粉末冶金概念范文
时间：2023-11-21 18:16:22
导语：如何才能写好一篇粉末冶金概念，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：粉末冶金；汽车零件；金属粉末；高性能
粉末冶金材料是指用若干种金属粉末或是金属粉末与非金属粉末作原料， 通过按比例配料、压制成形、烧结等工艺过程而制成的材料。这种生产工艺过程也就是粉末冶金法， 它属于一种不同于熔炼和铸造的方法。由于其生产工艺过程与陶瓷制品工艺极为相似， 所以粉末冶金法又被称为金属陶瓷法。粉末冶金法不仅是制造某些具有特殊性能材料的方法， 同时也是一种无切屑或少切屑的加工方法。它具有生产效率高、材料利用率高、节省机床和生产占地面积等特点。但其也存在一定的缺陷，如金属粉末和模具费用高， 制品大小和形状受到一定限制， 制品的韧性也较差。粉末冶金法常被用于制作硬质合金材料、结构材料、减磨材料、难熔金属材料、摩擦材料、过滤材料、无偏析高速工具钢、金属陶瓷、耐热材料、磁性材料等。
一、粉末冶金技术的含义及其特点
粉末冶金技术附属于材料制备和成形的加工技术，而作为粉末冶金的雏形就是块炼铁技术，块炼铁技术也是人类最初制取铁器的唯一手段，其对人类社会进步作出了巨大贡献。
1、 粉末冶金技术的含义
粉末冶金的方法其实诞生已久。人类早期通过机械粉碎法来制取金、银、铜和青铜的粉末，用来当作陶器等的装饰涂料。早在200年前，一些欧洲国家，如俄、英等国就曾大规模的制取海绵铂粒，并经过热压、锻和模压、烧结等加工工艺来制造钱币和一些贵重器物。1890 年，美国的库利吉发明用粉末冶金方法制造灯泡用钨丝，从而奠定了现代粉末冶金技术的基础。直到1910年左右，人们已经开始用粉末冶金法来大量制造了钨钼合金制品、青铜含油轴承、硬质合金、集电刷、多孔过滤器等，并逐步形成了一整套粉末冶金相关技术。上世纪30年代，旋涡研磨铁粉和碳还原铁粉技术问世后，从而为粉末冶金法制造铁基机械零件较快的发展机遇。从第二次世界大战后，粉末冶金技术得到了较快的发展，新型的生产工艺和技术装备、新的材料和制品不断出现，开拓出一些能制造特殊材料的领域，成为现代工业中的重要组成部分。
2、 粉末冶金技术的主要作用
由于粉末冶金技术的具有特殊优点，使其已成为解决新材料问题的有效途径，而且在新材料的发展中历程中发挥着举足轻重的作用。
粉末冶金技术由于其可以在最大限度地来减少合金成分发生偏聚，消除粗大且不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土储氢材料、高温超导材料、稀土催化剂、新型金属材料上具有独特的作用。同时还可以制备非晶、纳米晶、准晶、微晶以及超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料由于具有优异的电学、光学、磁学和力学性能。因此可以较容易地实现多种功能类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷和功能陶瓷材料等。可以实现净近形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。
二、粉末冶金技术的发展趋势
随着汽车和飞机零件以及切削和成形工具发展的需要，粉末冶金制造零部件的强度和质量都得到了较好的改善和提高。汽车制造业作为粉末冶金零件的最大用户，1996 年汽车行业占有美国粉末治金零件的市场份额的69%，成为美国粉末冶金零件的最大市场。发展粉末冶金需要制取新技术、新工艺及其过程理论。
1 、向全致密化发展
粉末冶金的重点是超细粉末和纳米粉末的相关制备技术，机械合金化技术，快速冷凝制备非晶、微晶和准晶粉末制备技术，粉末粒度、结构、形貌、成分控制技术，自蔓延高温合成技术。粉末冶金技术发展的总趋势是向超细、超纯、粉末特性可控方向发展，从而建立以“净近形成形”技术为中心的各种新型固结技术及其过程模过程理论，如粉末注射成形、挤压成形、喷射成形、温压成形、粉末锻造等。建立以“全致密化”为主要目标的新型固结技术及其过程模拟技术。
2 、向高性能化、集成化和低成本等方向发展
粉末冶金制造零部件相关的新的成形技术层出不穷，如：粉末注射成形、温压成形、流动温压成形、喷射成形、高速压制成形等新技术不断涌现。目前， 粉末冶金技术正向着高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向发展。有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高质量的结构零部件发展；制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金；用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金；制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金；加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。
3 、粉末冶金产业化发展
由于相邻学科和相关技术的相互渗透和结合.更赋予了粉末冶金新的发展活力。粉末冶金新工艺层出不穷。粉末冶金产业化是指这些技术已比较成熟。甚至在一些国家已有生产规模，但主流还处于研究成果向产业化转化的过程之中。其工艺、设备、市场等已为产业化准备了条件，可以产业化，取得社会效益和经济效益。主要是指该技术实现产业化、集群化、模块化发展。其主要应用领域有汽车用粉末冶金零部件，汽车制造业仍是粉末冶金（PM）发展的牵引力；粉末注射成（PowderInjection Molding（PIM））温压成形技术（Warm Compaction）在众多为提高PM 件密度的生产方法中。温压成形技术被认为是最为经济的一种新工艺。本文将重点介绍以下产业化技术：
① 温压技术
温压技术在上世纪90 年代被誉为粉末冶金技术上重大突破，并于1990年取得了第一项采用一次压制烧结工艺制备高密度铁基（P / M）零件的美国专利。该技术可以使烧结钢中的孔隙度降低到6 %左右，而传统技术的孔隙度为10%以上，产品的密度能达到7.3g/cm3或以上，因此较大程度的拓宽了高密度、高强度烧结钢零件在工业上广泛应用的可能性。
② 模壁
模壁和温压是两个平行的提高铁基结构零件密度的方法。近年来，发展最迅速的是干模壁技术，即采用静电的方法，从而将干剂粉末吸附到模壁上进行，从而很好的避免了湿模壁在制备过程中压坯表面易于粘粉的缺点。
③注射成形
金属注射成形（MIM）是一种将塑料注射成形与粉末冶金技术结合而成的近净成形技术，此技术也是国内外公认的21 世纪粉末冶金的主流技术，被称为“第五代加工技术”。而且该技术也最适于用来大批量生产一些三维复杂形状的零件，同时还可以实现自动化连续作业，从而大大提高生产效率。目前，在一些发达国家，MIM技术已经成为一项最具竞争力的金属成形技术，而且开始大量用于不锈钢粉末冶金生产。
三、粉末冶金机械零件的制造现状与挑战
我国粉末冶金技术起步较晚，自1958年诞生以来，一直是处在蹒跚学步的状态中，而且一直不被人们重视，被当做是一个没有前景的小行业来对待。然而从世界粉末冶金行业发展状况来看，粉末冶金行业却是一个最具市场活力，发展速度极快，同时应用范围也是最广的冶金技术，尤其是日本在粉末冶金技术方面发展飞快，每年生产烧结含油轴承十几亿只。直到上世纪80年年代初，在我国体制改革的大潮中，粉末冶金零件行业正式划归当时的“基础件工业局”进行管理，并结束了粉末冶金零件行业自身自灭的状态，从而得到相应的发展机遇。我国自上世纪90年代至今约20多年间，粉末冶金零件得到迅猛发展，同时也经受住了金融危机的不利影响。
表1是我国自2007-2011年间粉末冶金分会53家会员企业的数据进行统计的结果，虽然我国粉末冶金行业目前显示出盎然生机，但也面临着各方面的挑战。现笔者将自己的针对其中的一些问题以及看法和相应的意见提供给大家参考：
四、粉末冶金机械零件制造技术在汽车行业的应用现状与前景
近年来，由于人们生活观念的改变，同时人们的环保意识也不断提高，因而轻量化的汽车也越来越受人们的亲睐，从而汽车工业也开始大量使用轻质合金材料，如铝合金、镁合金来生产汽车零部件。也正是由于粉末冶金能够很好的避免成分偏析，又可以满足具有各种特定性能的零部件一次性成型的要求。
目前粉末冶金汽车零件主要有两个市场，一个为汽车生产商市场，另一个为汽车维修服务点，即维修配件市场。而汽车生产商市场则是粉末冶金零件的主要市场，通常情况下，汽车生产商会与粉末冶金零件制造企业进行定向合作，从而导致其他零件制造企业难以插足获利。而维修配件市场相对来说则要开放的多，而且需求量也较大，但大多都是存在某些质量问题的货物。从表2可知，我国在汽车制造行业中对粉末冶金技术制造的零件的使用量只有日本的2/3左右，但我国的粉末冶金制造的零件的总量却要比日本的多，可见粉末冶金汽车零件的市场潜力是巨大的。
我国目前汽车行业正处于蓬勃发展期，因此也给我国粉末冶金零件制造企业带来了难得市场机遇。同时根据美国一家信息分析中心预测，2020年我国汽车销量将达到2000万辆，届时中国将超过美国成为全球汽车销量第一的国家。而我国粉末冶金汽车零件的主要制造企业有三十多家，且其主要生产的零部件为汽车所使用的一些轴承或者是小配件，总体呈现出还是处于相对来说较为低端的位置，而关于发动机或调速箱等关键部位的零部件则基本上是整体通过国外进口，同时随着全球经济一体化趋势的不断加速，我国粉末冶金企业毕竟面对国际化市场，这对我们来说既是机遇也是挑战。因此就需要我国粉末冶金企业把握机遇，迎难而上，主动积极的溶于国际化市场当中。
参考文献
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篇2
［关键词］粉末冶金;市场营销;产品结构调整
1针对市场需求，调整产品结构
首先，做好深入细致的市场调研，针对市场需求，目标市场，准确市场定位。新产品开发要深入到用户，钢铁粉末企业的市场销售人员要广泛听取用户的意见，充分考虑到用户在使用过程中出现的实际问题，不能只做销售人员，要做用户的建议者、指导者、问题解决者，要接触和了解将来可能成为竞争对手的产品及它们的销售渠道，汇总同类产品的销售量和客户的反映，并把收集市场反馈和调查的信息公正、客观、准确地上报企业以便正确决策。目前国内钢铁粉末企业由于实力问题，研发能力都不是很强，在技术研发方面的投资比较小，由于近几年国内钢铁粉末市场变化快，而企业所能掌握的市场信息总是有限的，这就要求钢铁粉末企业进行市场调查时，对企业实力与市场需求之间进行协同性研究。根据自身实际情况，研发产品，扩大规模，才能规避不必要的风险，持续健康发展。其次，针对竞争日益激烈的钢铁粉末市场，唯有及时调整产品结构，增加产品的深度、宽度、相关性，提高产品的核心竞争力，才能突出重围，在竞争中立于不败之地。具体方式如下。
1.1调整产品组合的深度:即增加或降低产品组合的深度
增加产品组合深度，具体形式有:一是向下延伸。即钢铁粉末企业由高档次产品向下延伸，增加低档次产品。比如开发低松比高强度还原铁粉，发挥海绵铁粉颗粒形状复杂、成形性好，同等密度下强度、机械性能高等优势，在低密度异形件、含油轴承、铜包铁粉等领域得到更多应用。二是向上延伸。即钢铁粉末企业由低档次产品向上延伸，增加高档次产品。如雾化粉生产企业加大新产品开发力度，重点由低利润水平的纯铁粉向高压缩性铁粉、扩散粉、预合金粉和预混合钢粉等产品转移。三是双向延伸。即由中档产品同时向上、向下延伸，即同时增加高档次和低档次产品。如由80.25铁粉延伸出的80.22、80.23及80.27铁粉。四是增加不同于现有产品的新产品，比如开发出化工用铁粉等。降低产品组合的深度，就是根据情况减少现有产品。当某些产品销售量较差市场前景暗淡，就必须淘汰。如莱钢粉末最初研发的LRP150铁粉等。
1.2调整产品组合宽度，拓宽产品应用范围
钢铁粉末企业扩展产品组合的宽度，开发和经营市场潜力大的新的产品，扩大生产经营范围以至实行跨行业的多样化经营，有利于发挥企业的资源潜力，开拓新的市场，减少经营的风险性，增强竞争能力。如由于还原铁粉和雾化铁粉价格倒挂造成100目还原铁粉销售量急剧减少，从而迫使还原铁粉厂家改变产品结构，进一步开拓焊材、化工、冶金、火焰切割等新领域、新用途的应用。钢铁粉末企业缩小产品组合的宽度，剔除发展前景暗淡、利润空间小、无法规模化生产的产品，可以集中资源经营那些发展前景好、利润可观、利于规模化生产的产品，提高规模化生产效率，有利于提高整体市场竞争能力。
1.3调整产品组合的相关性
钢铁粉末产品相关性的调整过程中，有些钢铁粉末企业增加现有产品的相关性，提高专业化程度，增强钢铁粉末企业在相关行业的知名度，巩固与提高企业的市场地位。但是，由于客观需要，钢铁粉末企业在经营资源的开展上有时实际是走上了减少产品组合相关度的道路，即增加与现有产品、业务和市场无关的产品业务，实行多样化经营。如有些钢铁粉末生产企业因为看到房地产行业利润可观盲目进入。发展无关联多种经营必须量力而行。对于钢铁粉末企业来说，其多元化经营程度越高，企业管理难度就越大，其人才、技术等需求就越大，因此必须量力而行，积极、稳妥、循序渐进地开发，确保成功率，企业才能不断壮大。
2提高企业的市场竞争地位
2.1采取聚焦策略、专注钢铁粉末企业最擅长领域
钢铁粉末企业要“因地制宜”，根据各自企业自身的特点，把自身所掌握的有限资源优化组合起来，专注钢铁粉末领域，力争在钢铁粉末领域做得最好、做得最优，企业的钢铁粉末产品要能做到“人无我有，人有我精”。钢铁粉末企业要树立一个理念:和任何一个同行业强企相比，即使企业有很多个方面不如强企，但只要有一项、两项比它好，并着力培养这两个方面，就能够吸引有这方面需求的客户。
2.2增强企业技术创新意识，避免产品在低端竞争
钢铁粉末企业要加大科技研究开发的投入，重视技术研发人员的培养、教育和激励，加强对知识产权的开发和保护，增强技术创新意识，提高产品的科技含量，形成企业独特的核心技术与核心产品，避免和同行业企业同挤一座独木桥，同样的办法生产同样的廉价产品，拥挤在低端产品竞争，企业间相互自相残杀。同时，增强钢铁粉末的技术创新能力，钢铁粉末企业在引进技术的同时，还要加强对引进技术的消化、吸收和创新，从而提高企业自身的技术研发能力。
2.3确立整体营销观念，创新营销模式
要确立整体营销观念，突破以最终顾客市场营销为中心的传统市场营销理论的概念，从长远利益出发，将公司的市场营销活动涵盖内外部环境的所有重要行为者，促使企业对原有的竞争模式进行思考，进而结合自身实际不断创新。在竞争日趋激烈的市场环境下，钢铁粉末企业的营销活动为实现目标任务必须追求共同利益。企业不但要重视供应链上关联企业的市场营销，也要对竞争对手开展市场营销研究分析。加强与竞争对手之间的沟通和了解，企业能够针对竞争对手的状态影响其行为方式，进而使竞争态势朝对本企业有利的方面发展，合理避免恶性竞争，有利于钢铁粉末行业间共同构建有序的市场竞争环境。国内大多钢铁粉末企业尤为欠缺的是产品(Product)、价格(Price)、促销(Promotion)、渠道(Place)四大策略的相互配合与协调。其中，产品品质是实施价格策略的基础，渠道策略也要与价格策略、产品策略同步，促销策略更要与价格策略、产品策略和渠道协调一致。如价格策略不要在客户试用期间就立即开展。很多其他行业的大企业为了协调一致往往在营销部门内同时设立产品经理和市场经理。产品经理负责产品事宜，为产品推出市场奠定基础;市场经理则负责协调和规划企业在一个地区或一个目标客户群所需的所有产品及服务。这种方式值得国内钢铁粉末企业借鉴。总之，国内钢铁粉末企业必须确立整体营销观念，创新营销模式，制定切实有效的措施和方法，协调企业各个部门，为企业赢得忠实和稳定的客户资源。
篇3
关键词 工程材料 教学改革 材料加工 技术人才
中图分类号：G712 文献标识码：A
1 工程材料加工课程教学改革应该遵循的原则
1.1 理论知识与技能实践共同发展
工程材料加工是一门涵盖多种材料工艺的学科，该学科实践性很强，实验课程和课堂教学都必须与生产实际相联系。课程不仅涵盖化学、力学、冶金等方面的知识，还对相关的工艺流程和相关原理做出阐释，丰富学生理论知识层面的认知。在国外高职院校相关专业的教学课程设置中，通常将实验课程以系列的形式搭配主干理论知识，根据教学需要进行选择。因此本课程的实践环节应该在保障焊接、铸造、金属塑性加工等工艺实验的基础上，添加激光加工、超声加工等新型加工工艺，培养学生的认知能力和动手能力。
1.2 适应材料专业人才培养的需要
工程材料加工是我国高职院校机械设计及自动化、材料加工工程等专业的必修课程，在很大程度上体现了高职院校培养人才的相关需求。在传授学科领域范围内主要加工制造方法的同时，又引进新型材料加工工艺，这种教学安排既体现了相关行业对人才的专业需求，也是由高职院校人才培养发展方向决定的。
2 工程材料加工教学理论知识的发展方向
2.1 优化专业课程内容
材料加工工艺既包括锻造、铸造和焊接等传统工艺，又涵盖微电子封装、真空镀膜等现代加工工艺，在专业课程教学过程中，必须对这些教学内容进行有效的优化整合，适时引入专业领域的前沿科研成果和发展成就，打造一个适宜人才培养计划的专业知识架构。举例来说，工艺教材内容设置应该在单一的传统工艺中加入粉末冶金等先进工艺，金属液态成型教学重点应该向热门的砂型铸造倾斜等等。在具体的教学活动中，教师应该突出教学的核心和重点内容，辅助学生拓展知识领域，为培养创造性思维和动手能力奠定基础。
2.2 扩大专业知识面
随着时代的发展，材料相关专业涉及的领域也逐渐得到拓宽，在解决实际问题的过程中产生了许多分支型的工艺和原理，这就要求高职院校的专业建设要做出改变，进一步拓宽基础知识面、扩充知识体系。教师应该在课堂教学中以一至两个典型工艺为讲解范例，对其它工艺进行概述或将其作为课外阅读，既引导学生“举一反三”，又达到广泛涉猎的教学目的。
2.3 专业教材建设
教材是开展教学活动的专业指导性资料，在材料相关专业的教材设置方面，各级院校应该组织教师对教材进行认真研读，并且形成书面性的参考意见，辅助教育部门对专业教材进行修订，将以锻造、焊接、表面工程等为代表的传统工艺，以及以快速原型制造、粉末冶金为代表的新型工艺相结合，弥补专业教材内容设置上的缺口，避免教材内容与时代脱节。
3 工程材料加工教学实践内容的改革思路
教学实践直接作用于学生，教学活动的开展是对学生思维能力、理解能力、创造能力和动手能力的多方面培养。为了顺应我国教育体制改革的需要，高职院校材料加工相关专业应该对传统的教学方法和手段进行改革，理论和实验并重的同时，将教学重点向实践运用方面倾斜。
3.1 运用多种教学手段 （下转第162页）（上接第160页）
工程材料加工具有工科专业的普遍特点，即概念和原理抽象化、理解难度较大。针对这一特点，教师应该充分运用多种模型道具或者直观的教学手段，将抽象的工艺流程或者技术原理具体化，便于学生理解。比如，在讲解锻造压、铸造等成型工艺的教学中，可以运用计算机辅助教学，将工艺操作流程以多媒体动画形式呈现出来，便于教师讲解，也易于学生理解。
3.2 加强互动式的课堂教学
传统“填鸭式”教学已经被时代抛弃，现代教学更加注重师生之间的有效互动。在材料加工课堂教学中，教师可通过适度的话题切入，引导学生展开自由讨论，通过互相交流沟通对所学知识进行巩固。以材料“加工硬化”和“二次硬化”的教学为例，在课堂讨论的过程中，学生可通过互相之间提问对不同工艺特点加以辨别，着重关注易于混淆的部分。
3.3 改革实验教学
实验教学是培养学生动手能力的重要环节，为了改变传统的验证性实验模式，教师应该根据教材设定有针对性的实验项目，转化实验教学思路，由点到面、层层推进实验教学，大幅度提高综合性实验的比例。以材料加工生产工艺的演示过程为例，教师选题范围应该以贴近毕业设计为重要指导方向，将其作为教学科研的重要部分来开展，在这一综合实验过程中，通过对工艺全过程的演示，启发学生发挥主观能动性，发现问题并对其进行分析，积极地参与到实验中，将创造性思维能力作用于实践。
3.4 加强校企合作
校企合作是近年来兴起的一种新型办学模式，学校充分根据企业对专业人才的供需状况和技术需求进行定向人才培养，企业为这些后备人才创造足够的实践空间。校企合作办学通过设立教学指导机构、定期邀请企业工程技术人员对教学开展指导等方式，实现了材料加工理论知识和生产实践的有机结合，顺应市场对相关人才的具体需要进行安排教学内容和实际训练课程，为高等职业院校相关专业学生顺利走上工作岗位奠定了基础。
4 结束语
经济的发展对高职教育提出了新的要求，面向市场需求进行人才培养已经成为教学实践发展的主要趋势。我国高职院校材料加工相关专业的教学实践要将培养实用型技术人才作为教学目标，实现教学管理水平的新突破。提高材料加工教学质量，为社会经济发展提供急需的技术应用型人才，是一项需要各部门协同合作的长期性工作，不仅需要学校对教学方法进行改革，还需要相关企业和政府部门的实践合作和政策扶持。
参考文献
[1] 张钧,姚婷珍.材料加工工程课程的教学改革探讨[J].科技信息,2010(15):132.
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[3] 张诤,涂文斌.材料加工专业教学改革的一些思路[J].中国科教创新导刊,2010(11):199.
篇4
1 Cu 基胎体的分类
众所周知，纯 Cu 液态对碳是呈惰性的，在 Cu-C内界面上很难发生扩散。在 Cu 中添加少量的合金元素，目的是改善 Cu 对金刚石的润湿，即降低接触角和提高 Cu 合金对金刚石的粘结强度，以此来达到工具中金刚石不过早脱落，提高金刚石工具使用性能的目的。所以通常采用其它合金元素与 Cu 一起作为金刚石工具的胎体材料。根据合金元素种类的不同，Cu 基胎体可分为以下几类:
1) 青铜基胎体
青铜基胎体是在 Cu 中加入强化元素 Sn 或再加入其它元素，青铜基胎体在金刚石工具中应用比较普遍。青铜粉的可烧结性和成形性很好，熔点低、烧结温度也低。以下是几种常见的青铜基胎体:锡青铜，是制造金刚石工具的主要结合剂，以锡青铜为结合剂制造的超硬磨具，强度、硬度高，又有较高的脆性; 锡青铜收缩率小，易产生分散性缩孔，适合制造形状复杂且要求有一定气孔率的磨具; 锡青铜导热性较好，有利于磨具磨削时降低磨削温度和防止工件表面烧伤［2］。6-6-3 青铜合金，烧结温度低，可烧结性和成形性均很好，综合力学性能较好，多用于地质钻头、锯片刀头的胎体，是普遍应用的金属胎体。Cu-Sn-Ti 合金，是很好的金刚石磨具胎体。对金刚石具有出色的润湿性，几乎完全润湿; 烧结后的合金，脆而不粘，对金刚石有足够的固结力和粘结力。Cu-Sn-Ni 合金，是用 Ni 取代 Ti，合金力学性能有大幅度提高，但液态合金对金刚石的润湿性比Cu-Sn-Ti 合金相差很大; 由于 Ni 能强化胎体，合金的液、固相线都有稍许提高，抑制了高温下的烧结流失。Cu-Sn-Ni 合金用作粗磨、精磨砂轮效果尚好［3］。
2) 白铜基胎体
白铜基胎体指 Cu-Ni 基合金，用的比较多的是锰白铜和锌白铜。锰白铜指 Cu-Ni-Mn 合金，锌白铜指 Cu-Ni-Zn 合金。白铜的力学性能高于青铜基合金，熔点也比青铜合金高; 有较高的强度和韧性，常用在有冲击重载荷的工具上，如石油钻头和地质钻头［3］。有时为了特殊的需求，也常在 Cu 基胎体金刚石工具中加入 Fe、Cr、Ti 等其他改性元素，以提高工具的性能。如陈芃等［4］指出在 6-6-3 青铜胎体中加入含量比为 3∶ 1 的 Fe-Ni 合金元素时，胎体强度提高 24%，对金刚石的把持力提高了 50. 2%。SunLan 等人［5］使用 SiC 晶须对 Cu-Fe 基胎体进行强化也收到了较好效果，加入 1. 5% ( 体积分数) 的 SiC晶须可以使金刚石锯片的使用寿命提高 30%。孙毓超［6］指出，Cu 基胎体合金中 Cr 含量在 0. 10%( 原子分数) 时，胎体对金刚石的粘结强度最高达到350MPa; Ti 含量在 0. 07% ( 原子分数) 时，粘结强度出现峰值，达到 400 MPa 以上。Luciano 等［7］还在金刚石工具中加入微量非金属元素，如在 Cu 基胎体中加入适量的 P 和 Si 均能降低 Cu 合金的熔点，使 Cu 合金能在较低温度下浸润金刚石。
2 金刚石表面金属化在 Cu 基金刚石工具中的应用
由于金刚石与一般金属和合金之间具有很高的界面能，致使金刚石不能为一般合金所浸润。试验表明，在对金刚石呈惰性的金属 Cu 中加入少量强碳化物形成元素( Ti、Cr 等) 可以改变金刚石的表面状态，从而大大改善溶液对金刚石表面的浸润性。林增栋［8］通过研究得出，在 Cu 合金中添加强碳化物形成元素，在适当的温度下发生液-固两相界面反应，在金刚石和合金溶液间生成碳化物界面，使 Cu合金对金刚石的浸润转化为 Cu 合金对碳化物界面的浸润，从而提高了金刚石与合金之间的粘结力。例如，在 Cu 中加入碳化物形成元素 Ti，会发生界面反应从而实现对金刚石颗粒的浸润和粘结［9］。试验测定得出，在与金刚石表面浸润角为 145°的 Cu溶液中加入 10% Ti，则 Cu-10Ti 合金对金刚石的浸润性能大大改善，浸润角降至 30°以下; 加 Sn 于 Cu-Ti 合金中，能进一步改善合金对金刚石的浸润性，并测得 Cu-10Sn-20Ti 合金与金刚石的浸润角几乎趋于 0°，这种合金材料对金刚石的焊接结合力可达100 MPa 以上，增强了金属基体对金刚石的粘结力，提高了金刚石工具的性能水平。林增栋［10］用 Cu-Sn-Ti、Cu-Cr 合金粉与金刚石颗粒烧结制备的金刚石砂轮中金刚石颗粒出刃非常突出，高达金刚石颗粒的 2/3，并被牢固钎焊住。金刚石出刃锋利度、寿命均大大提高。
3 预合金化技术在 Cu 基金刚石工具中的的应用
自从 Umicroe 在 20 世纪 90 年代首先提出预合金粉概念以来，预合金粉在金刚石工具制造业及粉末冶金业的应用越来越广泛。目前，大多数金刚石锯片、磨轮、取芯钻头及其它天然石材和建材加工工具的制造商在产品制造过程中，除了纯 Co 外，均使用相当比例的预合金粉。预合金粉末由于每个粉末颗粒都包含组成合金的各种金属元素，因此预合金粉成分均匀性相当好。同时，预合金粉共熔点比合金中单元素的熔点要低得多，烧结过程中，只要温度达到预合金粉末的液相线以上，整个粘结金属成分的粉末熔化［11］。因此，使用预合金粉末有以下显著特点:1) 预合金粉刀头比机械混合粉刀头的元素分布均匀，从根本上避免了成分偏析;2) 预合金粉合金化充分，组织均匀，大大提高了烧结制品的抗压、抗弯强度，易于满足金刚石制品的胎体性能要求;3) 由于预合金化大大降低了烧结过程中金属原子扩散所需的激活能，降低了烧结温度，缩短了烧结时间，有利于避免金刚石高温损伤;4) 预合金粉抗氧化能力强，烧结性能好;5) 预合金粉胎体具有高硬度和高冲击强度;6) 预合金粉可提高对金刚石的把持力，提高金刚石工具的锋利度，延长工具的使用寿命。张绍和等［12］用预合金 Cu 制备金刚石钻头，在华东某单位用在钻进流纹岩中，钻头平均寿命为60. 7m，平均时效为 2. 6m / h; 而非预合金胎体制备的钻头平均寿命为 30. 5m，平均时效为 1. 8m/h，预合金胎体钻头比非预合金胎体钻头的寿命提高了99% ，平均时效提高了 45% ; 在成都某水电院钻进砂卵石层的使用试验中，使用非预合金粉末胎体钻头钻进的平均寿命为 25m，平均时效为 1. 6m/h; 而使用预合金粉末胎体钻头，其平均寿命为 50m，平均时效为 2. 3m/h，分别提高了 100%和 43. 8%。向波等［13］采用共沉淀还原法制备 Cu 基预合金粉，所制得的胎体材料晶粒细小、分布均匀，纯胎体的相对密度达到 98. 24%，抗弯强度达到 1 014. 63～ 1 127. 45MPa，硬度达到 97. 7 ～ 100. 4HRB; 而相同条件下用传统机械混合法制备的纯胎体的相对密度为 93% ～ 95%，抗弯强度为 810 ～ 920MPa，硬度为 70 ～ 80HRB。由此可见采用共沉淀法制备的预合金粉的性能也是远远高于机械混合法的。
4 稀土元素在 Cu 基金刚石工具中的应用
稀土元素对胎体的强化研究始于上世纪 80 年代，它对材料的性能有许多特殊的影响。已经证明［14 －17］，稀土元素具有细化晶粒、净化材料表面和界面、吸附有害杂质 O、S、P 等并与之反应生成相应的化合物等作用，能够显著提高材料的综合性能，因而稀土元素在材料的科学研究和制备过程中获得了广泛的应用。吴玉会等［18］将稀土元素 La 与金属 Ni 制备成预合金粉，加入 Cu 基金刚石工具胎体。当 La-Ni 预合金含量达到 1. 5% 时，胎体硬度达到最高值92. 0HRB; 添加 La-Ni 为 1. 0% 时，纯胎体材料的抗弯强度达到最大值640 MPa，远远高于未加 La-Ni 合金粉时纯胎体材料的抗弯强度( 514MPa) ; 金刚石/金属基复合材料的抗弯强度达到最大值 570MPa，比不添加稀土的试样的抗弯强度值提高了 32%。宋月清等［19］把 La-5Ni 合金粉加入 6-6-3 青铜基胎体中，发现: 在 Cu 基胎体中添加 La-5Ni 合金粉末，可显著提高胎体的综合力学性能，特别是胎体的抗弯强度提高幅度很大，当 La 含量达 0. 75% 时，纯胎体的抗弯强度从 512MPa 提高到 823MPa，提高了60% ; 含金刚石胎体的抗弯强度从 480MPa 提高到671MPa，提高了 37% ; 磨损后金刚石在胎体中的出露高度由 95μm 增加到 120μm，提高了 26%; 胎体对金刚石的粘结包镶能力提高。卢安军等［20］在 Cu 基金刚石锯片中加入稀土Y，不仅有效提高了胎体的硬度，而且增强了胎体对金刚石的包镶能力，实现胎体与金刚石在切割过程中的匹配磨损，提高锯片的切削性能。在保证锋利度基本不变的情况下，含 Y 锯片的寿命甚至比 Co基锯片的寿命提高了 17%，具有取代 Co 基金刚石锯片的应用潜力。李长龙等［21］在切玻璃用锯片中加入稀土化合物 La2O3。研究得出，稀土化合物的加入能增大金刚石的出刃高度，增加刀头的脆性，使金刚石的出刃更加容易，而且还不会降低金刚石的利用率。用含稀土氧化物的锯片对玻璃酒瓶做切割试验，相比国内其它厂家的锯片，切割效率提高了 38. 75%; 相比切割速度较快的台湾某厂家的锯片，切割效率提高了 21. 60%。
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摩擦通常被看作是两个物体间的相互作用，然而1984年，MGodet在摩擦理论的基础上，引入了第三体的概念。第三体就是磨损形成的覆盖在摩擦表面的磨屑，常被人们称为摩擦膜尧表面膜或摩擦转移膜等，这部分组织存在于两个摩擦主体之间。因此，要认识和掌握摩擦学行为，不能忽略第三体的作用。在摩擦过程中，第三体并不是一成不变的，其组织特征尧运动状态等都受到摩擦条件影响，进而影响材料摩擦磨损性能。表面第三体的形貌具有颗粒区和压实区两种特征。第三体的压实区和颗粒区是处于一个不断相互转化的动态过程，这个转化过程与摩擦学行为密切相关。
符蓉等针对Cu-SiO2烧结材料，分析第三体与SiO2硬质点的塞积－覆盖－分解－再覆盖循环，并认为SiO2的强度决定了第三体压实区的存在周期。MEriksson[5]针对汽车用有机合成闸片，揭示了第三体以金属纤维作为钉轧点和进行压实-分解-再压实的循环过程，并指出第三体演化与载荷有关。DMajcherczak等研究碳素钢材料的摩擦第三体发现，第三体粒子在不规则表面的接触点堆积引起局部接触应力和温度升高，压实区承受较高的载荷导致破裂形成粒子。
上述研究使人们对于第三体形成过程有了一定了解，但研究工作仍局限于为数不多的摩擦材料和摩擦条件。铜基摩擦材料以其优良的摩擦性能在高速列车制动方面取得广泛应用，但由于材料组元的多样化和摩擦条件的复杂性，增加了认识第三体摩擦学行为的难度。鉴于此，本文针对铜基摩擦材料，研究了摩擦压力的变化对摩擦表面第三体组织状态的影响以及第三体状态与摩擦磨损性能的关系，可为掌握高速列车制动条件下制动产品的摩擦磨损性能提供理论基础。
1试验材料与方法
采用粉末冶金工艺制备Cu-石墨-SiO2烧结材料，试验材料由电解铜粉渊300目冤尧石墨和SiO2(20～60目)构成，三种组分的配比为石墨取10.0wt%，SiO2为6.0wt%，余量为铜。粉末经均匀混合，在压制压力600MPa条件下压制成型，在钟罩式烧结炉中加压烧结，烧结压力1.77MPa，烧结温度820℃，保温时间1.5h。制备的试样尺寸为准17mm伊15mm。摩擦磨损试验在销盘式定速摩擦机上进行，对偶盘为H13，摩擦半径150mm，速度范围200～3000r/min，相当于线速度3.14～47.1m/s，摩擦压力0.5～1.1MPa。表面形貌观察采用OLYMPUS数码成像显微镜。
2结果与分析
摩擦压力对铜-石墨-二氧化硅材料摩擦系数的影响。可看出，随摩擦压力提高，摩擦系数呈现下降趋势，当摩擦压力超过0.7MPa时，随摩擦压力提高，摩擦系数变化不大，集中在0.4。这是由于在一定速度下，铜基摩擦材料摩擦系数滋与摩擦压力P之间的关系。摩擦压力对铜-石墨-二氧化硅材料磨损率的影响。可看出，随摩擦压力的增加，材料磨损率变化不多，平均值都低于0.2g/MJ。这可能是由于所研究的铜基材料中含有SiO2和石墨颗粒，SiO2颗粒起到强化表面强度的作用，而石墨颗粒具有效果，二者共同作用保证了材料良好的耐磨性。随摩擦压力的提高，一方面SiO2的破碎程度增加，另一方面破碎的SiO2颗粒存在再次嵌入材料表面的现象，这相当于增加了SiO2颗粒在表面的含量，起到了耐磨的作用。同时，石墨颗粒的破碎增加了作用，这些因素均是导致材料磨损率并没有随摩擦压力增加而增加的原因。
两种摩擦压力条件下的摩擦表面截面形貌。可看出，在0.5MPa条件下，第三体对表层有良好的覆盖，与基体结合处有细微裂纹存在曰摩擦压力提高到0.9MPa时，第三体对表面覆盖的不均匀程度增加，亚表层出现的裂纹深度和裂纹扩展程度增加，同时第三体层厚度略有增加。这表明，高的摩擦压力加剧了对表面的破坏程度，形成的第三体不均匀程度增加，不均匀的第三体对表面的保护作用降摩擦压力对摩擦表面温度影响Fig.5Effectsoffrictionpressureonthetemperatureoffrictionsurface低，这又加剧了亚表层的损伤。因此，随摩擦压力的提高，摩擦表面的变形和破裂程度增加。摩擦压力增加对表面的损伤作用在于加剧了表面的塑性变形和裂纹形成。实际上，材料表面微观上是凸凹不平的，当两表面接触时，接触点上的压力非常高，导致材料在此区域发生塑性变形。然而，这些接触点的面积和高度是不相同的，即这些塑性变形区的尺寸是不一样的，这就直接导致了第三体的面积和厚度的不均匀。压力增加，亚表层形成一个较厚的滑移层，大的塑性变形使得基体中薄弱部位优先发生裂纹的形核与扩展，当裂纹扩展到摩擦表面时，片状磨屑将从表面断裂脱出。
另外，增加摩擦压力有利于提高第三体致密性，高的摩擦压力促使第三体及亚表层中的裂纹扩展。在摩擦过程中，亚表层区沿着摩擦方向发生塑性流动，在剪切和压应力的共同作用下，受热软化的亚表层材料形成一个较厚的滑移层，塑性变形的不断累积使得基体中薄弱部位发生裂纹的形核与扩展。当裂纹的头尾端扩展到摩擦表面时，一个大片状磨屑将从表面断裂脱出。当相对滑动速度一定时，提高压力可使亚表层塑性变形区深度增加，同一深度处的塑性变形量也更大，裂纹在更深处萌生且易于扩展，亚表层更易发生严重的断裂剥层，破坏了上面覆盖的第三体层，产生大的片状剥落，增加了第三体来源，有利于厚度提高。不同摩擦压力条件下摩擦试样温度变化。可看出，在相同摩擦速度时，随摩擦压力的提高，摩擦表面温度升高。这是因为摩擦压力的增加会使材料表面摩擦功率增加，因此材料表面的温度升高。摩擦压力对摩擦表面温度的影响也反映了摩擦表面第三体组织的变化，增加压力使得材料塑性变形加剧，大颗粒的第三体被直接推出摩擦区域，脱落的第三体尺寸和数量增多，且此时摩擦表面温度增加，易于第三体变形和粘着，使第三体致密。这类第三体尺寸较大，脱落后很难重新进入摩擦过程，这相当于减少了表面第三体的数量，这显然不利于形成对摩擦表层的保护。
3结论
(1)随摩擦压力的提高，摩擦系数呈现下降趋势，磨损率变化不明显。这是由于压力增加引起了SiO2和石墨的破碎，也起到了耐磨和的作用。
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关键词：激光无损检测 超声无损检测 射线无损检测
在现代生产中针对不同对象选择何种无损检测方法已成为人们关注的问题,为解决好这个问题,就必须对无损检测方法及其特征有较全面的了解。所谓无损检测,是在不损伤材料和成品的条件下研究其内部和表面有无缺陷的手段。也就是说,它利用材料内部结构的异常或缺陷的存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化,评价结构异常和缺陷存在及其危害程度。下面简要介绍三种常用方法的应用和发展。
一、激光技术在无损检测领域的应用与发展
激光技术在无损检测领域的应用始于七十年代初期,由于激光本身所具有的独特性能,使其在无损检测领域的应用不断扩大,并逐渐形成了激光全息、激光超声等无损检测新技术,这些技术由于其在现代无损检测方面具有独特能力而无可争议地成为无损检测领域的新成员。
1.激光全息无损检测技术
激光全息术是激光技术在无损检测领域应用最早、用得最多的方法。激光全息无损检测约占激光全息术总应用的25%。其检测的基本原理是通过对被测物体加外加载荷,利用有缺陷部位的形变量与其它部位不同的特点,通过加载前后所形成的全息图像的叠加来反映材料、结构内部是否存在缺陷。
激光全息无损检测技术的发展方向主要有以下几方面。
(1)将全息图记录在非线性记录材料上,以实现干涉图像的实时显现。
(2)利用计算机图像处理技术获取干涉条纹的实时定量数据。
(3)采用新的干涉技术,如相移干涉技术。在原来的基础上进一步提高全息技术的分辨率和准确性。
2.激光超声无损检测技术
激光超声技术是七十年代中期发展起来的无损检测新技术。它利用Q开关脉冲激光器发出的激光束照射被测物体,激发出超声波,采用干涉仪显示该超声波的干涉条纹。与其他超声无损检测方法相比,激光超声检测的主要优越性如下。
(1)能实现一定距离之外的非接触检测,不存在耦合与匹配问题。
(2)利用超短激光脉冲可以得到超短声脉冲和高时间分辨率,可以在宽带范围内提取信息,实现宽带检测。
(3)易于聚焦,实现快速扫描和成像。
3.激光无损检测的发展
激光超声检测成本高,安全性较差,目前仍处于发展阶段。但在无损检测领域,激光超声检测在以下几方面的应用前景引起了人们的关注:(1)可用于高温条件下的检测.如热钢材的在线检测;(2)适用于某些不宜接近的样品,如放射性样品的检测;(3)激光束可入射到任何部位,可用于检测形状奇异的样品;(4)可用于超薄超细的样品及表面或亚表面层的检测。国外近几年已有将激光超声检测用机复合材料的检测、热态钢的在线检测的报道,在化学气相沉积、物理气相沉积、等离子体溅射等高温镀膜工艺过程中膜层厚度的实时检测方面也进行了研究。
二、超声检测技术在无损检测中的应用与发展
超声无损检测技术(UT)是五大常规检测技术之一,与其它常规无损检测技术相比,它具有被测对象范围广。检测深度大;缺陷定位准确,检测灵敏度高;成本低,使用方便;速度快,对人体无害以及便于现场使用等特点。
1.超声检测技术的应用
(1)目前大量应用于金属材料和构件质量在线监控和产品的在投检查。如钢板、管道、焊鞋、堆焊层、复合层、压力容器及高压管道、路轨和机车车辆零部件、棱元件及集成电路引线的检测等。
(2)各种新材料的检测。如有机基复合材料、金属基复合材料、结构陶瓷材料、陶瓷基复合材料等,超声检测技术已成为复合材料的支柱。
(3)非金属的检测。如混凝土、岩石、桩基和路面等质量检验,包括对其内部缺陷、内应力、强度的检测应用也逐渐增多。
(4)大型结构、压力容器和复杂设备的检测。由于超声成像直观易懂,检测精度较高。因此,近几年我国集超声成像技术及超声信号处理技术等多学科前沿成果于一体的超声机器人检测系统已研制成功,为复杂形状构件的自动扫描超声成像检测提供了有效手段。
(5)核电工业的超声检测。
(6)其它方面的超声检测。如医学诊断广泛应用超声检测技术;目前人们正试图将超声检测技术用于开辟其它新领域和行业,如人们正努力将超声检测技术用于血压控制系统进行系统作非接触检测、辨识。性能分析和故障诊断等。
2.超声检测技术的发展
在现代无损检测技术中,超声成像技术是一种令人瞩目的新技术。超声图像可以提供直观和大量的信息,直接反映物体的声学和力学性质,有着非常广阔的发展前景。现代超声成像技术都是计算机技术、信号采集技术和图象处理技术相结合的产物。数据采集技术、图象重建技术、自动化和智能化技术以及超声成像系统的性能价格比等发展直接影响超声检测图像化的进程。现代超声成像技术大多有自动化和智能化的特点,因而有许多优点,如检测的一致性好,可靠性、复现性高,存储的检测结果可随时调用,并可以对历次检测的结果自动比较,以对缺陷做动态检测等。
目前已经使用和正在开发的成像技术包括:超声B扫描成像,超声C扫描成像、超声D扫描成像,SAFT(合成孔径聚焦)成像,P扫描成像,超声全息成像,超声CT成像等技术。
三、射线技术在无损检测领域内的应用与发展
1.射线检测技术的应用
射线检测技术是利用射线(X射线、射线、中子射线等)穿过材料或工件时的强度衰减,检测其内部结构不连续性的技术。穿过材料或工件的射线由于强度不同在X射线胶片上的感光程度也不同,由此生成内部不连续的图像。
(1)早期使用在石油工业.分析钻井岩芯。
(2)在航空工业用于检验与评价复合材料和复合结构。评价某些复合件的制造过程。也用于一系列情况下样件的评价;这种检测与评价过程,大大简化了取样破坏分析过程。
(3)检测大型固体火箭发动机,这样的射线系统使用电子直线加速器X射线源,能量高迭25MeV,可检验直径达3m的大型同体火箭发动机。
(4)检验小型、复杂、精密的铸件和锻件,进行缺陷检验和尺寸测量。
(5)检查工程陶瓷和粉末冶金产品制造过程发生的材料或成分变化,特别是对高强度、形状复杂的产品。
(6)组件结构检查。
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【关键词】新型材料；陶瓷；硬脆；超声加工
【中图分类号】G422.64 【文章标识码】B 【文章编号】1326-3587（2013）09-0002-02
高速发展的世界各国，金属与非金属硬脆材料的使用越来越广泛，特别是具有高硬度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好，不易氧化特点的陶瓷材料需求日愈广泛，但是工程陶瓷与其它硬脆材料一样存在共同的缺点，即在具有高硬度的同时也具有极高的脆性，造成加工十分困难，特别是成形孔加工尤为困难，严重阻碍了陶瓷材料的应用及推广。因此，陶瓷等硬脆材料的加工技术值得探究。
一、新型材料的引入
在科学技术高速发展的今天，新型材料在航空航天业、国防科技、生物工程及计算机工程等尖端领域的应用日益广泛，特别是核工业、兵器工业、航空航天业及化工、电子工业和现代化机械工业，对产品零件材料的性能有着各种各样的高标准要求。从使用条件上看，有的要求能绝缘，有的要求高导电率；有的要求耐磨损、耐腐蚀；有的要求在高温、高应力状态下工作。从材料的化学成份上看，仅仅只用一般的碳素结构钢、铸铁（灰口、可锻、球墨）黑色金属根本满足不了现展的要求，还需用高强度钢（高锰钢、不锈钢）、合金钢（铜合金、铝合金、钛合金）及其它有色金属。从材料的金相组织上看，不仅只用一般的铁碳合金，局限于铁素体、珠光体为主的普通钢材，还需要用以索氏体、托氏体为主的中硬钢和马氏体淬硬钢。从毛坯的制作方法来看，不仅使用冶炼方法制成金属材料，而且使用粉末冶金和热喷涂等方法制成金属零件。更为常见的是，不仅大量使用金属材料，还大量使用了各种非金属材料，如石材、陶瓷、塑料、纤维和颗粒增强的复合材料。这些形形、各种各样的新型材料如雨后春笋样出现以顺应现代科技发展需要。
二、国内外对新型材料加工技术的探索
能满足高端科学使用性能的新型材料如石英、光学玻璃、工程陶瓷等是因为它们具有高硬度、高耐磨性、耐高温、耐腐蚀等优点，但同时具有硬脆性缺点，使生产制造困难，被称为“难加工材料”，加工难究其原因是：硬度高、强度高、脆性大、塑性低、导热性低、有微观的硬质点或硬夹杂物、化学性质活泼等导致切削过程中切削力加大，切削温度增高，刀具磨损加剧，切屑难控制，加工工件表面出现裂纹，甚至崩碎，导致加工表面质量恶化，生产率低。传统的加工方法根本不能满足对这些材料零件的精密加工要求，因此对这些超硬材料的精密及超精密加工技术就成为各国加工技术研究的热点。
早在1927年，国外就有人首次提出了“超声加工”的概念，20世纪50年代我国对超声振动磨削机理进行了探索研究，并在1985年研制成功超声旋转加工机，到80年代后期提出了高效的超声磨削复合加工方法，纵观历史，世界多国不断的对新型材料进行加工技术探究。以陶瓷材料为例，1993年美国堪萨斯洲大学有人提出了一种超声旋转加工陶瓷材料去除率的理论模型，并验证了与普通磨削相同的条件下旋转超声加工工具具有低的切削力和相对高的材料去除率；美国内布拉斯加大学和内华达大学对陶瓷材料微去除量精密超声加工技术进行了研究，通过模拟陶瓷材料超声加工的力学特性对材料去除机理进行分析发现，低冲击力会引起陶瓷材料结构的变化和晶粒的错位，而高冲击力会导致中心裂紋和凹痕。内布拉斯大学还分析了陶瓷精密超声加工的机理、过程动力学及发展趋势，并详细的讨论了超声技术在陶瓷加工方面的应用情况。1998年左右我国兵器工业第五二研究所有人对外圆磨床的改造进行了超声振动内圆磨削试验发现，能有效消除普通磨削产生的表面裂纹和崩坑现象，提高磨削精度及加工效率；随后上海交大、天津大学、东北大学等多所大学对陶瓷材料的超声振动磨削加工进行了深入研究，对加工中砂轮堵塞及自锐性进行了分析，提出了高效的超声磨削复合加工方法，使加工工件表面微裂纹大幅减少，表面质量大大提高，加工效率是传统的超声加工的六倍以上，生产率大大提高。
由此看来，超声振动精密磨削技术就是能满足像陶瓷这类硬脆材料的加工需要而发展起来的技术之一。超声加工不但能加工硬脆的金属材料，还能加工非金属等硬脆材料，解决了超硬材料、难加工材料领域中的许多关键工艺问题，并取得良好的效果。
三、超声振动磨削加工原理及应用
1、超声振动磨削加工原理
超声振动磨削加工原理是：由超声波发生器产生的高频电振荡信号（一般为16～25KHz）经超声换能器转换成超声频机械振动，超声振动振幅由变幅杆放大后驱动工具砂轮产生相应频率的振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面，使工件成型。因此超声波加工就是利用超声振动的工具，带动工件和工具间的磨料悬浮液，周期性的冲击和抛磨工件的被加工部位，使其局部的材料被蚀除而成粉末，以对硬脆材料进行穿孔、切割和研磨等加工。（如图1所示）
2、应用超声旋转加工陶瓷
超声加工技术经历了从传统超声波加工到旋转超声波加工的发展阶段，旋转式超声加工是在传统超声加工的工具上叠加了一个旋转运动，这种加工用水带走了被去除的材料并冷却了工具，不需要传统超声加工中的磨料悬浮液，因此，这种方法被广泛应用于超声振动磨削加工。
超声旋转加工原理是采用切削工具，如车刀、冲头、压头之类都可以，如图2所示，采用金刚石空心钻工具以转速为0—5300r/min的速度作旋转运动，同时在超声换能器作用下以频率为20KHz作高频振动，与此同时工件以恒定的压力向工具进给运动，冷却液从钻芯由泵抽入，流过加工区，冲走碎屑并冷却工具。
综上所述，超声旋转加工实质上就是将超声振动工具的锤击运动和工具的旋转运动的磨削作用结合在一起，而材料的去除机理是传统超声加工和金刚石磨削材料去除机理的复合，即在超声振动冲击（锤击）下产生压痕和碎裂、由切削工具的旋转运动转化为磨削过程的磨蚀、在超声振动和工具旋转运动的同时产生撕扯作用的抛磨（如图3所示），通过锤击、碎裂、磨蚀、撕扯这样材料去除机理的组合，使超声旋转加工中材料去除率高于超声加工和传统金刚石磨削，通过抽出工具抽出超声振动和旋转运动的产物，可进一步提高材料的去除率，同时在高频振动下工件表面层产生疲劳容易被磨削运动去除，且加工压力小，是对陶瓷之类的硬脆材料比较理想的加工方法。
四、超声加工技术的发展前景
目前适用于硬脆材料加工的手段的主要有光刻加工、电火花加工、激光加工、超声加工等特种加工技术。超声加工与电火花加工、电解加工、激光加工等技术相比，既不依赖于材料的导电性又没有热物理作用，与光刻加工相比可加工三维形状，这决定了超声加工技术在陶瓷、半导体硅等非金属硬脆材料加工方面有着得天独厚的优势。
尽管我国的旋转超声加工技术与先进国家相比有较大差距，发展较缓慢，特别是先进超声机床的研制十分落后至今还没找到市场化的数控旋转超声加工机床。但关于超声加工机床中超声电源的智能化、频率跟踪功能的实现及功率的自动调节等方面和超声振动系统中大功率超声换能器、多频率工作点的换能器等复合换能器的功能模块研究已取得了较大的发展，如何转化这些研究成果推动旋转超声加工机床的研制、完善机床性能仍需努力。国内外旋转超声加工技术的研究现状与相继开发的性能优良的数控旋转超声加工机床其应用也日趋工业化。
综观国内外，超声加工技术在不断完善之中 ，正向着高精度、微细化发展，微细超声加工技术有望成为微电子机械系统技术的有力补充。超声加工技术的发展及其取得的应用成果是可喜的。展望未来，超声加工技术的发展前景是美好的。
【参考文献】
1、左美云，信息系统的开发与管理教程[M]. 清华大学出版社， 20009
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《汽车制造及工艺装备》是车辆工程专业的一门重要的专业课，具有工程实践性强及多学科知识交叉应用的特点，是我校重点建设课程之一。该课程面向即将在车辆工程及相关领域从事汽车设计、制造、试验、研发、生产组织与管理、教学等方面工作的应用型或应用研究型高素质专业人才，设置了汽车制造系统概论、汽车零部件常用工艺方法、典型零部件制造工艺及装备、汽车整车制造工艺及装备、汽车制造新技术新工艺等主要内容。
一、存在的主要问题及原因
首先结合近三年试卷分析结果，并向学生发放课程学习情况调查表，分析总结授课效果。其次走访汽车企业及工程技术人员特别是毕业于车辆工程专业的员工进行座谈，了解其对学科知识结构的认识和对工艺知识的需求。根据调查结果分析总结目前尚存在的主要问题及原因。
（一）课程设置内容
《汽车制造工艺》课程中很多理论知识与基础课程（如机械制造基础等）重复，而在整车制造四大工艺及装备方面不够全面，对汽车制造系统性也少有涉及。根据国产汽车结构不断优化的需求及轿车产量占比约45%的实际状况，以及汽车企业反馈的人才能力需求信息，该课程设置中某些主要教学内容已经不能满足专业需要，应及时予以调整并更改教学大纲。
（二）教材与教学设施
急需与上述改革配套的新教材，以轿车制造工艺为主线，在层次上更为清晰、理论上更为系统和严谨、内容上更为新颖实用。此外，配套的教学模型、实物严重缺乏，学院仅有的三坐标扫描仪及车门焊接夹具实验台架功能有限，需要进一步扩展相应工装以丰富实践教学内容。
（三）教学方法与手段
该课程以理论教学为主。受汽车生产企业技术保密约束，公开的具体图像和视频较少，部分教学难点缺少视频和动画等多媒体技术的支持。对于专业基础较差、空间想象力不高的学生来说，简单的工艺方法尚能理解，但复杂抽象的装备内在结构由于缺少客观认识则很难掌握其工作原理。
（四）工程实践环节
汽车制造工艺及装备是一门实践性较强的专业课。由于技术含量较高的汽车企业大多是合资或外资企业，这些企业自身无义务接纳学生实习，即使接受也得不到经济利益甚至还会影响生产进度，更担心学生违反纪律发生人身安全事故，这使得汽车制造工艺实习基地数量非常少，实践教学难度很大。此外，由于汽车制造生产过程的高度自动化和生产装备的精密化，学生在参观性的实习中能学到实质性内容日益减少；某些技术和知识因企业保密制度使学生难以接触或近距离观察；学生在整个实习过程中只在车间参观实习，缺少实际参与和演练。这些都使学生的积极性受到影响，实习效果达不到实践教学的综合性要求。
（五）考核内容与形式
该课程考核采用期末考试成绩占比80%（考核基础知识、基本理论和基本原理）+平时成绩占比20%（考查平时课堂表现、作业、出勤等）的模式，百分制；实习成绩则主要考核学生的实习报告和实结的撰写质量，5级分制。由于期末考试成绩占比较大，很多学生平时不认真学习，到期末突击复习死记硬背。这种模式不能全面评价学生对专业知识的掌握程度，更无法合理考核学生的专业素质和综合能力，因此不能全面反映教学效果和教学质量，也不利于提高学生的知识应用能力和创新能力。
二、课程教学改革的基本思路
针对以上教学中存在的问题，结合本校实际情况，依据车辆工程专业人才培养目标及总体建设规划，确定课程改革基本思路。首先根据课程建设目标重构课程内容体系，注重本课程的安排及与其他课程内容的衔接；再依据学生学习认知的特点探索相应的授课与考核方法；同步开展相应教学资源的建设；改进实践教学环节，强化实践教学效果。结合重点课程建设项目推动课程的教学研究与实践。
三、课程改革内容及实践
（一）课程设置内容的改革
汽车制造工艺及装备内容广泛，涉及多个领域。整体上需要将整个内容梳理成层次清晰的知识网络，在保证本课程知识的系统性同时兼顾与其他相关课程的关联性。此外，实践教学最好应同步实施而不是等理论教学完成后再实习。课程知识体系分三大部分，由概论、发动机和底盘制造工艺及装备、车身制造工艺及装备及内饰件和总装配工艺构成。具体细节上对与机械制造基础等课程相同的内容或删或减，强化典型零件、补充非常规工艺；强化零件制造过程控制以及产品质量分析和判别等方面的理论知识和技能，使学生对汽车零部件及其整机的制造过程形成系统性、关联性的思维方式和知识构架。其中，零部件与车身制造工艺及装备是课程核心内容，系统性及专业性较强，占用绝大多数课时。这部分内容在进行课程整体设计与开发过程中，需划分学习项目并细化学习任务，并根据学习任务的重要性和难易程度，赋予每个任务不同权重。实践环节则分为两大部分，新增的、贯穿于零部件制造工艺中的课程设计及分散在车身制造工艺及装备中的实习，与理论教学结合较紧密。最后根据课程内容体系重新修订了教学大纲及修改教案，落实各环节的教学目标和教学内容。
（二）教材与教学设施改革
1.教材。
根据上述课程内容，新编写了《汽车制造工艺及装备》教材。该教材较全面系统地阐述了现代汽车生产体系、汽车典型零部件的生产工艺和设备、整车制造四大主要工艺及装备等，并单独或在各章中介绍了汽车生产工艺及装备的发展历程、先进的整车和零部件制造技术及其发展趋势等。每章所附的思考题和推荐阅读书目有益于掌握和理解课程的重点难点内容，补充阅读资料有助于扩展读者的思路和视野。该书编者中有一直从事高校教学科研工作的教师和多年在汽车生产企业工作的工程技术人员，也有兼具两种经历的作者。因此，该书主要特点之一是内容借鉴企业生产工艺文件，密切结合实际，有助于加强学生对理论知识的理解，使之进入汽车生产企业后尽快适应实际工艺技术环境、掌握工艺技能；特点之二是通过综合分析大量相关资料，对汽车制造工艺、设备的一些概念和内容进行了重新归纳、阐释和澄清，使其内涵更加准确；特点之三是跟踪先进的生产加工技术，编入了相应的新知识、新技术和新工艺，具有一定的前瞻性。
2.教学设施。
考虑学院现有条件，在三坐标扫描仪基础上配套设计一种多功能夹紧装置，方便使用和提高测绘速度。购置若干通用和专用夹头扩展车门焊接夹具实验台架功能。利用快速成型机3D打印自行设计的连杆铣床夹具、曲轴轴瓦钻模等相应工装以丰富实践教学内容。
（三）教学方法与手段改革
任课教师应具有一定实践经验，授课时以教材内容为主线，结合生产实际案例，生动而灵活的运用学科知识。因课时有限，不可能在规定学时内完成上述所有教学内容，所以讲授时应突出教学重点，将非重要或简单易懂章节改为自学，如汽车制造装备发展历史变迁、弹簧类和粉末冶金类及内饰件等。重点章节除思考题外，让学生针对自己感兴趣的主题撰写一定篇幅的小论文。要求每个同学有不同的题目，通过查阅资料或者到实习工厂去观察后独立完成，培养学生的学习兴趣、独立学习能力和应用知识的能力。为了增强学生对该课程内容的直观认识，提高学生的学习兴趣，根据新教材编制的多媒体课件，增加曲轴、箱体、冲压、焊接、涂装及装配等视频教程。
（四）工程实践环节改革
如前所述，本课程是一门实践性较强的专业课，需要将工程实践贯穿于课程教学，这对保证教学质量具有关键作用。可充分利用实习阶段的有利条件，由单一的汽车制造实习拓展为涵盖工艺装备课程设计、汽车制造生产线参观实习、汽车销售4S店参观等多方位的实习模式，重新整合汽车制造工艺实践教学内容。其中，以生产线参观实习为主，以课程设计及参观汽车销售为辅。
1.工艺装备课程设计。
采用团队教学法，在阶段理论教学完成后分组让学生对一个具体的汽车零部件进行工艺分析及工装夹具的设计和制作。首批以连杆和曲轴制造工艺为例，进行了连杆铣槽夹具和曲轴轴瓦钻模等简易工装的设计尝试，从优秀设计中选出代表性作品利用3D打印机成型。通过这一环节使学生基本掌握该课程的关键知识，初步形成工程意识。在此基础上探讨以学生为主体的创新实践活动，鼓励学生利用学到的知识参与创新设计大赛，提高学习兴趣。
2.生产线参观实习。
参考卓越工程师教育培养计划的核心要求，与校企单位合作，探讨提高实践环节质量的有效方法。这阶段需适时结合课程进度和企业生产安排，带学生到企业参观生产线，具体内容为典型零部件的生产工艺和设备、整车制造四大主要工艺及装备。在此环节中教师既是组织者也是实施者，因此，必须加强实践教学师资队伍建设。具有硕士以上学历和具有高级职称教师应占据一定的比例，以保证实践教学教师在层次、结构、数量上科学合理地满足教学的正常运转。鼓励教授、资深教师、博士研究生参加实践教学以及实践教学工作。
3.汽车销售4S店参观实习。
这阶段的目的主要是了解汽车制造后的销售过程，同时了解不同结构、不同价格的零件在制造工艺方法上的区别与联系。对汽车制造下游企业有初步的认识。
（五）考核模式与内容改革
1.考核模式改革。
理论课考核采用过程性考核+水平性考核的模式。过程性考核贯穿学生的整个工作学习过程，注重培养学生的工程素质和职业习惯；水平性考核主要考查学生的知识掌握情况，分期中和期末两阶段实施（1+1模式）。整个考核成绩由阶段考试30%+期末考试40%+平时成绩20%构成。实践环节的考核突出对学生能力的考核，以成果性考试（设计图纸质量等）和结合实习报告现场提问为主，由组员互评、组长评价和指导教师评价三部分进行综合评价。
2.考核内容改革。
丰富考试题型，弱化对学生基本概念和基础知识的记忆性考核，突出对重点知识的理解、分析及应用。加强了中期考核力度。改进了平时成绩考核的方式，弱化了考勤成绩，突出对学生在知识整理、工艺设计方法、分析问题能力等方面的考核，促进学生的日常自学与阶段性复习。在综合题型中注重结合工程实际问题的应用。
3.建设试题库。
根据新教学大纲要求对原有试题进行调整，更新、补充和修改完善。丰富考试题库，力求多题型、多层次。将考核内容以试卷形式形成教学文件。
四、结语
篇9
论文摘 要 分析机械制造技术基础课程的教学现状，针对教学中存在的问题和该课程的教学特点，探讨机械制造技术基础的教学改革方法，以期促进机械制造技术基础课程教学质量的提高。
机械制造技术基础是高等本科教育中机械类及近机类专业的一门重要专业基础课程，是一门讲述有关机械产品制造过程的综合性技术课程。在本校的相关专业教学大纲中规定该课程的教学内容由工程材料及成形技术和机械制造技术两大部分构成：工程材料及成形技术部分讲述现代工业常用材料（金属、高聚物、陶瓷、复合材料等）和热加工工艺基础（铸造、锻造、焊接、粉末冶金、热处理等）的相关知识；机械制造技术部分讲述机械加工工艺基础的相关知识。课程的教学目的是通过本课程的学习，要求学生能总体地了解和把握机械制造活动，掌握金属切削过程基本规律和机械加工的基本知识，能合理选择材料、毛坯制备、机械加工方法，具有产品质量、公差与配合的基本知识，初步具有解决生产现场工艺问题，决策制造模式方面的能力。
1 机械制造技术基础的教学现状
机械制造技术基础是一门传统的课程，多年来人们积累了许多宝贵的教学经验和教学方法，教学质量也得到一定的提高和改善，但由于其教学内容比较抽象、复杂且涉及实际生产经验等特点，还存在一些问题。
1.1 教学手段的不正确使用
随着科学技术的发展，许多先进的教学手段进入课堂教学，如幻灯片、投影仪、语音设备、多媒体等。最初将这些手段引入教学的目的是使教学内容化繁为简，化难为易，由抽象变为直观，便于观察和认识，有利于学习和掌握教材，提高教学速度和质量。目前，教学过程中存在两种极端情况：一种是有些教师，特别是经验较少的青年教师，在教学过程中把这些设备当做减轻备课任务的一种工具，如把所有内容都打进ppt，上课过分依赖ppt，以此减少备课时间；另一种是有些教师对这些教学手段过于排斥，认为他们的应用会分散学生的注意力，仍然采用传统的教学方式，即讲授+板书，这样一来教学过程显得过分呆板，课堂气氛不活跃，很多抽象的东西如机床的结构、加工过程等使学生难以理解，渐渐失去学习的热情。
1.2 实验与金工实习时间安排不合理，不足以理论联系实践
机械制造技术基础这门课是一门与实践密切相关的专业基础课，材料在不同工作环境中的各种特性、设备的各种结构、工艺的各种优缺点及在生产中可能会造成的后果等，学生必须结合大量实践经验才能更好地理解，很多操作步骤和原理听起来很费解，但只要到车间或现场看一眼就不难明白。已有的教学模式将理论和实践在时空上分离，先将理论全部学完再实践，或先实践完再进行理论学习。缺少工程实践的理论教学，由于学生缺少感性认识而变得十分难解，处于云里雾里的迷糊状态；没有理论支撑的工程实践必然只能停滞在获得一些感性知识和操作技能的较低的层次上[1]。
1.3 考核方式欠合理
目前机械制造技术基础这门课程的学习效果评价方式绝大多数仍然以书面答卷的方式进行，如此一来，学生在学习过程中单纯地追求卷面分数，与考试相关的内容就重视，与考试无关的内容就不重视。有的甚至平时根本不听课，连书本都不翻，凭考前“临时抱佛脚”来死记硬背书中的一些概念、术语和简单理论来达到修完这门课程的目的。这样一来，学生考完这门课后，什么也没学到，什么也没得到。
1.4 教学内容相对陈旧
机械制造技术基础的教学内容主要涉及传统知识的介绍，缺乏先进性和时代感，导致一些学生主观上认为该课程无用而对它产生排斥思想[2]。尽管有些负责任的教师在教学中采用各种不同挂图、实物模型、动画等方法以适应不同章节的教学需要，仍难以取得较好的教学效果。
2 机械制造技术基础的教学改革方案
针对机械制造技术基础课程教学中存在的问题，为了激发学生对本课程的学习兴趣，提高教学质量，提出教改措施。
2.1 有效地选用灵活多变的教学方法
为了保证课程教学质量，宜采用灵活多变的教学方法和手段。例如，讲解一些机床结构、刀具夹具结构等知识时，仅靠教师的理论讲述无法使学生完全理解，通过采用直观教学、现场教学和电化教学等手段，利用实验室的机械装备，可在短时间解决黑板上难讲透的问题[3]。此外，还可以通过交互式、讨论式、研究式和启发式教学方法，营造师生互动的教学环境，增强学生的学习积极性和学习热情[4]。
2.2 充分发挥实践在教学过程中的作用
机械制造技术基础不同于纯粹的理论课，它具有很强的实践性和应用性。实践效果对教学质量的好坏起到重要的作用。根据学校已有或周边生产工厂的条件，将理论教学和生产实践结合起来，通过实践与学习相互穿插的方式，或者理论教学与现场教学并行的方式，使学生的参与意识和工程能力大为增强，不仅能很好地消化所学的理论知识，而且能提高解决工程实际问题的能力。
2.3 采用合理考核方式
高等教育应为国家培养对社会有用的人才。卷面考试成绩的好坏很难全面说明一个人能力的高低。宜采用合理的考核方式，使学生在学习过程中不再单纯为了通过考试而功利地受迫学习，而是自觉、勤奋、紧张地学习，真正在知识、能力和素质等多方面得到全面的提高。为此可以对学生在实践环节、设计环节、课堂环节、答辩环节、操作环节等分别进行考核，从而较全面地考核学生对该门课程的学习情况。
2.4 强化教学内容和专业发展的动态结合
科学技术日新月异，新的机械制造方法不断涌现。要提高学生的学习兴趣，在备课时教师宜结合具体教学内容，及时收集学科最新的发展态势，介绍一些与之相关的最新的材料、成形、制造等方面的相关知识，使学生在感受到现代先进制造技术的同时理解学习传统知识的重要性，增加对这门课的学习兴趣。此外，还可以让学生在课后自己收集感兴趣的前沿科技，培养自学能力。
2.5 加强师资队伍建设
要实现良好的教学目标，过硬的师资队伍是关键。机械制造技术基础的课程性决定了该课程的教师不仅要具有扎实的专业理论功底，也要具有较熟练的实践技能，更要具有理论与生产结合的综合能力。许多教师，虽然理论知识丰富，但实际生产经验不足，动手操作能力有所欠缺，呈现出“纸上谈兵”的局面。因此，在建设师资队伍过程中，通过合理安排培训内容和时间、参加项目开发等方式，加强他们综合能力的提高[5]。
3 结束语
提高机械制造技术基础的教学质量是现代社会和经济发展的要求，是培养合格人才不可缺少的一部分。机械制造技术基础教学应围绕教学目的，针对教学特点，从教学内容、教学模式、教学手段及考核方式等多方面努力实施改革，才能增强教学效果，使学生满足社会对他们的要求。
参考文献
[1]周建中,汤宁荷.面向学生职业生涯的《机械制造技术》教学改革探讨[j].黑龙江科技信息,2009(34):197.
[2]罗小林,包家福.《机械设计基础》课程教学内容改革的探讨[j].广西大学学报:自然科学版,2002(6):93-97.
[3]王书元,王克明.《机械制造工艺学》教学改革的思考[j].黑龙江科技信息,2009(18):171.
篇10
关键词：大工程观；工程实践；多学科交叉；工程文化
“大工程观”是美国工程教育针对过度“工程科学化”，在20世纪90年代后所掀起的“回归工程”浪潮中提出的。其核心内容是重构工程教育，回归工程教育本质内涵，摒弃狭窄的科学与技术认识理念。这种“回归”更加重视工程实际以及工程教育本身的系统性和完整性，即建立与科学技术密切关联的包括社会、经济、文化、道德、环境等诸多因素的大工程教育。这为中国高等工程教育改革提供了新的借鉴，也要求我们结合我国高等工程教育的实际，探索适合我国高等工程教育发展的新理念、新思路、新途径。
一、“大工程观”及其对现代工程人才培养的新要求
人们通常认为，工程是以创造某一社会存在物为目标，以相关产业及特定专业技术为主体，融合关联技术，并按照相应的规则与规律所集成的人类实践活动。“大工程观”认为工程是科学与技术及伴随相应时期的社会、政治、经济、文化、道德、环境等诸要素的集合体。它以崭新的视角，为我们揭示了工程作为推动社会发展的直接生产力，其进步与发展不仅取决于科学、技术等要素自身的发展水平，同时也取决于诸如一定历史时期的社会、政治、经济、文化、道德、环境等非技术要素状况的深刻内涵。工程在开发建设中有很明确的经济目的或社会服务目标，具有很强的知识集成属性，特别注重诸多技术要素与非技术要素的选择及有效的组合、集成。因此，“大工程观”的本质就是要建立将科学要素、技术要素以及非技术要素相融合，并通过工程实践，形成具有集成性、创新性、实践性的工程教育理念体系。这种“工程回归”的体系不是对工程科学的否定，而是在肯定工程科学的基础上重新全方位重视、全面增强工程实践，是在重视工程实践基础上对工程学科进行创造性的整合与集成，从哲学角度来讲是工程教育发展的否定之否定。
我国高等工程教育教学改革的目的就是培养能适应21世纪社会、经济、科学、文化发展所需要的工程创新人才。“大工程观”的理念强调人才培养需要突出以下能力或素质：一是综合的知识结构。工程的复杂性决定了工程人才的培养必须具备跨学科的知识结构，单一的学科知识架构不利于复杂工程问题的解决。二是整体性思维。工程的系统性决定了培养的人才要学会选择和集成各类技术，学会对各类资源的组织与协调，锤炼系统性、集成性、优化性的整体思维模式。三是工程实践能力。工程活动是实践性很强的活动，工程人才的培养也同样离不开工程实践。工程实践包含工程设计、工程实施、工程运行管理及工程维护等内容。因此，工程实践能力的培养在工程教育中至为关键。四是人文情怀。工程的文化性决定了工程是有灵魂的构建体，工程的真正价值在于科学精神与人文精神的和谐统一，在于全面体现“自然、人、社会”的统一。现代工程人才既要懂科学技术也要有人文情怀。归根结底，“大工程观”就是要注重培养具有较强工程实践能力、拥有多学科背景及整体性思维方式以及具备良好的职业道德和人文精神的人才。
二、“大工程观”下的工程实践教学改革的思考
1.构建跨学科工程实践平台
综上所述，工程尤其是现代工程是一个非常复杂的系统，涉及多个学科的知识背景以及诸多社会、政治、经济、文化等非技术要素。而我国现行高等工程教育恰恰是以学科专业为基本单元组织教学活动，这种单一学科专业的设置与工程的本质要求是不相适应的。解决这一矛盾，就需要在教育中打破学科壁垒，建立一个跨学科的工程实践平台，形成多学科交叉的工程环境，帮助学生在工程实践中还原一个被学科割裂开来的工程整体原貌。
跨学科工程实践平台的构建，首先要转变观念，克服本位主义，共享资源，共同发展。平台构建必须以大工程观的理念，站在全校甚至社会视野范围内，跨院系、跨学科专业，突破已经形成的资源定势，充分整合各类资源（学科专业资源、科研资源、企业与社会资源等）合而为一为其用。其次，平台建设在资源的选择与整合上应考虑以下基本原则：（1）符合现代技术发展的主流方向，彰显先进性；（2）整合的学科专业资源便于形成完整的工程链；（3）加强校企合作，尤其是要注重引入国际国内知名企业的资源，使学生能身临真正的工程实践；（4）引入科研资源，将科研及其成果转化为教学内容，为工程实践教学服务；（5）结合实际，切实遵循平台建设资源共建、共享的基本原则，形成利于合而为一的平台运行机制及其相关管理办法。
2.改革工程实践教学内容
现代工程系统的全方位要求，决定了工程教育应当关注学科的交叉与融合，应当使学生在工程实践中，学会并掌握融合相关交叉学科的能力与方法。在实践中整合课堂所学到的知识，强化提升发现问题、解决问题的能力。因此，工程实践教学作为工程教育的重要部分，在教学内容改革上应当注重工程知识的学科交叉性、完整性，注重知识的创新性和前沿性。首先，在教学内容设置上，要打破以往只注重技术的训练，应当融入经济、管理、文化等非技术因素内容，形成较为完整的工程概念。其次，应以项目为载体，设置跨学科的工程实践项目，项目所涉及的内容和所需解决的实际问题必须是跨学科的。并注意选择不同学科的学生、教师共同参与，形成跨学科研究与实践模式。通过跨学科工程实践项目的设置，帮助学生积累整体化学习经验，培养学生在工程实践中学会选择和集成各类技术、组织协调各类资源，形成系统性、集成性、优化性思维，提升工程综合能力。例如，可以让不同学科的学生参与同一产品的全生命周期的工程训练项目，在训练中相互学习、相互启示、相互激励，使他们在共同的实践中了解工程的完整性、系统性。
3.关注工程文化教育
工程文化是工程活动中形成的文化现象，它是在创造新的社会存在物时，通过理念、思维、知识、方法、制度等所表现出来的文化形态。工程教育的根本目的是培养具有交叉知识、先进理念、整体思维与核心价值观等综合素养的人才，而价值观的培育恰恰是工程文化的核心内容。因此在工程实践教学中应注重工程文化的教育，工程文化的熏陶。
三、我校工程训练教学改革的探索与实践
工程训练作为培养大学生工程实践能力和创新能力的一个重要途径，已得到国内高校的普遍重视。然而目前全国大多数工程训练中心都是从传统实习工厂转型而来，其建设方向、思维理念仍然受到传统金工实习教学模式的影响，显然这种模式已经不能适应现代工程人才培养需求。因此如何适应现代工程人才素质诉求的转变、实现真正意义上的“转型”，是所有理工科高校直面的重大问题。我们通过五年积极而又艰难的摸索与建设，形成了以“多学科交叉”、“工程创新项目教学”、“工程文化”为主要特色的现代工程训练教学模式，并取得了明显成效。
1.构建多学科交叉平台，形成友好的工程环境
我校工程训练中心自成立之日起，就不囿于已成定势的教育资源，积极寻求校企合作、主动探索跨学科专业的结合、广泛寻觅国际资源、设法引入在研科研项目、努力造就多元合作途径，全方位构建关联学科协调、交叉融合、环境友好的现代工程创新实践教学平台。
工程训练中心目前已建有机械制造基础、注塑成型、粉末冶金、快速原型制造、网络化制造、电子产品设计及制作等基础工程实验室。通过专业合作，共建物流工程、工业过程自动化控制系统、工业过程仿真系统、火炮自动机反求设计等专业综合实验室。通过校企合作，共建正泰电工工业设计中心、汉江机床滚动功能部件实验室、德国KUKA智能焊接联合研究室、日本SMC南京气动技术中心、美国PTC学院等校企合作实验室。同时，中心还设有机器人综合技术、智能车设计、无人飞行器设计、综合工程训练等20个跨学科大学生团队工作室。
通过上述努力，我校工程训练中心已基本建成具有机械、电子、材料、自动化、车辆、交通、测控仪器、工程管理、艺术设计等多学科背景，并可适度承接复杂工程项目的教学平台。
2.改革课程教学内容，培养学生整体化思维
多学科交叉与融合平台的构建，使我校工程训练中心的教学呈现出多元化、复合化的发展态势。同时，相应课程教学内容的改革要求更加注重工程教育本身的系统性和完整性，更加注重在工程训练中培养学生整体化思维。我们对传统工程训练教学内容的改革主要体现在以下两个方面。
（1）改革基础教学实习内容。基础实习课程已由传统金工实习的模式，全面改造为融工程文化、工程设计、工程管理、工程制造四位一体的新模式。其中，工程文化引导学生关注工程中的非技术因素；工程设计向学生传达了“中国设计”的创新理念；工程管理使学生领悟基于产品全生命周期的先进管理理念；工程制造让学生通过现代化制造手段，亲身体验先进制造方法，直接感受信息化与工业化的融合。基础实习课程的改革实现了技术与非技术交叉融合，充分展现了工程实践教育的系统性和完整性。
（2）创建工程创新项目教学体系。工程创新项目教学是以“工程创新实践”为导向，以“项目”为载体，实现“大工程观”下现代工程师培养目标要求的工程实践教学活动。工程创新项目教学体系包含创新训练项目、创新竞赛项目、创新实验项目和企业实战项目等工程创新实践教学活动。从多个角度为大学生工程创新能力的培养创造了条件。在跨学科工程创新实践项目课程中，我们通过“1+X”教学模式，即以“1”个设计性项目为驱动，采用网络课程、开放性实验、专题讲座、团队研讨等“X”种辅助形式来拓展学生的实践能力，并以团队合作方式完成项目的设计与制作。学生通过项目实践，加深对理论知识的理解、重构、升华，掌握对技术的识别、选择、集成，学会对资源的整合、协调、运用，形成对整体化思维的培养。
3.加强工程文化建设，传承工程人文精神
多年来，关于工程训练改革，人们多是从技术的角度谈论或设计实践环节。我们认为，要进行深层次的改革，必须着力加强工程文化建设。主要从以下几个方面入手：
（1）营造工程文化氛围。我校工程训练中心通过团队文化、安全文化、军工文化教育以及大学生科技作品展厅建设、制作展示技术演进史展板等方式，积极营造良好的工程文化氛围。通过项目管理，推进大学生团队建设，培养合作精神，激发创新思维，形成了浓厚的团队文化。构建安全责任体系，实施三级安全教育机制，加强安全制度建设，通过安全操作规程展板展示、设置安全黄线、悬挂消防警示标语、消防安全演练，将安全文化教育渗透到每个教学环节。利用兵器博物馆、军工“三具”研讨室等资源，使学生直接触摸到“真枪实弹”，传达“无私奉献、团结协作、自主创新、精益求精”的军工文化精神。通过“大学生科技作品展厅”建设，让学生体验工程科技创新成果带来的成功喜悦。精心制作了“青铜器的铸造、机床、简单机械工具、水力机械、蒸汽动力、标准化生产、电力与智能和数字化设计制造”等8个主题、300多幅的技术演进史展板，让学生感悟“创新是发展的动力”。经过上述建设，一进入我校工程训练中心，就会感觉一股浓郁的工程文化之风迎面扑来，较完整地展现了大工程观下的新型工程训练中心的建设。
（2）工程文化进教材、进课堂。我校工程训练中心通过加强课程建设，让工程文化注入教材、走进课堂、融入实践。我们通过技术演进史，传达文化的继承与创新；通过现代大工程案例，传达“大工程观”；通过企业文化，理解全球化竞争与合作；通过全球危机与工程师责任，传达可持续发展理念；通过国际工程师认证，理解当今社会发展对工程师能力标准的需求。
在实训中，我们通过产品的引入、创意的实现，让学生认识到工程的最终结果并不是零件或产品，而是包括功能、原理、使用服务、能源消耗、效率、美学文化、人机工程等诸多内涵的综合体。由此引导学生关注节能、绿色制造、全寿命消耗等性能要素，为培养具有全方位工程素质人才夯实基础。
参考文献：
[1] 赵婷婷，买楠楠. 基于大工程观的美国高等工程教育课程设置特点分析——麻省理工学院与斯坦福大学工学院的比较研究[J]. 高等教育研究，2004（6）：94-96.
