核心课程中开展的情况,依据行业企业对于专业人才知识结构的要求,探索有口腔正畸工艺技术课程特色的教学做一体化教学模式,改变原有的理论与实验教学脱离的教学组织形式,这对于培养高素质、技能型专业人才至关重要。
5结语