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江苏激光联盟导读：本文从三个部分进行了研究：金属-金属、金属陶瓷和金属间梯度材料。本文为第三部分。3．3． Metal-intermetallic梯度材料虽然可以通过铸造或粉末冶金工艺从金属间化合物中制造接近最终几何形状的零件，但生产成本很高，而且由于在这些方法中使用了模具，最终产品的形状不能非常复杂。在新的制造方法中，AM在金属间化合物制造零件方面表现出了良好的潜力，因为它具有开发新合金的能力，并尽可能地将生产集成到接近最终形状(没有任何几何限制)。然而，关于金属间化合物的固化/低温开裂的高敏感性、孔隙的形成和化学成分的不均匀性是研究金属间化合物AM的主要挑战。Al-Si3N4纳米复合材料制备的不同步骤。为了制备不同的基于粉末冶金的纳米复合材料，各种材料被用作基体或增强剂。例如，Matli等人(2017)采用了一种新型的MW烧结，然后在高温下挤压，以开发不同vol%为、和的氮化硅增强纳米复合材料(上图);Simões等人(2017)制备了 wt%的CNTs增强铝和镍基复合材料;van Pham等人(2011)生产了一种碳纳米管增强纳米复合材料，碳纳米管含量为;Akbarpour等人(2014)开发了SiC纳米颗粒增强铜。这些论文都报道了纳米增强剂的加入可以提高机械性能。梯度金属间化合物在Qu等的研究中，研究了激光熔化沉积(LMD)方法处理的Ti/TiAl的梯度结构，为航空发动机涡轮叶片和涡轮盘材料提供了一种新的候选材料。沉积尺寸约为60 × 55 × 6 mm的薄壁形貌和室温拉伸试样的腐蚀形貌(可能是切割或抛光过程中与制备介质的反应)分别见图18a和图b。在微观结构评估中，在化学成分为(最终层)的区域观察到由γ-TiAl和α2-Ti3Al组成的全层状(FL)组织(图18c和d)，而由于铝含量的变化，在梯度区观察到不同层宽的α/β编织物的通常组织(图18e-h)。在不同工艺参数下制备的3个样品的极限抗拉强度(UTS)均可达，但Ti/TiAl梯度结构的延性很低。图18 a) LMD方法处理的Ti/TiAl薄壁梯度结构照片。b)室温拉伸试样的腐蚀形貌。c) 的光学显微组织。TEM亮场显微组织:d) , e), f) ti - 17al - zr - Mo, g) , h)(从上到下梯度结构顺序)在另一种方法中，考虑到激光增材制造技术中常见的断裂和氧化问题，Ge等人采用了清华大学开发的一种新的电子束选择性熔化(EBSM)技术来生产TiAl/Ti3Al和Ti6Al4V/Ti3Al梯度结构。在这种新技术中，一方面，对基体和粉末层进行预热可以降低热应力(这对于合成TiAl和Ti3Al等脆性化合物非常重要)。另一方面，真空环境可以防止杂质和合金元素的氧化。在本研究中，在实现无裂纹梯度结构和每个区独特的微观结构的同时，表明过渡区厚度及其化学成分受束流的显著影响。考虑到Ti-48Al有最大的多弧离子镀二元合金的室温延性和铬和铌元素的添加会导致改善低温韧性和抗氧化性能的合金，Yan等研究了Ti的梯度结构/Ti-48Al-2Cr-2Nb (Ti / Ti4822)通过LMD技术制作的。考虑到Ti - 48al在TiAl二元合金中具有最大的室温延性，而加入铬和铌元素可以提高合金的低温延性和抗氧化性，Yan等研究了LMD技术制备的Ti/Ti- 48al - 2cr - 2nb (Ti/Ti4822)的梯度结构。Fu和Chan (2013b)首先研究了两种尺寸情况下第一次剪切操作中不同状态的板料微观组织演化，如下图所示。变形初期形成连接凸模边缘的剪切带，随着参与变形的晶粒数量的减少，剪切带变得模糊。随着冲头运动，剪切过程中参与的晶粒增多，剪切带明显。当试样尺寸较大、晶粒尺寸较细时，沿剪切带方向的晶粒被严重旋转和拉长。侧向变形量在远离剪切带的区域减小。当尺度因子为，退火温度为750℃时，试样厚度上约有一粒晶粒时，只有少量滑移来完成变形。在两种尺寸情况下，不同状态和冲程的板料在一次成形过程中的微观组织。在另一项相关研究中，Wang等人使用WAAM体系生产了梯度氧化铝钛结构。在他们的研究中，除了之前考虑的特性外，还评估了TiAl分级金属间化合物的氧化行为(在800℃下100小时，然后在空气下冷却)。图19为铝化钛梯度结构沿沉积方向(从上到下)不同位置的氧化层截面。图19 氧化断面的扫描电镜、相应的EDS元素图以及氧化测试后不同基体上形成的氧化层示意图。在距离顶部 mm的位置A，基体通常由γ-TiAl组成。在此位置，氧化层可分为三部分。最外层和最内层由TiO2 + Al2O3的混合物组成。它们之间还存在致密连续的Al2O3层，作为O和Ti扩散的屏障。可以理解的是，由于TiO2的多孔性，连续的Al2O3层比TiO2层或Al2O3和TiO2的组合要好得多。从图19中对梯度结构不同位置的评价可以看出，高温氧化过程中，只有在γ-TiAl基体相(位置A，一定程度上位置B)上才能实现Al2O3层的稳定。 铁基梯度金属间化合物通常，将金属间化合物合金与常规合金以梯度切割的形式结合，可以作为克服第节开头提到的制造和加工问题的一种解决方案。在这方面，以及这次针对铁基金属间化合物，Durejko等人研究了Fe3Al/SS316L梯度管(可用于蒸汽动力装置)的AM的设计、工艺和冶金方面。在本研究中，考虑到管的工作条件，制备并检测了两种不同径向梯度的样品，根据哪个组件(SS316L或Fe3Al)在管的内侧，哪个组件在管的外侧(图20a, b)。得到的样品表面宏观检查显示有变形和多裂纹(图20c)，之后通过修改数据矩阵代码(datamatrix code, DMC)并通过试错实验得到无裂纹且几何形状符合要求的样品，从而获得最佳的处理参数。图20 a, b)分别为SS316L/Fe3Al和Fe3Al/SS316L样品的径向梯度截面示意图。c)部分变形开裂的试验梯度管。d, e) SS316L/Fe3Al试样截面的线性元素分析结果和硬度结果。f, g)分别为Fe3Al/SS316L试样截面的线性元素分析结果和硬度结果。虽然，与SS316L/ fe316l梯度样品不同，Fe3Al/SS316L梯度样品横断面的线性元素分析并没有清楚地显示出化学梯度(比较图20d, f)，两个样品横断面的硬度逐渐变化(图20e，g)表示两种样品的Fe3Al和SS316L之间都发生了平稳过渡。此外，可以看到，高显微硬度已记录为两个结构部件(约500 HV的SS316)，这是由于合金元素饱和，凝固的组织作为快速冷却的结果，和高度强化均匀性。在另一种产生铁铝化物的梯度结构的努力中，Shen等人尝试使用WAAM方法进行原位合金化。由于低碳钢基体的稀释，底层晶粒/晶界内的针状碳化物析出硬化，随着Al含量的增加，中层粗柱状Fe3Al晶粒向上层等轴状FeAl晶粒发生了明显的组织变化。设计和实际化学梯度的近似是他们最重要的发现。编织复合材料建模层次结构有限元分析微尺度模型确定基体/纤维的机械性能，中尺度模型确定编织复合材料的弹性性能，宏观模型确定复合材料结构的弹性响应。有限元模型通常采用多尺度建模方法。微观模型预测了注入树脂纱线的机械性能。通常，微尺度建模使用解析方程，如Halpin-Tsai半经验模型或CCM。在微尺度建模过程中考虑了纱线孔隙率、基体和纤维体积分数。编织复合材料的中尺度建模利用了由于编织复合材料的重复特性而存在的周期性边界条件。所有的有限元模型都专注于将编织体表示为RVE, RVE是表示整个编织体几何形状的最小子体积。中尺度模型可以预测编织复合材料的机械性能，并可以可视化RVE内部的应力和应变分布。最后，一个宏观模型可以预测整个编织复合材料结构的弹性响应。采用中尺度模型计算的均质弹性特性作为预测编织复合材料结构整体性能的输入。用于分析编织复合材料的建模层次结构如上图所示。使用有限元方法检测编织复合材料的路线图已由Lomov等人描述。同时，在拉伸试验中，中间部分含有约 at % Al合金的屈服率、抗拉强度和塑性分别为、 MPa和，这是由于合金的晶粒相对较细，FeAl硬相的含量相对较低。尽管有这些结果，但对于这种梯度结构的腐蚀行为评价的缺乏，在其应用方面仍有一些重要的问题有待解决。在其他地方，利用Fe-Fe3Ni梯度材料后热处理过程中的原位中子衍射，Shen等人表明，尽管Fe3Ni相的热膨胀系数(TEC)在加热过程中通过在Ni含量低的截面中α-Fe相的溶解而增加，Fe3Ni相中溶解的Fe通过增加晶格应变降低了TEC，从而更有效地限制了Fe3Ni的变形。这一发现有助于更好地理解和分析WAAM过程中的热裂现象。4. 数值研究除了大量的梯度材料AM的实验研究外，在材料科学和工程领域，特别是近年来，已经进行了一些数值研究。预测凝固组织和相变，实现安全梯度设计(最小开裂敏感性)，分析变形和残余应力，找到最佳工艺参数等。一般而言，只要理解AM加工fgf的原理和机制，包括熔化和凝固的概念、材料相互作用的热机械和动机械、转移现象、集中热通量(如激光与材料的相互作用)等，通过精确和尽可能精确的数值模拟，可以获得更详细和补充的实验结果信息。因此，鉴于数值研究的重要性，下面将尽可能对其中一些研究进行评述。如上所述，凝固行为一直是数值研究的课题之一。例如，Lin等人以SS316L/Rene88DT梯度材料的快速激光成形(LRF)为模型(图21a)。在平行于梯度方向的截面上的实验研究中，观察到凝固组织为柱状枝晶，在整个梯度沉积过程中外延生长，除了纯净的Rene88DT区顶部为等轴枝晶(图21c-e)。利用Hunt模型和Gäumann等人结合KGT和LKT模型，可以预测梯度沉积不同化学成分区枝晶柱状向等轴转变(CET)的有利凝固条件(图21b)。比较流行的固化条件(温度梯度和凝固速率)和预测显示,在每一层凝固的最后阶段,条件为各向等大的增长,但由于后续层的重熔过程中沉积,只有最后一层的顶部,等轴枝晶结构明显，因此柱状枝晶结构在梯度沉积中占主导地位。同样，Lin等讨论了Ti6Al4V/Rene88DT梯度材料中凝固组织从柱状向等轴状转变的有利条件。图21 a) SS316L/Rene88DT梯度沉积综述。b) CET曲线的不同化学成分区域梯度沉积温度梯度的函数(G)和凝固速度(V)(阴影区域和箭头路径显示凝固条件的范围的激光快速成型多层沉积和凝固条件下的熔池分别使用的处理参数)。c-e) SS316L、40%SS316L + 60% Rene88DT和Rene88DT微结构。另一个关键和值得注意的数值问题，特别是近年来，是预测梯度结构的相变和二次相的形成的可能性，因为它可以通过设计无不良相组成的梯度有效地避免在制造过程中开裂。例如，在Carroll等人的研究中，通过DED对由SS304L和IN625制备的梯度结构进行了实验研究，并通过计算相图(CALPHAD)方法进行了热机械建模。在实验研究中，在一个化学成分约为79 wt. %SS304L和21 wt. % IN625的区域发现了微裂纹(图22a)。图22 a)裂纹的BSE图像。b)裂纹区域测量和设计的化学成分表。c-h)裂纹周围主要元素的EDS图。i)平衡相分数作为裂化区化学成分的温度函数。j)在950-1100℃温度范围内，平衡相分数作为IN625合金重量分数的函数计算。尽管在裂纹附近这一区域测量(实际)和设计的化学成分相似(图22b)，但从图22c-h中裂纹周围区域的EDS图可以看出，裂纹内存在铌和钼碳化物。另一方面，对于裂化区附近的化学成分作为平衡相分数随温度变化的热机械计算结果(图22i)表明，单碳化物(MC)析出物在580到1100°C之间有一个稳定区域。其他几种金属间化合物和M23C6碳化物也在相对较低的温度下进行了预测，尽管它们在较宽的温度范围内具有热机械稳定性，这是因为它们的冷却速率高，而且在实验评估中没有观察到它们缓慢的沉淀动机械。裂纹BSE图像(a);计划和测量的成分表(重量百分率100微米)(b);组成元素(c-h)的EDS图。通过SEM和EDS进一步研究了79% wt%的SS304L区域，以确定是否成分或微观结构变化是裂纹发展的原因。上图a显示了在设计成分为约79 wt% SS304L和21 wt% IN625时发现的裂缝的高倍BSE图像。计划的成分和EDS测量的成分(重量百分比，两个光谱的平均值)列在图b中，表明裂纹附近的设计成分与实验获得的基本相同。几个百分点的变化很容易解释EDS技术的局限性，其固有的不确定性约为1 wt%。因此，使用SS304L和IN625粉末的线性组合，不可能防止MC相的形成以降低开裂的概率，因为很容易超过临界成分(该相稳定性的温度和化学成分范围太大)。研究人员建议，一个合适的解决方案是使用元素粉末非线性地改变铌和钼的浓度，而不是使用更多的粉末喂食器混合合金粉末。Bobbio等人也用实验计算方法证实了测量和预测Ti6Al4V/Invar梯度中二次相的方法。虽然AM的凝固过程是非平衡的，并且与随后的复杂热循环有关，实验结果与应用CALPHAD技术对各区域相组成的热机械计算结果具有良好的相关性，表明利用平衡相图(在适当温度下)对AM工艺制备的FGMs进行相研究是有益的。因此，如实验表征和计算预测方法所证明的，层33中存在严重偏析的FeTi和Fe2Ti相，以及热循环期间由于不均匀应变产生的残余应力，导致切割过程中FGM样品中观察到的开裂和失效。由于仅依靠冷却速率作为减少AM中有害相形成的工具的不足，Bobbio等人使用热机械和动机械计算来研究三种梯度系统中不同形式的sigma（σ）相的原因：Ti6Al4V/V/SS304L、SS420/V和SS420/V/Ti6Al4V。具体而言，本研究使用Thermo Calc软件的TC-PRISMA和DICTRA模块分别测定梯度系统中sigma相的成核速率和生长速率。图23a中的时间-温度转变（TTT）图显示了含σ相区域的SS304L-V和SS420-V合金中bcc相矩阵中σ相的温度和时间依赖沉淀。图23 σ相沉淀的)TTT曲线的矩阵bcc阶段(由TC-PRISMA计算)以及冷却曲线(CC)决定从最初的冷却率(有限元分析)和b)σ相体积分数作为时间的函数在温度1100K (DICTRA计算)SS420 V / V和SS304 L/σ的合金系统包含地区。此外，有限元分析得到的这些区域的冷却曲线在此图中。可以看出，由于SS420-V合金的冷却曲线与相应TTT曲线相交的部分较大，SS420-V合金中形核形成σ相的趋势似乎更大。同时，根据1100 K温度下SS304L-V和SS420-V合金中σ/bcc两相区σ相生长的结果(图23b)， SS420-V合金中σ相的生长速率要高得多。然而，与热机械和动机械计算结果截然相反的是，在SS420/V/Ti6Al4V梯度体系中发现的σ相比Ti6Al4V/V/SS304L梯度体系中少得多。考虑到在SS420/V(图24a-e)和Ti6Al4V/V/SS304L梯度体系中σ相的数量不同以及裂纹上下晶粒尺寸的显著差异，热机械和动机械计算与实验观测之间矛盾的原因由图24f提供的原理图加以解释。图24 a-e)从SS420/V梯度系统顶部的光学宏观图，以及由EBSD技术提供的相位分布和反极图(IPF)图。f)存在有限裂纹(黑色实心曲线)和较广泛裂纹(灰色虚线曲线)时的热循环。水平虚线表示σ相形成的高温范围。事实上，在SS420/V和Ti6Al4V/V/SS304L梯度系统中，由于过程中的热应力，出现了较为广泛的裂纹，从而破坏了以传导形式的传热。随着裂纹上方的热量积累，冷却速率变得低于理想值(图24f中的灰色虚线曲线)。因此，该区域暴露在较高温度下的时间较长，有利于σ相的生长。因此，在这两个梯度体系中，与热机械和动机械计算相反，σ相比SS420/V/Ti6Al4V梯度体系形成了更多的σ相。尽管通过热机械计算和平衡相图，在预测和设计避免有害化合物形成的梯度路径方面取得了成功，与一些实验观察结果的其余差异表明，需要提供精确的模型来预测增材制造结构中可能的相。参考AM过程中的快速凝固，Mustafa等人提出了一类新的非平衡相图，称为Scheil三元投影(STeP)图，用于设计最优梯度路径(不含具有高裂纹敏感性的脆性化合物)。虽然他们的研究缺乏实证验证,Fe-Cr-Al三元体系的步骤图计算梯度结构的铁素体不锈钢和铝Thermo-Calc软件并与同一系统的平衡等温图在650°C(略低于铝的熔化温度)。根据两图预测的相场的差异和重叠程度，STeP图中的金属间相通常跨越了更宽的组成范围。值得注意的是，由于STeP图不包含固相转变，AlCr2的低温相仅在平衡图中可见，Al5Fe4的高温相仅在STeP图中可见。Bocklund等还声明,是导致溶质偏析和快速凝固形成的阶段,不存在均衡凝固,Scheil-Gulliver凝固模型用来预测熔体的凝固阶段CP Ti / Invar-36和Ti6Al4V / Invar-36梯度结构。模型的关键假设是均匀熔池和否定固相反扩散。为了证明Scheil-Gulliver模型有效预测梯度结构AM中相的可能性，并将该模型的结果与Fe-Ni-Ti三元系的平衡凝固模型进行了计算和比较，研究人员使用电子反向散射衍射(EBSD)技术的相位表征来验证模型。尽管实验分析和预测相馏分之间存在一些差异，但总的来说，平衡凝固和Scheil-Gulliver模型能够很好地预测得到的相。然而，Scheil-Gulliver模型预测的结果与实际更接近，因此，Scheil-Gulliver模型可以预测两种以上不同化学成分的相，更接近于已有相分数的实验分析结果。在这方面，Liu等人进一步比较了平衡热机械、Scheil-Gulliver凝固模型的预测结果，基于Fick定律的扩散分析，实验表征了纯铁- ni25a梯度材料的相演化和元素分布。图25a显示了根据平衡热机械、Scheil-Gulliver凝固模型和扩散分析预测的梯度结构(100% Ni25A)第五区域的相演化随温度的函数。除了平衡热机械预测和Scheil-Gulliver凝固模型(在以前的类似研究中讨论过)之间的一些差异外，γ向渗碳体相变的扩散分析结果与Scheil-Gulliver凝固模型的结果具有较高的相似性，表明该模型能够较好地预测非平衡条件下的相。图25 a)通过平衡计算、Scheil-Gulliver凝固模型和扩散分析预测了梯度结构第五区(100% Ni25A)的相演化。b)梯度结构第五区XRD谱图。c)通过EDS分析、Scheil模型、Scheil背扩散和1D扩散计算，比较梯度结构五个区域中γ基体元素的分布此外，从图25b中第五区域的XRD图可以看出，虽然Scheil-Gulliver凝固模型存在一些差异，但可以正确预测该区域存在的大部分相，结果表明，该模型比平衡预测更适用于非平衡凝固条件下的相预测。对于元素在梯度结构中的分布，如图25c所示，在γ矩阵中各组成元素分布的实验测量和计算中，虽然Scheil-Gulliver凝固模型中考虑了向固相扩散(反向扩散)，根据实验测量结果提高了元素分布的预测精度，但仍不尽如人意，因为除此之外，其他因素也会影响非平衡凝固中元素的偏析。与实际冷却速率相比，DED过程(扩散和偏析时间更长)的冷却速率更低，循环热加载，扩散分析的预测结果与实验测量的元素分布结果存在差异的原因是重熔和再凝固。增材零件的残余应力和变形是最重要和不可避免的挑战之一，用实验方法测量和控制这些问题既费时又费钱。此外，样品的制备、尺寸和零件的形状，以及x射线或中子衍射等实验方法的准确性，都对实验结果有显著影响。一种方法是通过数值模拟计算各部位的残余应力和变形。例如，Mukherjee等人利用热机械建模研究了激光辅助定向能沉积过程中残余应力和变形的演变，以制备钢或Ti-6Al-4V合金到800H合金的不同梯度接头。作为一种新颖的方法，他们使用了传热和流体流动模型(也考虑了熔池对流的影响)来精确计算过程中的温度分布，并作为一个机械模型的输入。利用JMatPro热力计算软件计算各层随温度变化的热物理和机械性质，并作为模型的输入。图26 热模拟结果:a) 800H和钢接头沿沉积-基体界面的纵向残余应力，贯穿厚度b)残余应力，c)沿构建方向的应变。d)沿沉积-基板界面的纵向残余应力，贯穿厚度e)残余应力，f) 800H和Ti-6Al-4V接头合金沿构建方向的应变。图26显示了通过减少残余应力和变形来制造梯度连接比不同连接的优点。所有图都是在沉积第10层并将零件冷却到环境温度后绘制的。由于800H合金和钢的机械性能非常接近，因此在它们之间的不同接头界面处，残余应力和应变分布没有发生突变。因此，这两种合金之间的梯度接头在降低残余应力和变形方面并没有显示出任何优势(图26a-c)。然而，由于Ti-6Al-4V的机械性能与800H合金有很大的不同，通过在它们之间制造一个梯度接头，可以使这些合金的不同接头中残余应力和应变分布的急剧变化最小(图26d-f)。在另一项研究中，Li等人同样表明，纯铜通过DED工艺直接连接到SS304L，通过在两种材料之间添加IN718作为缓冲层，可以有效消除两种材料热膨胀系数差异引起的高残余应力导致的界面开裂问题。Zhang等人报道了在H13工具钢上直接沉积纯铜合金层的Deloro 22镍基合金作为中间层的类似效应，通过添加中间层，纵向残余应力由直接沉积界面处的~385 MPa减小到~192 MPa，得到了无裂纹的结构。5. 总结与展望5．1. 总结随着增材制造技术的出现，功能梯度材料的发展趋势日益明显。定向能沉积(DED)和一定程度上的粉床熔合(PBF)工艺是基于熔化和凝固的定向能沉积工艺的子集，在金属fgf的定向能沉积研究中占了主导地位。由于熔融和凝固现象被认为是材料科学和工程的基本概念，近年来，为了更好地理解和提高梯度金属材料的AM，在这一领域进行了一些实验和数值研究。这些研究的重要结果可概括如下:1）由于梯度结构层的不同性质和复杂的时空变化，使用适合每一层成分的优化工艺参数(特别是当相邻层的成分差异很大时)是必要的，以最大限度地减少缺陷，如未熔化颗粒、气孔、变形、残余应力、不良相、偏析和开裂。2）在金属-金属梯度材料的AM中，许多情况下，梯度结构的拉伸性能往往与最弱的母材相当，并且在该组分内发生断裂，表明母材的界面处有合适的冶金结合(梯度区)。3）在基合金(如铁基和钛基合金)之间的线性梯度结构中必然会形成脆性金属间化合物等有害化合物的情况下，开裂的敏感性很高。纯元素/其他合金粉末的非线性化学梯度或过渡路径可以有效地避免不良化合物的形成和裂纹的产生。4）在金属陶瓷梯度材料中，在微观结构中获得较高的陶瓷体积分数将有助于提高材料的硬度和耐磨性。然而，只有一定体积分数的增强颗粒才能改善梯度复合材料的拉伸性能，超过一定体积分数的增强颗粒会形成粗大的枝晶相，增加未熔体颗粒在组织中的密度，从而导致过早破坏。5）在可能的情况下，在金属-陶瓷梯度结构中应用硬和韧陶瓷相的组合，可以同时提供不开裂的富陶瓷层(由于AM工艺的高热应力)和提高力学性能。6）尽管有限的研究一直在进行梯度的金属间化合物,这些研究的结果表明,该方法有很好的能力合成高效金属间化合物合金,由于实现所需的可能性和控制每一层的微观结构梯度结构。7）现有的凝固模型能够很好地预测梯度金属材料的凝固组织和改变凝固模式的有利条件，如柱状向等轴转变(CET)。8）虽然CALPHAD方法的平衡热力学分析为预测平衡相关系和确定梯度结构中的二次相提供了有价值的信息，但由于在AM中凝固是一个非平衡过程，在加工过程中材料要经历复杂的热循环，非平衡凝固模型，如Scheil-Gulliver凝固模型，提供了一个更接近和更可靠的预测可能的相沿添加制造的梯度结构。9）先进Thermo-Calc软件及其各个模块已用于动力学分析调查的成核和增长阶段以及测量元素的化学势的梯度结构除了允许执行平衡和非平衡热力学计算。10）热机械建模具有计算热历史、变形和残余应力的高精度能力，可用于设计梯度结构和优化调幅参数。例如，通过对两种具有不同力学性能的合金之间的接头进行分级，可以有效地降低两种合金在不同接头中残余应力和应变的急剧变化。 前景尽管近年来进行了有价值的实验和数值研究，但梯度金属材料与AM体系的复杂相互作用不同于传统的冶金方法，还需要进一步研究以解决金属梯度材料的AM演变所面临的挑战。从材料科学和工程的角度来看，可以提出进一步研究的方面有:1）利用AM技术加工金属玻璃基复合材料的多个参数，需要一个针对不同梯度系统的综合优化加工条件数据库。对于更复杂的实际几何形状，AM在这方面具有独特的能力，使工业更认真地投资和参与这一领域，并根据金属FGMs的AM比例改变他们的生产线。除了在线反馈系统、实验设计的统计方法和迄今为止已经使用的体积/有限元法等数学模型外，应用人工智能(AI)和机器学习技术可以在这个问题上非常有帮助。2）当基合金系在冶金上不兼容，并且由于不需要的化合物(如脆性金属间化合物)的形成而非常容易开裂时，梯度路径的设计是非常重要的。热力学和动力学建模,特别是考虑到的非平衡条件是过程和数据库,覆盖尽可能多的梯度结构的合金元素(多组分数据库)应给予更多的关注阶段预测,因此梯度路径的设计用最少的不良的阶段。3）通过使用先进的现场表征技术(如数字图像相关(DIC)技术、现场显微技术、和同步辐射计算机断层扫描(SRCT))可以提供有用的信息，了解梯度材料在工作条件下的行为，并成为解决当前梯度结构弱点的关键一步。来源：Additive manufacturing of functionallygraded metallic materials: A review of experimental and numerical studies，Journal of Materials Research and Technology，参考文献：Koizumi M. FGM activities in Japan. ComposB Eites Part B:Engineering 1997;28(1e2):1e4.，Mahamood RM, Akinlabi E. Functionally graded materials.，Springer International Publishing; 2017.；StudartAR. Biological and bioinspired composites with spatially tunable heterogeneous Funct，Mater 2013;23(36):4423e36.
Engines are the "hearts" of all the spacecraft instrumentations. To planes in particular, engines determine the flying speed, mobility, voyage, effective load, reliability, economy and the ability to adapt the environment of them. As the most important part of an engine, the warm wheel not only transforms part of the heat and pressure of the high temperature gas into mechanical energy, but also drives compressor and some parts of accessories to work. The turbine blades are one of the essential parts of Aeroengine turbine with the most significance. Being the hot end components of high temperature, peak load and complicated structure, their designing and manufecturing performance as well as reliability will directly affect the performance level of durability and longevity of the whole machine. Therefore, the research on the problem of losing efficiency of tuibine blades has a great significance for improving the safety of operation of engines and correctly evaluating the damage form and degree. The paper first and foremost summerizes and introduces the working principles and structural composition of the warm wheels of engines; secondly, it briefly describes and analyses the form and cause of losing efficiency of turbine blades by understanding the working conditions and environment of them. Then it sums up and discusses the relevant problems of examining and preventing the failure of them. The ultimate goal of it is to avoid the accidents related to warm wheels, ensuring the safety of planes and flight.
清华大学许庆彦老师组的教师团队特别优秀，而且在学校里学书方面也是权威的，如果可以加入他的团队，一定要好好学习，锻炼。
清华大学许庆彦老师组很好。许庆彦团队在国内率先开展了航空发动机单晶高温合金涡轮叶片建模与仿真的系统深入研究，研发了具有完全自主知识产权的单晶高温合金定向凝固多尺度模拟软件系统。该获奖项目对单晶高温合金涡轮叶片定向凝固过程开展了宏、微观多尺度耦合建模，既能模拟宏观的温度场、溶质场，以及介观晶粒度，近能模拟枝晶的生长。项目成果已成功应用于涡轮叶片的制造，是国内航空发动机单晶涡轮叶片研制中首次应用的国产软件，填补了国内空白，打破了跨国公司的软件垄断，显著提升了我国单晶涡轮叶片的制备技术水平，为先进航空发动机的研制提供了坚实的技术支撑。
特种加工机床范围较广，有几十个门类。包括：电火花加工（EDM）、电化学加工（ECM）、电解磨削加工（ECG）、化学加工（CHM）、电弧加工（EAM）、激光加工（LBM）、超声加工（USM）、离子束加工（IBM）、电子束加工（EBM）、等离子弧加工（PAM）、快速成型加工（RPM）、磨料射流加工（AJM）等等。 特种加工机床原属金属切削加工机床范畴，但由于特种加工机床与金属切削加工机床机理完全不同，机床功能部件的性能不同，以及它在国民经济中重要地位和作用等原因，2003年国家标准化管理委员会明确为与金切机床并行的独立的机床体系。1、特种加工机床主要特点 (1)特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分 随着特种加工技术的发展，一方面计算机技术、信息技术、自动化技术等在特种加工中已获得广泛应用，逐步实现了加工工艺及加工过程的系统化集成；另一方面，特种加工能充分体现学科的综合性，学科(声、光、电、热、化学等)和专业之间不断渗透、交叉、融合，因此，特种加工技术本身同样趋于系统化集成的发展方向。这二方面说明，特种加工技术已成为先进制造技术的重要组成部分。一些发达国家也非常重视特种加工技术的发展，如日本把特种加工技术和数控技术作为跨世纪发展先进制造技术的二大支柱。特种加工技术已成为衡量一个国家先进制造技术水平和能力的重要标志。这是特点之一。 (2)特种加工具有独特的加工机理 特种加工不是依靠刀具、磨具等进行加工，而主要依靠电能、热能、光能、声能、磁能、化学能及液动力能等进行加工，其加工机理与金属切削机床完全不同。能量的发生与转换、使能过程的控制是特种加工高新技术的重要部分。这是特点之二。 (3)增材加工是特种加工的重要发展方向 金属切削机床、特种加工机床一大部分是减材加工。我国从二十世纪八十年代末发展起来的快速成形(RP)加工技术是属于特种加工技术的一种增材加工的新领域。它利用分层制造原理(离散堆积)及分层处理软件，理论上可以制造任意复杂形状的零、部件，能适应高科技、个性化、小批量生产的需要，增材加工的RP加工技术已成为特种加工的特点之三。 (4)特种加工可以进行二种或二种以上能量的复合加工 一般来说，“组合加工”是指在一台机床上二种不同加工形式(能量)在加工过程中交替使用的加工方式；“复合加工”是指在一台机床上实现二种或二种以上能量(形式)在加工过程中同时作用的加工方式，例如，电能和声能、化学能和电能、光能和化学能、化学能和电能及机械能等复合，以获得高效或精密加工的效果，这是特点之四。 (5)特种加工技术应用领域的重要性和特殊性 特种加工适用于各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性、微细等金属和非金属材料的加工，以及各种新型、特殊材料的加工，在航空航天、军工、汽车、模具、冶金、机械、电子、轻纺、交通等工业中解决了大量传统机械加工难于解决的关键、特殊的加工难题。所以在国民经济的众多关键制造工业中发挥着极其重要的不可替代的作用。例如，在航空航天工业中各类复杂深小孔加工、发动机蜂窝环、叶片、整体叶轮加工、特殊材料的切割加工、钛合金加工等等。在军事工业中，例如核武器及高新技术武器几乎全是特殊材料和高新技术材料，各种零件的成形加工、各种孔加工、精密薄材加工等特种加工发挥着特殊重要的作用。这是特点之五。 (6)特种加工机床产量世界第一 由于特种加工机床应用领域的广泛性和重要性，在我国已形成由生产企业、大专院校、研究院所200多个单位组成的特种加工机床行业，其电火花加工机床的年产量就约达30000台之多，其产量为世界第一。是名副其实的生产大国(但不是生产强国)这是特点之六。 2、行业概况和现状 (1)我国生产的特种加工机床主要种类 特种加工机床种类较多，据不完全统计约有30多种。在我国已形成了产业化生产或具有一定产量的特种加工机床主要种类有： ①电火花加工机床：以电火花成形机、电火花线切割机、电火花高速小孔加工机等为主。 ◆ 电火花成形机：产量约3500～4000台/年。普及型数控电火花成形机(NCSEDM)约800～1000台/年。部分NCSEDM为当前国际水平，主要由独资及合资企业生产。 ◆ 电火花线切割机(WEDM)：分高速走丝电火花线切割机(HSWEDM)和低速走丝电火花线切割机(LSWEDM)，HSWEDM和LSWEDM数控化率均为100%，产量约25000台/年。LSWEDM属国产高档机床，为普及型数控机床，产量约占WEDM的3～4%，部分LSWEDM为当前国际水平，主要由独资及合资企业生产。 ◆电火花高速小孔加工机(HSEDM)：产量约1500台/年。极大部分为手动型或点位控制型。最大径深比为1：300(也有1：1000的)，其加工工艺指标与国外水平相当。 其他电火花加工机床均为专用机床。 ②电解加工机床 ◆ 电解成形加工机床：有普通型、数控型(包括展成加工型)，产量约20～30台/年。 ◆ 电解去毛刺机床：都为专用机床，约15～20台/年。 ③电解磨削加工机床 都为专用机床，约十几台/年。 ④超声加工机床 ◆ 超声抛光机：有二种型式，一种为单一用声能的超声抛光机，一种为电火花—超声抛光机。产量约为150～200台/年。 ◆ 超声成形加工机床：产量较少。 ⑤快速成形(RP)机床 ◆ 选择性激光烧结(SLS)机床： 我国作为高新技术产品，产量约为30台/年。 ◆ 三维光刻(SL)机床：为高新技术产品，产量约25～30台/年。产品性能与国外相比差距已在缩小，但成形材料性能与国外相比还有相当大的差距。 ◆ 熔融挤压成形(FDM)机床：为高新技术产品，产量约30台/年。产品部分指标已达到国际先进水平。 ◆ 分层实体制造(LOM)机床：产量约15台/年。 ⑥激光加工机床 ◆ 激光切割机床：产量约100台/年。国内在大功率快速轴流CO2激光器的研制上落后，因而国内激光切割机的激光器都依赖进口(或国内组装生产的激光器)。 其他激光加工设备，如激光雕刻机、激光小孔加工机等产量不大。 ⑦等离子弧切割机 产量约15～20台/年。 ⑧高压水射流切割机床 我国的产量不大，约20～30台/年。 ⑨电熔爆加工机床 主要用于冶金及建筑行业等轧辊加工，为国家高新技术产品，产量约10～15台/年。 (2)特种加工机床行业总的产量、产值 ①总产量31000～32000台/年。 (2)总产值(按人民币核算) 电火花加工机床总产值约：17亿/年。 其他特种加工机床产值约：3～4亿/年。 总产值约：20～21亿/年。 (3) 特种加工机床的出口情况 ①出口量 主要为电火花加工机床及少量的RP机床出口，包括二个独资企业在内出口量约1100～1200台/年。 ②出口金额 总出口额约3500万美元/年
一级压气机包括一组静子叶片也一组转子叶片。转子叶片动力来源于涡轮。空气在静子叶片和转子叶片之间流动时是一个压力上升的过程，具体原理见空气动力学。所以呢，每一级都会经过此一次压缩。所以多级压气机的增压比会较单级大大提高
汽 车 维 修 技 师 专 业 技 术 论文标题: 涡轮增压器故障原因分析及使用维护关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析工作单位：宁波凯迪汽车销售有限公司作 者： 何一建日 期： 二零一一年三月十八日目录前言摘要关键字一、引言二、涡轮增压的日常应用三、涡轮增压的原理与类型四、涡轮增压的使用与维护五、涡轮增压的常见故障及原因分析六、涡轮增压维修实例七、结束语八、致谢前言我国进入WTO以来，大量的进口汽车涌入国门，国外先进的维修技术、维修工艺、维修观念、管理模式等，对我国汽车维修企业的发展与改革起到了很好的借鉴作用，使得国内汽车制造维修技术上了一个新台阶。我们身处在汽车维修行业如何应对日新月异的汽车维修技术，使自己不落后于时代，我个人认为只有不断的学习充电，借鉴成功的经验，树立质量第一，用户至上的服务意识，才能使自己真正的与时俱进。涡轮增压器故障原因分析及使用维护摘 要： 装有涡轮增压的车辆已经越来越多了，也越来越多的被人们所知悉，他的好坏决定着现代汽车动力性，本文主要浅谈凯迪拉克SLS车型 涡轮增压的使用维护及简单故障原因分析关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析一、引言： 随着国民经济的迅猛发展，我国汽车产量逐年增加，汽车保有量越来越多，2011年已达7400万辆，车型也越来越复杂。尤其是高科技的飞速发展，一些新技术、新材料在汽车上得到广泛应用，而涡轮增压在汽车上的应用则赋予汽车更加强大的动力性，且涡轮增压发动机的耗油量也并不比不增压的发动机耗油量高多少。在汽车使用中，增压器难免会有问题，而这将直接影响发动机的动力性，分析研究增压器故障，现象，探索和研究增压器的结构原因具有重大的现实意义。本文重点通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障，更好的使用和维护增压器。二、涡轮增压的日常应用： 涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而增加发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的，宝来赛威等等三、涡轮增压的原理与类型 分类 （1）废气涡轮增压系统：这就是我们平时最常见的涡轮增压装置了，其优点是增压器与发动机无任何机械联系，因此基本不会损耗发动机原有的功率。它是利用发动机工作所产生的高温高压废气推动涡轮高速运转，从而带动连到一根轴上的泵轮，泵轮将空气加压输送到进气歧管，增加了发动机进气效率，可以提供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率，降低了燃油的消耗，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中有害物质的排放，增压后发动机的功率可提高20%～40%左右。 （2）机械增压系统：这个装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。其优点是涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。但是由于装在发动机转动轴里面，因此还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高。 （3）复合增压系统：即废气涡轮增压和机械增压并用，机械增压有助于低转速时的扭力输出，但是高转速时功率输出有限；而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出，但低转速时则力不从心。发动机的设计师们于是就设想把机械增压和涡轮增压结合在一起，从而解决两种技术各自的不足，同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。这种装置在大功率柴油机上采用比较多，汽油机上采用双增压系统（复合增压系统）的车型还比较少，大众的 TSI发动机（这款发动机兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。在低转速时，由机械增压提供大部分的增压压力，在1 500rpm时，两个增压器同时提供增压压力。随着转速的提高，涡轮增压器能使发动机获得更大的功率，与此同时，机械增压器的增压压力逐渐降低。机械增压通过电磁离合器控制，它与水泵集合在一起。在转速超过3500rpm时，由涡轮增压器提供所有的增压压力，此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离，防止消耗发动机功率）采用了了这一系统。其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，只是结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易，因此很难普及 （4）气波增压系统：利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。这种系统增压性能好、加速性好但是整个装置比较笨重，不太适合安装在体积较小的轿车里面，这里就不多做介绍了。 原理 众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，想再增加输出功率，只能通过压缩更多的空气进入汽缸内来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。 我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压器是一种利用内燃机作功所产生的废气驱动空气压缩机，从而令机器效率提升的装置。利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。如下图所示：首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上，然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和泵轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。这样一个整体的涡轮增压装置就做好。 涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的泵轮，泵轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，泵轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。本文着重介绍凯迪拉克赛威 双涡流增压器的工作原理，如下图所示：可以使四缸发动机的1、4缸使用一条单独排气通道，而2、3缸使用另一条单独的排气通道，两条通道在涡轮处会和，共同作用到涡轮上，以避免出现各缸之间的排气压力干扰，提高发动机低速时的涡轮增压回应，减少涡轮迟滞的出现。排气旁通阀控制是指通过改变排气旁通阀开度，来控制涡轮增压器涡轮转速，然后控制进气增压的压力变化。排气旁通阀关闭，发动机废气全部作用到涡轮上，涡轮高速运转，以实现进气压力的增加。排气旁通阀打开，发动机废气部分通过涡轮，部分通过排气旁通阀泄放掉，涡轮速度下降，泵轮速度随之下降，进气压力稳定不再增加或减少，以防止增压压力过高损坏发动机。在车辆正常高速行驶时，进气旁通阀关闭，进气被涡轮增压器增压进入进气歧管，进气歧管保持高压。车辆突然减速，进气旁通阀打开，进气歧管内高压空气通过进气旁通阀形成内部循环，减少涡轮增压器阻力，使得涡轮增压器泵轮维持高速运转，并减小因进气阻力形成的噪音。重新加速后，因泵轮维持高速运转，避免出现重新加速的迟滞现象。 四、涡轮增压的使用与维护 凯迪拉克赛威车的涡轮增压器，是利用发动机排出的废气驱动涡轮，它再怎么先进也还是一套机械装置，由于它工作的环境经常处于高速、高温下工作，增压器废气涡轮端的温度在600度以上，增压器的转速也非常高，因此为了保证增压器的正常工作，对它的正确使用和维护十分重要。主要我们要遵循以下的方法： 汽车在起动时，高速空转或突然加速会导致涡轮增压器的轴承损坏，因此不能急踩加速踏板，应先怠速运转三分钟，这是为了使机油温度升高，流动性能变好，从而使涡轮增压器得到充分润滑，然后才能提高发动机转速，起步行驶，这点在冬天显得尤为重要，至少需要热车5分钟以上。 发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。原因是发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的，正在运行的发动机突然熄火后，机油压力迅速下降为零，机油润滑会中断，涡轮增压器内部的热量也无法被机油带走，这时增压器涡轮部分的高温会传到轴承中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转，这样就会造成涡轮增压器转轴与轴套之间“咬死”而损坏轴承和轴。此外发动机突然熄火后，此时排气歧管的温度很高，其热量就会被吸收到涡轮增压器壳体上，将停留在增压器内部的机油熬成积炭。当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。因此发动机熄火前应怠速运转三分钟左右，使涡轮增压器转子转速下降，同时也降低了排气歧管的温度。此外值得注意的就是涡轮增压发动机同样也不适宜长时间怠速运转，一般应该保持在10分钟之内。 选择机油的时候一定要注意，由于涡轮增压器的作用，使进入燃烧室的空气质量与体积有大幅度的提高，发动机结构更紧凑、更合理，较高的压缩比，使发动机的工作强度更高。机械加工精度也更高，装配技术要求更严格。所有这些都决定了涡轮增压发动机的高温、高转速、大功率、大扭矩、低排放的工作特点。同时也就决定了发动机的内部零部件要承受较高的温度及更大的撞击、挤压和剪切力的工作条件，所以在选用涡轮增压轿车车用机油时，就要考虑到它的特殊性，所使用的机油必须抗磨性好，耐高温，建立润滑油膜块，油膜强度高和稳定性好，所以机油最好选用全合成机油、半合成机油等高质量润滑油或者凯迪拉克原厂专用机油 发动机机油和滤清器必须保持清洁，防止杂质进入，因为涡轮增压器的转轴与轴套之间配合间隙很小，如果机油润滑能力下降，就会造成涡轮增压器的过早报废。 需要按时清洁空气滤清器（另外注意：在空气滤清器或空气滤清器壳体已被拆下时，不要起动发动机），防止灰尘等杂质进入高速旋转的压气叶轮，造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。 需要经常检查涡轮增压器的密封环是否密封。因为如果密封环没有密封住，那么废气会通过密封环进入发动机润滑系统，将机油变脏，并使曲轴箱压力迅速升高，此外发动机低速运转时机油也会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧，从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。 涡轮增压器要经常检查有没有异响或者不寻常的震动，润滑油管和接头有没有渗漏。 涡轮增压器转子轴承精密度很高，维修及安装时的工作环境要求很严格，因此当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修，而不是到普通的修理店。五、涡轮增压的常见故障及原因分析 涡轮增压器(见图)利用发动机排出的废气驱动发动机主动叶轮，与主动叶轮同轴的从动叶轮也以同样转速转动。怠速时，叶轮转速约为12000r／min，当加速踏板踩到底时，叶轮转速约为135000r／min,，因从动叶轮在发动机进气端，故加大了进气压力和进气量，避免发动机在较高转速下进气迟滞；能大幅度提高发动机功率和转矩，且最大转矩峰值呈平直线状。 故障原因 （1）增压器突然停止运转。其原因多为增压器轴承损坏、转子组烧坏，外界物将涡轮、泵轮叶片打坏而卡死等。 （2）增压器涡轮或泵轮端“排油”。当增压器转子轴磨损严重，转子轴密封环失去作用，或操作不当造成润滑条件恶劣致使密封环磨损、拉伤而失效时，涡轮端或泵轮端会出现“排油”故障。涡轮端“排油”，会使排气管、消声器产生大量油污和积炭，增大排气阻力，降低增压器的转速，使发动机动力下降；泵轮端“排油”，会使发动机进气管道存有大量机油，机油消耗加大，进气阻力增大，发动机动力便下降。 （3）增压器振动剧烈且有噪声。其主要原因是由于转子轴严重磨损，使轴承间隙加大产生振动，涡轮与泵轮损坏或沾有油泥使转子动平衡被破坏而产生噪声和振动。若噪声明显表现出是金属摩擦，则是泵轮或涡轮叶片与壳体碰擦。 （4）增压器气喘。因进气系统堵塞，如空气滤清器堵塞、进气道油灰沉积等原因，造成发动机增压压力下降且产生较大波动，在增压器泵轮端发出如气喘的异响，伴随发动机工作不稳，动力下降，排气管冒黑烟。 （5）增压器增压力下降。进气管道堵塞、轴承与轴磨损、涡轮或泵轮叶片变形或损坏、与壳体摩擦等均会造成增压压力下降。 故障检修 (1)外观检查观察涡轮与泵轮以外排、进气联接法兰和接头有无裂纹、漏气等现象，特别要观察增压器“排油”现象是否严重。这点在压气机至进气管之间的橡胶管接头上最为明显。若该接头处仅表现为轻微地渗油，仍属正常现象。若此地漏油严重，表明增压器已不能再使用。此外发动机停机后，用听诊器可以听到增压器转子依靠惯性转动的声音，声音若持续1min以上的时间，表明增压器性能良好。 (2)压气机泵轮部分检修拆卸压气机与进气管道的连接，观察压气机叶轮和泵壳的摩擦情况、漏油情况以及叶片的损坏情况。若发现叶轮与泵壳有摩擦，而泵壳摩擦部位附着物较坚固，表明泵轮内有损坏；如果发现是外来物损伤了泵轮，或者泵轮轴漏油现象严重，均应对增压器进行维修。 (3)旋转组件检修若检查涡轮与泵轮没有明显损坏，用手迅速转动增压器转子，应该旋转自如，无明显的研磨噪声和阻滞现象，否则表明轴已烧损。用千分尺检查转子轴轴向间隙以及涡轮端和泵轮端的径向间隙，其值不得超过标准范围。分解拆装旋转组件时，必须做好压气机叶轮、转子轴及锁紧螺母的相对位置记号。更换压气机叶轮要做动平衡试验。安装涡轮端和泵轮端两密封环时，开口互成180o，相对中间壳进油口成90o。压气机叶轮锁紧螺母要按规定扭矩拧紧。 (4)涡轮机涡轮部分检修从涡轮机出气口将排气管道拆除，检查涡轮叶片以及壳体摩擦情况、漏油情况和叶片损坏情况。若发现叶片与壳体有摩擦，而壳体上的附着物坚硬而牢固，可能是涡轮内有损坏，此时必须拆卸修理。若发现积油严重，则应观察该油是从排气系统带来的，还是从涡轮中心排出的，若积油来自轴心且较严重，表明涡轮轴的密封环失效，应对增压器拆检维修。若积油来自排气系统，而叶轮上积油较多，就将涡轮拆卸清洗 六、涡轮增压维修实例 故障：发动机机油消耗高 车型：赛威 故障现象：客户反应说该车烧机油，拔出油尺一看已经到最底刻度线了，由于该车已经行驶了不到4000公里了，可以经行首次保养了，于是建议客户首保后行驶1000公里再到我站检查。行驶1000公里后到我站检查发现确实少了近350毫升机油。 检查分析：根据该车的具体结构分析，导致发动机机油消耗高的原因有5个：①气门油封漏油。②活塞与气缸筒密封不严。③曲轴箱强制通风PCV阀故障。④涡轮增压器油封漏油。⑤发动机油底壳衬垫、油封等处泄漏。 图1所示：涡轮增压器未漏油 该车行驶里程很短，基本全新，外观没有漏油现象，说明所减少的机油是进入气缸内消耗的。经检查排气管无明显蓝烟冒出的现象，然后拆开涡轮增压中冷器的连接管，发现中冷器内壁很干净，根据以往经验，如果涡轮增压器（图1）油封漏油，在中冷器内会积存大量机油，所以该发动机的涡轮增压器油封没有损坏。说明消耗机油的大部分在发动机内被加热而变成了积炭，进而怀疑气门油封泄漏。经拆下4只喷油器用内窥镜观察进气门，发现1缸进气门的背面有很多积炭，由此判断是1缸进气门油封损坏。 故障排除：由于该车行驶里程很短，不大可能存在其它损坏，我们决定只更换16只气门油封，并采用了不拆气缸盖换气门油封的方法。于是拆下气门室罩和1－4缸火花塞，将曲轴转动到第1缸压缩行程上止点，拆下进排气凸轮轴，向第1缸内充入压缩空气，更换了第1缸进排气门油封，其它3缸依此类推。更换了全部进排气门油封后，再将车辆交付用户并电话跟踪回访，用户反映该车在2次换机油保养之间未缺机油。七、结束语 本文介绍了涡轮增压器故障，现象，探索和研究了增压器的结构原因，通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障原因、解决办法，维修方式，以及如何正确使用、维护汽车涡轮增压器，尽量避免增压器的故障发生，延长使用寿命。 对于未来，随着汽车对动力性的需求量逐渐增大，涡轮增压的使用也会越来月频繁，不仅是在货车领域，在小汽车领域的的发展也将成为主流，而正确认识和使用涡轮增压器也将是我们每个人都应该象英语与开车一样被我们所接受。八、致谢 衷心感谢宁波交通技工学校和职业技能鉴定中心老师专家能够对本人精心指导，使本人对汽车维修能有一个全新的认识，在此表示诚恳感谢！由于本人水平有限，写作能力不强，如果有不够全面和深入的问题，请老师批评指正。参考文献：《2011凯迪拉克SLS 维修手册》 《汽车维修与保养》2007年第一期 主编：黄为 《汽车维修技师》2003年3月第一版 主编：丁鸣朝
先上图书馆找资料找 精密加工和特种加工 之类的书里面很全手写的很好
涡轮系统是增压发动机中最常见的增压系统之一。
如果在相同的单位时间里，能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸(燃烧室)进行压缩燃爆动作(小排气量的引擎能“吸入”和大排气量相同的空气，提高容积效率)，便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。情形就像你拿一台电风扇向汽缸内吹，硬是把风往里面灌，使里面的空气量增多，以得到较大的马力，只是这个扇子不是用电动马达，而是用引擎排出的废气来驱动。
一般而言，引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后，起码都能提升30%-40% 的额外动力，如此惊人的效果就是涡轮增压器令人爱不释手的原因。况且，获得完美的燃烧效率以及让动力得以大幅提升，原本就是涡轮增压系统所能提供给车辆最大的价值所在。
该系统包括涡轮增压器、中冷器、进气旁通阀、排气旁通阀及配套的进排气管道。
涡轮增压器在汽车中的连接方式如图：
工作顺序
我们希望用以下简单的步骤让你明白涡轮增压的工作顺序，从而便能清楚了解涡轮增压系统的工作原理。原理图如下：
一，发动机排出的废气，推动涡轮排气端的涡轮叶轮(Turbine Wheel)②，并使之旋转。由此便能带动与之相连的另一侧的压气机叶轮(Turbine Wheel) ③也同时转动。
二，压气机叶轮把空气从进风口强制吸进，并经叶片的旋转压缩后，再进入管径越来越大的扩压通道流出，这些经压缩的空气被注入汽缸内燃烧。
三，有的发动机设有中冷器，以此降低被压缩空气的温度、提高密度，防止发动机产生爆震。
四，被压缩(并被冷却后)的空气经进气管进入汽缸，参与燃烧做功。
五，燃烧后的废气从排气管排出，进入涡轮，再重复以上(一)的动作。
涡轮增压器
涡轮增压器本体是涡轮增压系统中最重要的部件，也就是我们一般所说的“蜗牛”或“螺仔”。因涡轮的外形与蜗牛背上的壳或海产摊内的海螺十分近似而得名。
涡轮增压器本体是提高容积效率的核心部件，其基本结构分为：进气端、排气端和中间的连接部分。
其中进气端包括压气机壳体(Compressor Housing，包括压气机进风口(Compressor Inlet)、压气机出风口(Compressor Discharge)、压气机叶轮(Compressor Wheel)。
而排气端包括涡轮壳体(Turbine Housing， 其中包括涡轮进风口(Turbine Inlet)、涡轮出风口(TurbineDischarge)、涡轮叶轮(Turbine Wheel)。
在两个壳体间负责连接两者的，还有一个轴承室(CenterHousing)，安装有负责连接并承托起压气机叶轮、涡轮叶轮，应付上万转速的涡轮轴(Shaft)，以及与之对应的机油入口(Oil Inlet)、机油出口(OilOutlet)等(甚至包括水入口和出口)。
“高温”是涡轮增压器运作时面临的最大考验。涡轮运转时，首先接触的便是由引擎排出的高温废气(第一热源)，其推动涡轮叶轮并带动了另一侧的压气机叶轮同步运转。整个叶片轮轴的转速动辄120000-160000rpm。所以涡轮轴高速转动所产生的热量非常惊人(第二热源)，再加上空气经压气机叶轮压缩后所提高的温度(第三热源)，这三者成为涡轮增压器最最严峻的高温负担。涡轮增压器成为一个集高温原件于一体的独立工作系统。所以“散热”对于涡轮增压器非常重要。涡轮本体内部有专门的机油道(散热及润滑)，有不少更同时设计有机油道以及水道，通过油冷及水冷双重散热，降低增压器温度。
涡轮轴
涡轮轴(Bearing)看起来只是简单的一根金属管，但实际上它是一个肩负120000-160000rpm 转动及超高温的精密零件。其精细的加工工差、精深的材料运用和处理正是所有涡轮厂最为核心的技术。传统的涡轮轴使用波司轴承(Bushing Bearing)结构。它确实只是一根金属管，其完全倚仗高压进入轴承室的机油实现承托散热，因此才能高速地转动。
而新近出现的滚珠轴承(Ball Bearing)逐渐成为涡轮轴发展的趋势。顾名思义，滚珠轴承就是在涡轮轴上安装滚珠，取代机油成为轴承。滚珠轴承有众多好处：摩擦力更小，因此将有更好的涡轮响应(可减少涡轮迟滞)，并对动力的极限榨取更有利;它对涡轮轴的转动动态控制更稳定(传统的是靠机油做轴承，行程漂浮);对机油压力和品质的要求相对可以降低，间接提高了涡轮的使用寿命。但其缺点是耐用性不如传统的波司轴承，大约7 万-8 万公里就到寿命极限，且不易维修、维修费昂贵。因此重视耐久性的涡轮制造厂( 如KKK) 就不会推出此型式涡轮。
涡轮叶轮
涡轮叶轮的叶片型式，可分为“水车式” 叶片(外形是直片设计，让废气冲撞而产生回旋力量，直接与回转运动结合)，及“风车式”叶片(外形为弯曲型叶片设计，除了利用冲撞的力量以外，还能有效利用气流进入叶片与叶片之间，获取废气膨胀能量)。涡轮叶轮的轮径及叶片数会影响马力线性，理论上来说，叶片数愈少，低速响应较差，但高速时的爆发力与持续力却不是多叶片可比拟的。
涡轮叶轮的叶片大多以耐高热的钢铁制造(有的使用陶瓷技术)，但由于铁本身的质量较大，于是又轻又强的钛合金叶片因此产生。只是在量产车中，现在只有三菱LancerEVO Ⅸ RS 车型有搭载钛合金叶片涡轮(EVO 的钛合金涡轮型号为TD05-HRA，一般的则为TD05-HR 请读者明鉴)。而改装品中，也只有Garrett 出品的赛车专用涡轮使用钛合金，除此以外暂没听说。
压气机叶轮
叶片是涡轮的动力来源。但压气机叶轮及涡轮叶轮各有不同的功用，因此叶片外形当然也不一样。压气机叶轮基本上是把如何将空气有效率地推挤入压缩信道视为首要任务，然后再加以决定其形状。
一般原厂涡轮的压气机叶轮(Compressor Wheel) 都使用全叶片的设计，即叶片是整片从顶端到末端的设计。而为了增加吸入空气的通路面积，提升高速回转时的效率，目前已出现了许多在全叶片旁穿插安装半块叶片的叶轮(此种设计多出现在改装品上)。
而压气机叶轮设计的另一个目的是让压缩空气的流速均等化。传统的叶轮为“放射型压缩轮”，其两叶片之间的气体流速变化很快：位于叶轮运转方向前方的空气，被叶片挤压，故流速很快。但叶片后方的空气则因为吸入阻力及回压力等因素，流速较慢。当节气门半开时，压气机叶轮转速下降，进入压缩轮的空气速度就会降低。而之前已被压缩的空气量如果此时相对过多，便会出现“真空”的状态，无法输送空气(压气机叶轮转速无法产生大于进气管中气压的压力)，相对压力也就无法产生了(压力回馈)，这也就是所谓的“气体剥离” (Compressor Surge) 现象。
所谓的Surge 效应，就好比我们用手去搅动水桶里的水，当手搅动的速度愈快，水桶里的水就会愈来愈向水桶边缘扩散，接着水桶里的水位也就会愈来愈低，到最后水桶里的水则变成只能在水桶周围旋转，而无法落下。这样的现象也会发生在空气流体力学上。大家可以试想：压气机进风口就好比是一个水桶，周围空气就像是水，至于涡轮叶片就好比是搅动的手，当涡轮叶片转速一旦提升，进气口内的气流就会逐渐向周围扩散，转速提升愈高，气流就愈向周围靠近，导致涡轮叶片中央位置会愈来愈吸不到空气，到最后甚至会呈现真空的状态，使得空气只能从叶片周围进入，进气效率当然也就会跟着下降，这样的现象就是所谓的Surge 效应。而迎风角度大的叶片，进气效率虽较好，但却容易在高转速时发生Surge 效应，而角度较小的叶片则反之。
为了防止“气体剥离”现象，把叶片角度设计成向运转方向缩小(与涡轮轴线方向更接近)，以维持流速均一化的“反向”压缩轮渐渐成为改装品的主流，而这也就是改装界所谓的“斜流”叶片。“斜流”叶片通常都在原有的主叶片下，多加半个叶片(一般其角度更接近涡轮轴线方向，即更竖直)。若从进气入口正视压气机叶轮，可看到两个叶片重叠，就代表这是“斜流” 叶轮。而Hybrid Turbine 的压气机叶轮通常亦会使用“斜流”叶片( 后方并加以切平) 搭配漏斗式的加大吸气口来增加出风量。此外，还有压气机进风口处加设循环排气孔，让流失的压缩空气2次循环来减少surge效应的新设计(此处不赘述，HKS T04Z 便有此设计)。
内置式旁通阀
内置式排气旁通阀(Internal Wastegate，俗称Actuator)，是目前涡轮系统中最常见的泄压装置，一般又被称为连动式排气泄压阀。“Actuator”直接配置在涡轮上，利用一支连杆来控制涡轮排气中的阀门，一旦涡轮压缩空气端的增压值达到限定的程度，进气压力便会推“Actuator”的连杆，使涡轮排气侧内的旁通阀门开启，部分废气不经涡轮叶轮(Turbine Wheel)直接排到排气管。这样减少“吹动”涡轮叶轮的废气流量，涡轮叶轮转速降低，同时带动压气机叶轮转速降低。因此“Actuator”既是限制涡轮最高转速的装置，也是使涡轮进气端增压压力维持一个稳定值(不会长时间过高)的装置。
外置式旁通阀
外置式排气旁通阀(External Wastegate，俗称Wastegate)也被称为排气泄压阀，功能与“Actuator”大致相同，但结构与安装位置有别。结构上“Wastegate”省去了连杆和在涡轮内的排气阀门。而位置上“Wastegate”以独立方式安装在涡轮与排气管头段之间，而无须像“Actuator”那样依附于涡轮增压器本体上。一旦涡轮增压值达到设定上限，“Wastegate”排出( 可直接排向大气或导回排气管内) 多余的废气，减少“吹动”涡轮叶轮的废气流量，进而使涡轮保持稳定的增压值。“Wastegate”比“Actuator”有更大的增压容量(可配用大的弹簧)且反应灵敏，所以更适合用在大马力或高增压涡轮发动机上，尤其是使用差异过大的Hybird 涡轮，更是必备用品!
中冷器
中冷器(中央冷却器，Intercooler)位于压气机出风口与节气门之间的“散热排”。其构造有点像水箱，就是运用横向的众多小扁铝管分割压缩空气，然后利用外界的冷风吹过与细管相连的散热鳍片，达到冷却压缩空气的目的，使进气温度较为接近常温。
引擎最不喜欢高温的气体，因为高温空气会使马力下降。特别是四季炎热的亚热带地区。但由于涡轮增压器会把吸进引擎的气体进行强制压缩，从而使空气密度提高，但与此同时，空气的温度也会急剧上升。温度上升又反过来造成被压缩空气的氧含量下降。此外这股热气未经冷却即进入高温的汽缸，将导致燃油的不规则预燃(爆震)，使引擎温升进一步加剧，增加了熔毁活塞的可能。
为了提升空气密度，同时兼顾空气中的含氧量，我们需要在压缩空气后(压缩程度较大)降低进气的温度。中冷器因此而产生。中冷器的面积及厚度越大，其散热能力越强。因为面积和厚度大，其内的小扁管数量、长度和散热叶片等皆随之增加，中冷器内的高温压缩空气及中冷器外的大气就有更多的接触面积及接触时间，热交换(散热)的面积和时间更充分，降温效果更好。虽然大容量中冷器有更好的冷却效能，但其加长了散热路径和增大了进气容度，会带来相对的压力损失，TurboLag 容易变大。
进气旁通阀
进气旁通阀(ReliefValve)一般又称为“进气泄压阀”。它安装在靠近节气门的进气管上，它是大部分涡轮增压发动机出厂时原配的泄压装置。
由于涡轮是利用废气排出的力量来驱动，当驾驶过程中收油门(如换挡、急刹车时)，节气门关闭。涡轮叶片(压气机叶轮)在惯性作用下仍旧持续转动。此时因节气门的截断和叶片的继续增压所致，进气管路中(在节气门与涡轮之间)的空气压力会迅速提高。为了保护增压系统，当压力达到某一限定值后，进气旁通阀打开，把过剩的空气(压力)导回至滤清器与涡轮之间，实现降压保护的功能。
Blow-Off Valve(BOV)即俗称的“放气哇佬”，同样属于进气旁通阀。只是它一般被用作取代Relief Valve的改装部件。其功能基本上和Relief Valve 相同，唯一的差异仅在于Blow-off Valve的阀门并不会像Relief Valve那样容易受到进气压力的影响而开启(导致进气压力下降)。而且在节气门关闭后，Blow-off Valve 是将剩余压力直接向大气释放，并非再导于涡轮与滤清器之间再度增压。因此BlowoffValve 除了同样具有保护涡轮系统的效果外，在泄压反应上也比起原厂配置的Relief Valve 更为优异。但对于小排量或小增压的涡轮发动机来说，Blow-off Valve对再加油的动力响应会变差。另外Blow-off Valve 泄压时会产生更大的泄气声，令人听得更为兴奋，也成为涡轮增压车最为特殊的音效。
在相同的单位时间里，能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸进行压缩燃爆动作，便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。一般而言，引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后，起码都能提升30%-40% 的额外动力。获得完美的燃烧效率以及让动力得以大幅提升，就是涡轮增压系统所能提供给车辆最大的价值所在。
压气机的功用是对气流做功，以提高气流的压力。一般燃气轮机的压气机通常有轴流式和离心式两种。轴流式压缩机会有许多的叶片，形状类似螺旋桨叶片，但是分为“静子”（stator）与“转子”（rotor）两种。转子就像螺旋桨一般地旋转，在旋转的过程中将对气流加功，增大气流总压P*和总温T*，这时气流的压力和温度就会提高。静子的功用是将因为转子的作用而产生旋转的气流导引回轴向，以正确的角度进入下一组转子，减小气流绝对速度C1。通常是一组转子和一组静子交互配置，而一组转子和静子就称为一级。离心式压缩机则是利用叶轮旋转时产生的离心力将气流向外推向机匣，而产生加压的效果。一级的离心式压缩机就能有数级轴流式压缩机的压缩比，对于较小型的燃气轮机来就是不错的选择，但是由于气流是向外辐射，必须以大幅弯曲的通道折回内部，故能量的耗损也较大，效率低。增压比是压气机的主要性能指标，指的是气流总压在加压后与加压前的比，通常增压比较高的燃气轮机，效率也较高，但是气流在压缩过程中温度会上升，考虑到涡轮所能承受的温度有一定的限度，压缩比太高反而不好。理想的压缩过程应该是等熵绝能过程，但是实际上压缩后的气流的温度和熵都会大于理想值，压力则低于理想值，而压缩机的效率则定义为。其中ηc代表压缩机效率，h1代表气流进入压缩机之前的焓，h2i代表理想状况下气流离开压缩机时的焓，h2a代表实际状况下气流离开压缩机时的焓。依据热力学定律，压缩机效率不可能大于1。燃烧室燃烧室由外壳（套）、火焰筒、喷（油）嘴、涡流器、点火装置等组成。由压气机扩散段出来的高压空气分成两股：一股（约占1/4～2/5）进入火焰筒前部，与喷嘴喷出来的燃油混合形成油气混合气，经点火装置点火后燃烧。另一股（占3/4～3/5）从火焰筒与外套间流过，对火焰筒壁面进行冷却，然后进入火焰筒与高温燃气掺混，使燃气温度降低，达到涡轮所要求的温度。通常要求燃烧室具有燃烧稳定、燃烧效率高、点火范围宽、流动阻力小以及结构简单、尺寸小、安全可靠和寿命长等特性。燃烧室按气流在燃烧室中流动的方向分为三种：①直流式：气流在燃烧室中沿轴向流动。多数发动机采用这种燃烧室。②折流式：气流由压气机流出后，折成两路流入火焰筒。一般与甩油盘配合使用。③回流式：压气机出口的空气由燃烧室的后端流入火焰筒头部。燃烧的燃气则向前形成回流。后两种形式气流流动损失大，但能缩短发动机的长度，一般用于采用离心式压气机的发动机中。燃烧室按结构形式又分为管形燃烧室、环形燃烧室和环管形燃烧室。管形燃烧室中的每个管形火焰筒有单独的外套，组成一个单管燃烧室。一台发动机可以有若干个单管燃烧室，沿周向装在发动机上，其中几个燃烧室装有点火装置。各燃烧室之间通过联焰管来传焰和均压。管形燃烧室易调试，强度与刚性好、装拆与维护方便，多用于早期的燃气涡轮发动机以及空气流量很小的发动机上。环形燃烧室中的火焰筒为一整体的环形腔。同心地装在环形的壳体内。这种燃烧室空间利用率高，迎风面积、重量、压力损失、火焰筒表面积和长度都小，所需的冷却空气量少，出口流场沿周向分布均匀，广泛用于各种新型发动机中。环管形燃烧室有若干个管形火焰筒沿圆周均匀地装在一个共同的环形壳体内。各火焰筒间装有联焰管。它的结构介于管形燃烧室与环形燃烧室之间。50～60年代的发动机多采用这种结构。 涡轮 电脑模拟燃气轮机通常使用轴流式涡轮，构造上与轴流式压缩机相似，同样是一组定子与一组转子合称为一级。涡轮叶片与螺旋桨及飞机机翼相似，气流流过时产生作用力，对转子叶片作功而使其转动，而能将气流的能量转换成机械能输出，因此气流在通过涡轮后，温度与压力都会下降。与压缩机不同的是，涡轮的目的是将气流的能量转换为机械能，因此叶片的形状与压缩机会稍有不同，重视的是气流通过时能产生的作用力，与飞机机翼希望升力大而阻力小的要求类似。涡轮叶片直接受到高温高压气流的冲击，为了提高燃烧温度以提升燃气轮机的效率，涡轮叶片必须使用耐高温、在高温下仍保有高强度及寿命的耐热材料制成。叶片结构上也常使用一些特殊设计，例如常见的作法是将叶片设计为中空，然后将冷空气或冷却液导入内部，在叶片内部流动时可以产生冷却效果，还有在表面设计许多小孔喷出冷空气，随着空气流动而覆盖整个叶片，阻隔以避免高温空气直接冲击叶片，以达到保护的效果。与压缩机相同，理想的涡轮应该是等熵过程，但是实际上通过涡轮后气流的温度和熵都会大于理想值，涡轮的效率定义为：其中ηt代表涡轮效率，h3代表气流进入涡轮之前的焓，h4i代表理想状况下气流离开涡轮时的焓，h4a代表实际状况下气流离开涡轮时的焓。依据热力学定律，涡轮效率不可能大于1。
汽 车 维 修 技 师 专 业 技 术 论文标题: 涡轮增压器故障原因分析及使用维护关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析工作单位：宁波凯迪汽车销售有限公司作 者： 何一建日 期： 二零一一年三月十八日目录前言摘要关键字一、引言二、涡轮增压的日常应用三、涡轮增压的原理与类型四、涡轮增压的使用与维护五、涡轮增压的常见故障及原因分析六、涡轮增压维修实例七、结束语八、致谢前言我国进入WTO以来，大量的进口汽车涌入国门，国外先进的维修技术、维修工艺、维修观念、管理模式等，对我国汽车维修企业的发展与改革起到了很好的借鉴作用，使得国内汽车制造维修技术上了一个新台阶。我们身处在汽车维修行业如何应对日新月异的汽车维修技术，使自己不落后于时代，我个人认为只有不断的学习充电，借鉴成功的经验，树立质量第一，用户至上的服务意识，才能使自己真正的与时俱进。涡轮增压器故障原因分析及使用维护摘 要：装有涡轮增压的车辆已经越来越多了，也越来越多的被人们所知悉，他的好坏决定着现代汽车动力性，本文主要浅谈凯迪拉克SLS车型 涡轮增压的使用维护及简单故障原因分析关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析一、引言：随着国民经济的迅猛发展，我国汽车产量逐年增加，汽车保有量越来越多，2011年已达7400万辆，车型也越来越复杂。尤其是高科技的飞速发展，一些新技术、新材料在汽车上得到广泛应用，而涡轮增压在汽车上的应用则赋予汽车更加强大的动力性，且涡轮增压发动机的耗油量也并不比不增压的发动机耗油量高多少。在汽车使用中，增压器难免会有问题，而这将直接影响发动机的动力性，分析研究增压器故障，现象，探索和研究增压器的结构原因具有重大的现实意义。本文重点通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障，更好的使用和维护增压器。二、涡轮增压的日常应用：涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而增加发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的，宝来赛威等等三、涡轮增压的原理与类型分类（1）废气涡轮增压系统：这就是我们平时最常见的涡轮增压装置了，其优点是增压器与发动机无任何机械联系，因此基本不会损耗发动机原有的功率。它是利用发动机工作所产生的高温高压废气推动涡轮高速运转，从而带动连到一根轴上的泵轮，泵轮将空气加压输送到进气歧管，增加了发动机进气效率，可以提供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率，降低了燃油的消耗，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中有害物质的排放，增压后发动机的功率可提高20%～40%左右。（2）机械增压系统：这个装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。其优点是涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。但是由于装在发动机转动轴里面，因此还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高。（3）复合增压系统：即废气涡轮增压和机械增压并用，机械增压有助于低转速时的扭力输出，但是高转速时功率输出有限；而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出，但低转速时则力不从心。发动机的设计师们于是就设想把机械增压和涡轮增压结合在一起，从而解决两种技术各自的不足，同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。这种装置在大功率柴油机上采用比较多，汽油机上采用双增压系统（复合增压系统）的车型还比较少，大众的 TSI发动机（这款发动机兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。在低转速时，由机械增压提供大部分的增压压力，在1 500rpm时，两个增压器同时提供增压压力。随着转速的提高，涡轮增压器能使发动机获得更大的功率，与此同时，机械增压器的增压压力逐渐降低。机械增压通过电磁离合器控制，它与水泵集合在一起。在转速超过3500rpm时，由涡轮增压器提供所有的增压压力，此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离，防止消耗发动机功率）采用了了这一系统。其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，只是结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易，因此很难普及（4）气波增压系统：利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。这种系统增压性能好、加速性好但是整个装置比较笨重，不太适合安装在体积较小的轿车里面，这里就不多做介绍了。原理众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，想再增加输出功率，只能通过压缩更多的空气进入汽缸内来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压器是一种利用内燃机作功所产生的废气驱动空气压缩机，从而令机器效率提升的装置。利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。如下图所示：首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上，然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和泵轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。这样一个整体的涡轮增压装置就做好。涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的泵轮，泵轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，泵轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。本文着重介绍凯迪拉克赛威 双涡流增压器的工作原理，如下图所示：可以使四缸发动机的1、4缸使用一条单独排气通道，而2、3缸使用另一条单独的排气通道，两条通道在涡轮处会和，共同作用到涡轮上，以避免出现各缸之间的排气压力干扰，提高发动机低速时的涡轮增压回应，减少涡轮迟滞的出现。排气旁通阀控制是指通过改变排气旁通阀开度，来控制涡轮增压器涡轮转速，然后控制进气增压的压力变化。排气旁通阀关闭，发动机废气全部作用到涡轮上，涡轮高速运转，以实现进气压力的增加。排气旁通阀打开，发动机废气部分通过涡轮，部分通过排气旁通阀泄放掉，涡轮速度下降，泵轮速度随之下降，进气压力稳定不再增加或减少，以防止增压压力过高损坏发动机。在车辆正常高速行驶时，进气旁通阀关闭，进气被涡轮增压器增压进入进气歧管，进气歧管保持高压。车辆突然减速，进气旁通阀打开，进气歧管内高压空气通过进气旁通阀形成内部循环，减少涡轮增压器阻力，使得涡轮增压器泵轮维持高速运转，并减小因进气阻力形成的噪音。重新加速后，因泵轮维持高速运转，避免出现重新加速的迟滞现象。四、涡轮增压的使用与维护凯迪拉克赛威车的涡轮增压器，是利用发动机排出的废气驱动涡轮，它再怎么先进也还是一套机械装置，由于它工作的环境经常处于高速、高温下工作，增压器废气涡轮端的温度在600度以上，增压器的转速也非常高，因此为了保证增压器的正常工作，对它的正确使用和维护十分重要。主要我们要遵循以下的方法：汽车在起动时，高速空转或突然加速会导致涡轮增压器的轴承损坏，因此不能急踩加速踏板，应先怠速运转三分钟，这是为了使机油温度升高，流动性能变好，从而使涡轮增压器得到充分润滑，然后才能提高发动机转速，起步行驶，这点在冬天显得尤为重要，至少需要热车5分钟以上。发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。原因是发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的，正在运行的发动机突然熄火后，机油压力迅速下降为零，机油润滑会中断，涡轮增压器内部的热量也无法被机油带走，这时增压器涡轮部分的高温会传到轴承中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转，这样就会造成涡轮增压器转轴与轴套之间“咬死”而损坏轴承和轴。此外发动机突然熄火后，此时排气歧管的温度很高，其热量就会被吸收到涡轮增压器壳体上，将停留在增压器内部的机油熬成积炭。当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。因此发动机熄火前应怠速运转三分钟左右，使涡轮增压器转子转速下降，同时也降低了排气歧管的温度。此外值得注意的就是涡轮增压发动机同样也不适宜长时间怠速运转，一般应该保持在10分钟之内。选择机油的时候一定要注意，由于涡轮增压器的作用，使进入燃烧室的空气质量与体积有大幅度的提高，发动机结构更紧凑、更合理，较高的压缩比，使发动机的工作强度更高。机械加工精度也更高，装配技术要求更严格。所有这些都决定了涡轮增压发动机的高温、高转速、大功率、大扭矩、低排放的工作特点。同时也就决定了发动机的内部零部件要承受较高的温度及更大的撞击、挤压和剪切力的工作条件，所以在选用涡轮增压轿车车用机油时，就要考虑到它的特殊性，所使用的机油必须抗磨性好，耐高温，建立润滑油膜块，油膜强度高和稳定性好，所以机油最好选用全合成机油、半合成机油等高质量润滑油或者凯迪拉克原厂专用机油发动机机油和滤清器必须保持清洁，防止杂质进入，因为涡轮增压器的转轴与轴套之间配合间隙很小，如果机油润滑能力下降，就会造成涡轮增压器的过早报废。需要按时清洁空气滤清器（另外注意：在空气滤清器或空气滤清器壳体已被拆下时，不要起动发动机），防止灰尘等杂质进入高速旋转的压气叶轮，造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。需要经常检查涡轮增压器的密封环是否密封。因为如果密封环没有密封住，那么废气会通过密封环进入发动机润滑系统，将机油变脏，并使曲轴箱压力迅速升高，此外发动机低速运转时机油也会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧，从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。涡轮增压器要经常检查有没有异响或者不寻常的震动，润滑油管和接头有没有渗漏。涡轮增压器转子轴承精密度很高，维修及安装时的工作环境要求很严格，因此当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修，而不是到普通的修理店。五、涡轮增压的常见故障及原因分析涡轮增压器(见图)利用发动机排出的废气驱动发动机主动叶轮，与主动叶轮同轴的从动叶轮也以同样转速转动。怠速时，叶轮转速约为12000r／min，当加速踏板踩到底时，叶轮转速约为135000r／min,，因从动叶轮在发动机进气端，故加大了进气压力和进气量，避免发动机在较高转速下进气迟滞；能大幅度提高发动机功率和转矩，且最大转矩峰值呈平直线状。故障原因（1）增压器突然停止运转。其原因多为增压器轴承损坏、转子组烧坏，外界物将涡轮、泵轮叶片打坏而卡死等。（2）增压器涡轮或泵轮端“排油”。当增压器转子轴磨损严重，转子轴密封环失去作用，或操作不当造成润滑条件恶劣致使密封环磨损、拉伤而失效时，涡轮端或泵轮端会出现“排油”故障。涡轮端“排油”，会使排气管、消声器产生大量油污和积炭，增大排气阻力，降低增压器的转速，使发动机动力下降；泵轮端“排油”，会使发动机进气管道存有大量机油，机油消耗加大，进气阻力增大，发动机动力便下降。（3）增压器振动剧烈且有噪声。其主要原因是由于转子轴严重磨损，使轴承间隙加大产生振动，涡轮与泵轮损坏或沾有油泥使转子动平衡被破坏而产生噪声和振动。若噪声明显表现出是金属摩擦，则是泵轮或涡轮叶片与壳体碰擦。（4）增压器气喘。因进气系统堵塞，如空气滤清器堵塞、进气道油灰沉积等原因，造成发动机增压压力下降且产生较大波动，在增压器泵轮端发出如气喘的异响，伴随发动机工作不稳，动力下降，排气管冒黑烟。（5）增压器增压力下降。进气管道堵塞、轴承与轴磨损、涡轮或泵轮叶片变形或损坏、与壳体摩擦等均会造成增压压力下降。故障检修(1)外观检查观察涡轮与泵轮以外排、进气联接法兰和接头有无裂纹、漏气等现象，特别要观察增压器“排油”现象是否严重。这点在压气机至进气管之间的橡胶管接头上最为明显。若该接头处仅表现为轻微地渗油，仍属正常现象。若此地漏油严重，表明增压器已不能再使用。此外发动机停机后，用听诊器可以听到增压器转子依靠惯性转动的声音，声音若持续1min以上的时间，表明增压器性能良好。(2)压气机泵轮部分检修拆卸压气机与进气管道的连接，观察压气机叶轮和泵壳的摩擦情况、漏油情况以及叶片的损坏情况。若发现叶轮与泵壳有摩擦，而泵壳摩擦部位附着物较坚固，表明泵轮内有损坏；如果发现是外来物损伤了泵轮，或者泵轮轴漏油现象严重，均应对增压器进行维修。(3)旋转组件检修若检查涡轮与泵轮没有明显损坏，用手迅速转动增压器转子，应该旋转自如，无明显的研磨噪声和阻滞现象，否则表明轴已烧损。用千分尺检查转子轴轴向间隙以及涡轮端和泵轮端的径向间隙，其值不得超过标准范围。分解拆装旋转组件时，必须做好压气机叶轮、转子轴及锁紧螺母的相对位置记号。更换压气机叶轮要做动平衡试验。安装涡轮端和泵轮端两密封环时，开口互成180o，相对中间壳进油口成90o。压气机叶轮锁紧螺母要按规定扭矩拧紧。(4)涡轮机涡轮部分检修从涡轮机出气口将排气管道拆除，检查涡轮叶片以及壳体摩擦情况、漏油情况和叶片损坏情况。若发现叶片与壳体有摩擦，而壳体上的附着物坚硬而牢固，可能是涡轮内有损坏，此时必须拆卸修理。若发现积油严重，则应观察该油是从排气系统带来的，还是从涡轮中心排出的，若积油来自轴心且较严重，表明涡轮轴的密封环失效，应对增压器拆检维修。若积油来自排气系统，而叶轮上积油较多，就将涡轮拆卸清洗六、涡轮增压维修实例故障：发动机机油消耗高车型：赛威 故障现象：客户反应说该车烧机油，拔出油尺一看已经到最底刻度线了，由于该车已经行驶了不到4000公里了，可以经行首次保养了，于是建议客户首保后行驶1000公里再到我站检查。行驶1000公里后到我站检查发现确实少了近350毫升机油。检查分析：根据该车的具体结构分析，导致发动机机油消耗高的原因有5个：①气门油封漏油。②活塞与气缸筒密封不严。③曲轴箱强制通风PCV阀故障。④涡轮增压器油封漏油。⑤发动机油底壳衬垫、油封等处泄漏。图1所示：涡轮增压器未漏油该车行驶里程很短，基本全新，外观没有漏油现象，说明所减少的机油是进入气缸内消耗的。经检查排气管无明显蓝烟冒出的现象，然后拆开涡轮增压中冷器的连接管，发现中冷器内壁很干净，根据以往经验，如果涡轮增压器（图1）油封漏油，在中冷器内会积存大量机油，所以该发动机的涡轮增压器油封没有损坏。说明消耗机油的大部分在发动机内被加热而变成了积炭，进而怀疑气门油封泄漏。经拆下4只喷油器用内窥镜观察进气门，发现1缸进气门的背面有很多积炭，由此判断是1缸进气门油封损坏。故障排除：由于该车行驶里程很短，不大可能存在其它损坏，我们决定只更换16只气门油封，并采用了不拆气缸盖换气门油封的方法。于是拆下气门室罩和1－4缸火花塞，将曲轴转动到第1缸压缩行程上止点，拆下进排气凸轮轴，向第1缸内充入压缩空气，更换了第1缸进排气门油封，其它3缸依此类推。更换了全部进排气门油封后，再将车辆交付用户并电话跟踪回访，用户反映该车在2次换机油保养之间未缺机油。七、结束语本文介绍了涡轮增压器故障，现象，探索和研究了增压器的结构原因，通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障原因、解决办法，维修方式，以及如何正确使用、维护汽车涡轮增压器，尽量避免增压器的故障发生，延长使用寿命。对于未来，随着汽车对动力性的需求量逐渐增大，涡轮增压的使用也会越来月频繁，不仅是在货车领域，在小汽车领域的的发展也将成为主流，而正确认识和使用涡轮增压器也将是我们每个人都应该象英语与开车一样被我们所接受。八、致谢衷心感谢宁波交通技工学校和职业技能鉴定中心老师专家能够对本人精心指导，使本人对汽车维修能有一个全新的认识，在此表示诚恳感谢！由于本人水平有限，写作能力不强，如果有不够全面和深入的问题，请老师批评指正。参考文献：《2011凯迪拉克SLS 维修手册》《汽车维修与保养》2007年第一期 主编：黄为《汽车维修技师》2003年3月第一版 主编：丁鸣朝
一、三坐标测量机的产生三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，简称CMM）是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。它的出现，一方面是由于自动机床、数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为三坐标测量机的产生提供了技术基础。1960年，英国FERRANTI公司研制成功世界上第一台三坐标测量机，到20世纪60年代末，已有近十个国家的三十多家公司在生产CMM，不过这一时期的CMM尚处于初级阶段。进入20世纪80年代后，以ZEISS、LEITZ、DEA、LK、三丰、SIP、FERRANTI、MOORE等为代表的众多公司不断推出新产品，使得CMM的发展速度加快。现代CMM不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且可以通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制，并且还可以根据测量数据，实现反求工程。目前，CMM已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。二、三坐标测量机的组成及工作原理（一）CMM的组成三坐标测量机是典型的机电一体化设备，它由机械系统和电子系统两大部分组成。（1）机械系统：一般由三个正交的直线运动轴构成。如图9-1所示结构中，X向导轨系统装在工作台上，移动桥架横梁是Y向导轨系统，Z向导轨系统装在中央滑架内。三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。人工驱动的手轮及机动、数控驱动的电机一般都在各轴附近。用来触测被检测零件表面的测头装在Z轴端部。（2）电子系统：一般由光栅计数系统、测头信号接口和计算机等组成，用于获得被测坐标点数据，并对数据进行处理。（二）CMM的工作原理三坐标测量机是基于坐标测量的通用化数字测量设备。它首先将各被测几何元素的测量转化为对这些几何元素上一些点集坐标位置的测量，在测得这些点的坐标位置后，再根据这些点的空间坐标值，经过数学运算求出其尺寸和形位误差。如图9-2所示，要测量工件上一圆柱孔的直径，可以在垂直于孔轴线的截面I内，触测内孔壁上三个点（点1、2、3），则根据这三点的坐标值就可计算出孔的直径及圆心坐标OI；如果在该截面内触测更多的点（点1，2，…，n，n为测点数），则可根据最小二乘法或最小条件法计算出该截面圆的圆度误差；如果对多个垂直于孔轴线的截面圆（I，II，…，m，m为测量的截面圆数）进行测量，则根据测得点的坐标值可计算出孔的圆柱度误差以及各截面圆的圆心坐标，再根据各圆心坐标值又可计算出孔轴线位置；如果再在孔端面A上触测三点，则可计算出孔轴线对端面的位置度误差。由此可见，CMM的这一工作原理使得其具有很大的通用性与柔性。从原理上说，它可以测量任何工件的任何几何元素的任何参数。三、三坐标测量机的分类（一）按CMM的技术水平分类1．数字显示及打印型这类CMM主要用于几何尺寸测量，可显示并打印出测得点的坐标数据，但要获得所需的几何尺寸形位误差，还需进行人工运算，其技术水平较低，目前已基本被陶汰。2．带有计算机进行数据处理型这类CMM技术水平略高，目前应用较多。其测量仍为手动或机动，但用计算机处理测量数据，可完成诸如工件安装倾斜的自动校正计算、坐标变换、孔心距计算、偏差值计算等数据处理工作。3．计算机数字控制型这类CMM技术水平较高，可像数控机床一样，按照编制好的程序自动测量。（二）按CMM的测量范围分类1．小型坐标测量机这类CMM在其最长一个坐标轴方向（一般为X轴方向）上的测量范围小于500mm，主要用于小型精密模具、工具和刀具等的测量。2．中型坐标测量机这类CMM在其最长一个坐标轴方向上的测量范围为500～2000mm，是应用最多的机型，主要用于箱体、模具类零件的测量。3．大型坐标测量机这类CMM在其最长一个坐标轴方向上的测量范围大于2000mm，主要用于汽车与发动机外壳、航空发动机叶片等大型零件的测量。（三）按CMM的精度分类1．精密型CMM其单轴最大测量不确定度小于1×10－6L（L为最大量程，单位为mm），空间最大测量不确定度小于（2～3）×10－6L，一般放在具有恒温条件的计量室内，用于精密测量。2．中、低精度CMM低精度CMM的单轴最大测量不确定度大体在1×10－4L左右，空间最大测量不确定度为（2～3）×10－4L，中等精度CMM的单轴最大测量不确定度约为1×10－5L，空间最大测量不确定度为（2～3）×10－5L。这类CMM一般放在生产车间内，用于生产过程检测。（四）按CMM的结构形式分类按照结构形式，CMM可分为移动桥式、固定桥式、龙门式、悬臂式、立柱式等，见下节。第二节 三坐标测量机的机械结构一、结构形式三坐标测量机是由三个正交的直线运动轴构成的，这三个坐标轴的相互配置位置（即总体结构形式）对测量机的精度以及对被测工件的适用性影响较大。二、工作台早期的三坐标测量机的工作台一般是由铸铁或铸钢制成的，但近年来，各生产厂家已广泛采用花岗岩来制造工作台，这是因为花岗岩变形小、稳定性好、耐磨损、不生锈，且价格低廉、易于加工。有些测量机装有可升降的工作台，以扩大Z轴的测量范围，还有些测量机备有旋转工作台，以扩大测量功能。三、导轨导轨是测量机的导向装置，直接影响测量机的精度，因而要求其具有较高的直线性精度。在三坐标测量机上使用的导轨有滑动导轨、滚动导轨和气浮导轨，但常用的为滑动导轨和气浮导轨，滚动导轨应用较少，因为滚动导轨的耐磨性较差，刚度也较滑动导轨低。在早期的三坐标测量机中，许多机型采用的是滑动导轨。滑动导轨精度高，承载能力强，但摩擦阻力大，易磨损，低速运行时易产生爬行，也不易在高速下运行，有逐步被气浮导轨取代的趋势。目前，多数三坐标测量机已采用空气静压导轨（又称为气浮导轨、气垫导轨），它具有许多优点，如制造简单、精度高、摩擦力极小、工作平稳等。气浮技术的发展使三坐标测量机在加工周期和精度方面均有很大的突破。目前不少生产厂在寻找高强度轻型材料作为导轨材料，有些生产厂已选用陶瓷或高膜量型的碳素纤维作为移动桥架和横梁上运动部件的材料。另外，为了加速热传导，减少热变形，ZEISS公司采用带涂层的抗时效合金来制造导轨，使其时效变形极小且使其各部分的温度更加趋于均匀一致，从而使整机的测量精度得到了提高，而对环境温度的要求却又可以放宽些。第三节 三坐标测量机的测量系统三坐标测量机的测量系统由标尺系统和测头系统构成，它们是三坐标测量机的关键组成部分，决定着CMM测量精度的高低。一、标尺系统标尺系统是用来度量各轴的坐标数值的，目前三坐标测量机上使用的标尺系统种类很多，它们与在各种机床和仪器上使用的标尺系统大致相同，按其性质可以分为机械式标尺系统（如精密丝杠加微分鼓轮，精密齿条及齿轮，滚动直尺）、光学式标尺系统（如光学读数刻线尺，光学编码器，光栅，激光干涉仪）和电气式标尺系统（如感应同步器，磁栅）。根据对国内外生产CMM所使用的标尺系统的统计分析可知，使用最多的是光栅，其次是感应同步器和光学编码器。有些高精度CMM的标尺系统采用了激光干涉仪。二、测头系统（一）测头三坐标测量机是用测头来拾取信号的，因而测头的性能直接影响测量精度和测量效率，没有先进的测头就无法充分发挥测量机的功能。在三坐标测量机上使用的测头，按结构原理可分为机械式、光学式和电气式等；而按测量方法又可分为接触式和非接触式两类。1．机械接触式测头机械接触式测头为刚性测头，根据其触测部位的形状，可以分为圆锥形测头、圆柱形测头、球形测头、半圆形测头、点测头、V型块测头等（如图9-5所示）。这类测头的形状简单，制造容易，但是测量力的大小取决于操作者的经验和技能，因此测量精度差、效率低。目前除少数手动测量机还采用此种测头外，绝大多数测量机已不再使用这类测头。2．电气接触式测头电气接触式测头目前已为绝大部分坐标测量机所采用，按其工作原理可分为动态测头和静态测头。（1）动态测头测杆安装在芯体上，而芯体则通过三个沿圆周1200分布的钢球安放在三对触点上，当测杆没有受到测量力时，芯体上的钢球与三对触点均保持接触，当测杆的球状端部与工件接触时，不论受到X、Y、Z哪个方向的接触力，至少会引起一个钢球与触点脱离接触，从而引起电路的断开，产生阶跃信号，直接或通过计算机控制采样电路，将沿三个轴方向的坐标数据送至存储器，供数据处理用。可见，测头是在触测工件表面的运动过程中，瞬间进行测量采样的，故称为动态测头，也称为触发式测头。动态测头结构简单、成本低，可用于高速测量，但精度稍低，而且动态测头不能以接触状态停留在工件表面，因而只能对工件表面作离散的逐点测量，不能作连续的扫描测量。目前，绝大多数生产厂选用英国RENISHAW公司生产的触发式测头。（2）静态测头静态测头除具备触发式测头的触发采样功能外，还相当于一台超小型三坐标测量机。测头中有三维几何量传感器，在测头与工件表面接触时，在X、Y、Z三个方向均有相应的位移量输出，从而驱动伺服系统进行自动调整，使测头停在规定的位移量上，在测头接近静止的状态下采集三维坐标数据，故称为静态测头。静态测头沿工件表面移动时，可始终保持接触状态，进行扫描测量，因而也称为扫描测头。其主要特点是精度高，可以作连续扫描，但制造技术难度大，采样速度慢，价格昂贵，适合于高精度测量机使用。目前由LEITZ、ZEISS和KERRY等厂家生产的静态测头均采用电感式位移传感器，此时也将静态测头称为三向电感测头。图9-7为ZEISS公司生产的双片簧层叠式三维电感测头的结构。测头采用三层片簧导轨形式，三个方向共有三层，每层由两个片簧悬吊。转接座17借助两个X向片簧16构成的平行四边形机构可作X向运动。该平行四边形机构固定在由Y向片簧1构成的平行四边形机构的下方，借助片簧1，转接座可作Y向运动。Y向平行四边形机构固定在由Z向片簧3构成的平行四边形机构的下方，依靠它的片簧，转接座可作Z向运动。为了增强片簧的刚度和稳定性，片簧中间为金属夹板。为保证测量灵敏、精确，片簧不能太厚，一般取。由于Z向导轨是水平安装，故用三组弹簧2、14、15加以平衡。可调弹簧14的上方有一螺纹调节机构，通过平衡力调节微电机10转动平衡力调节螺杆11，使平衡力调节螺母套13产生升降来自动调整平衡力的大小。为了减小Z向弹簧片受剪切力而产生变位，设置了弹簧2和15，分别用于平衡测头Y向和X向部件的自重。在每一层导轨中各设置有三个部件：①锁紧机构：如图9-7b所示，在其定位块24上有一凹槽，与锁紧杠杆22上的锁紧钢球23精确配合，以确定导轨的“零位”。在需打开时，可让电机20反转一角度，则此时该向导轨处于自由状态。需锁紧时，再使电机正转一角度即可。②位移传感器：用以测量位移量的大小，如图9-7c所示，在两层导轨上，一面固定磁芯27，另一面固定线圈26和线圈支架25。③阻尼机构：用以减小高分辨率测量时外界振动的影响。如图9-7d所示，在作相对运动的上阻尼支架28和下阻尼支架31上各固定阻尼片29和30，在两阻尼片间形成毛细间隙，中间放入粘性硅油，使两层导轨在运动时，产生阻尼力，避免由于片簧机构过于灵敏而产生振荡。（3）光学测头在多数情况下，光学测头与被测物体没有机械接触，这种非接触式测量具有一些突出优点，主要体现在：1）由于不存在测量力，因而适合于测量各种软的和薄的工件；2）由于是非接触测量，可以对工件表面进行快速扫描测量；3）多数光学测头具有比较大的量程，这是一般接触式测头难以达到的；4）可以探测工件上一般机械测头难以探测到的部位。近年来，光学测头发展较快，目前在坐标测量机上应用的光学测头的种类也较多，如三角法测头、激光聚集测头、光纤测头、体视式三维测头、接触式光栅测头等。下面简要介绍一下三角法测头的工作原理。（二）测头附件为了扩大测头功能、提高测量效率以及探测各种零件的不同部位，常需为测头配置各种附件，如测端、探针、连接器、测头回转附件等。1．测端对于接触式测头，测端是与被测工件表面直接接触的部分。对于不同形状的表面需要采用不同的测端。图9-9为一些常见的测端形状。2．探针探针是指可更换的测杆。在有些情况下，为了便于测量，需选用不同的探针。探针对测量能力和测量精度有较大影响，在选用时应注意：1）在满足测量要求的前提下，探针应尽量短；2）探针直径必须小于测端直径，在不发生干涉条件下，应尽量选大直径探针；3）在需要长探针时，可选用硬质合金探针，以提高刚度。若需要特别长的探针，可选用质量较轻的陶瓷探针。3．连接器为了将探针连接到测头上、测头连接到回转体上或测量机主轴上，需采用各种连接器。常用的有星形探针连接器、连接轴、星形测头座等。4．回转附件对于有些工件表面的检测，比如一些倾斜表面、整体叶轮叶片表面等，仅用与工作台垂直的探针探测将无法完成要求的测量，这时就需要借助一定的回转附件，使探针或整个测头回转一定角度再进行测量，从而扩大测头的功能。常用的回转附件为如图9-11a所示的测头回转体。它可以绕水平轴A和垂直轴B回转，在它的回转机构中有精密的分度机构，其分度原理类似于多齿分度盘。在静盘中有48根沿圆周均匀分布的圆柱，而在动盘中有与之相应的48个钢球，从而可实现以为步距的转位。它绕垂直轴的转动范围为360o，共48个位置，绕水平轴的转动范围为0o～105o，共15个位置。由于在绕水平轴转角为0o（即测头垂直向下）时，绕垂直轴转动不改变测端位置，这样测端在空间一共可有48×14＋1＝673个位置。能使测头改变姿态，以扩展从各个方向接近工件的能力。目前在测量机上使用较多的测头回转体为RENISHAW公司生产的各种测头回转体，第四节 三坐标测量机的控制系统一、控制系统的功能控制系统是三坐标测量机的关键组成部分之一。其主要功能是：读取空间坐标值，控制测量瞄准系统对测头信号进行实时响应与处理，控制机械系统实现测量所必需的运动，实时监控坐标测量机的状态以保障整个系统的安全性与可靠性等。二、控制系统的结构按自动化程度分类，坐标测量机分为手动型、机动型和CNC型。早期的坐标测量机以手动型和机动型为主，其测量是由操作者直接手动或通过操纵杆完成各个点的采样，然后在计算机中进行数据处理。随着计算机技术及数控技术的发展，CNC型控制系统变得日益普及，它是通过程序来控制坐标测量机自动进给和进行数据采样，同时在计算机中完成数据处理。1．手动型与机动型控制系统这类控制系统结构简单，操作方便，价格低廉，在车间中应用较广。这两类坐标测量机的标尺系统通常为光栅，测头一般采用触发式测头。其工作过程是：每当触发式测头接触工件时，测头发出触发信号，通过测头控制接口向CPU发出一个中断信号，CPU则执行相应的中断服务程序，实时地读出计数接口单元的数值，计算出相应的空间长度，形成采样坐标值X、Y和Z，并将其送入采样数据缓冲区，供后续的数据处理使用。2．CNC型控制系统CNC型控制系统的测量进给是计算机控制的。它可以通过程序对测量机各轴的运动进行控制以及对测量机运行状态进行实时监测，从而实现自动测量。另外，它也可以通过操纵杆进行手工测量。CNC型控制系统又可分为集中控制与分布控制两类。（1）集中控制集中控制由一个主CPU实现监测与坐标值的采样，完成主计算机命令的接收、解释与执行、状态信息及数据的回送与实时显示、控制命令的键盘输入及安全监测等任务。它的运动控制是由一个独立模块完成的，该模块是一个相对独立的计算机系统，完成单轴的伺服控制、三轴联动以及运动状态的监测。从功能上看，运动控制CPU既要完成数字调节器的运算，又要进行插补运算，运算量大，其实时性与测量进给速度取决于CPU的速度。（2）分布式控制分布式控制是指系统中使用多个CPU，每个CPU完成特定的控制，同时这些CPU协调工作，共同完成测量任务，因而速度快，提高了控制系统的实时性。另外，分布式控制的特点是多CPU并行处理，由于它是单元式的，故维修方便、便于扩充。如要增加一个转台只需在系统中再扩充一个单轴控制单元，并定义它在总线上的地址和增加相应的软件就可以了。三、测量进给控制手动型以外的坐标测量机是通过操纵杆或CNC程序对伺服电机进行速度控制，以此来控制测头和测量工作台按设定的轨迹作相对运动，从而实现对工件的测量。三坐标测量机的测量进给与数控机床的加工进给基本相同，但其对运动精度、运动平稳性及响应速度的要求更高。三坐标测量机的运动控制包括单轴伺服控制和多轴联动控制。单轴伺服控制较为简单，各轴的运动控制由各自的单轴伺服控制器完成。但当要求测头在三维空间按预定的轨迹相对于工件运动时，则需要CPU控制三轴按一定的算法联动来实现测头的空间运动，这样的控制由上述单轴伺服控制及插补器共同完成。在三坐标测量机控制系统中，插补器由CPU程序控制来实现。根据设定的轨迹，CPU不断地向三轴伺服控制系统提供坐标轴的位置命令，单轴伺服控制系统则不断地跟踪，从而使测头一步一步地从起始点向终点运动。四、控制系统的通信控制系统的通信包括内通信和外通信。内通信是指主计算机与控制系统两者之间相互传送命令、参数、状态与数据等，这些是通过联接主计算机与控制系统的通信总线实现的。外通信则是指当CMM作为FMS系统或CIMS系统中的组成部分时，控制系统与其它设备间的通信。目前用于坐标测量机通信的主要有串行RS－232标准与并行IEEE－488标准。第五节 三坐标测量机的软件系统现代三坐标测量机都配备有计算机，由计算机来采集数据，通过运算输出所需的测量结果。其软件系统功能的强弱直接影响到测量机的功能。因此各坐标测量机生产厂家都非常重视软件系统的研究与开发，在这方面投入的人力和财力的比例在不断增加。下面对在三坐标测量机中使用的软件作简要介绍。一、编程软件为了使三坐标测量机能实现自动测量，需要事前编制好相应的测量程序。而这些测量程序的编制有以下几种方式。（一）图示及窗口编程方式图示及窗口编程是最简单的方式，它是通过图形菜单选择被测元素，建立坐标系，并通过“窗口”提示选择操作过程及输入参数，编制测量程序。该方式仅适用于比较简单的单项几何元素测量的程序编制。（二）自学习编程方式这种编程方式是在CNC测量机上，由操作者引导测量过程，并键入相应指令，直到完成测量，而由计算机自动记录下操作者手动操作的过程及相关信息，并自动生成相应的测量程序，若要重复测量同种零件，只需调用该测量程序，便可自动完成以前记录的全部测量过程。该方式适合于批量检测，也属于比较简单的编程方式。（三）脱机编程这种方式是采用三坐标测量机生产厂家提供的专用测量机语言在其它通用计算机上预先编制好测量程序，它与坐标测量机的开启无关。编制好程序后再到测量机上试运行，若发现错误则进行修改。其优点是能解决很复杂的测量工作，缺点是容易出错。（四）自动编程在计算机集成制造系统中，通常由CAD/CAM系统自动生成测量程序。三坐标测量机一方面读取由CAD系统生成的设计图纸数据文件，自动构造虚拟工件，另一方面接受由CAM加工出的实际工件，并根据虚拟工件自动生成测量路径，实现无人自动测量。这一过程中的测量程序是完全由系统自动生成的。二、测量软件包测量软件包可含有许多种类的数据处理程序，以满足各种工程需要。一般将三坐标测量机的测量软件包分为通用测量软件包和专用测量软件包。通用测量软件包主要是指针对点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球等基本几何元素及其形位误差、相互关系进行测量的软件包。通常各三坐标测量机都配置有这类软件包。专用测量软件包是指坐标测量机生产厂家为了提高对一些特定测量对象进行测量的测量效率和测量精度而开发的各类测量软件包。如有不少三坐标测量机配备有针对齿轮、凸轮与凸轮轴、螺纹、曲线、曲面等常见零件和表面测量的专用测量软件包。在有的测量机中，还配备有测量汽车车身、发动机叶片等零件的专用测量软件包。三、系统调试软件用于调试测量机及其控制系统，一般具有以下软件。（1）自检及故障分析软件包：用于检查系统故障并自动显示故障类别；（2）误差补偿软件包：用于对三坐标测量机的几何误差进行检测，在三坐标测量机工作时，按检测结果对测量机误差进行修正；（3）系统参数识别及控制参数优化软件包：用于CMM控制系统的总调试，并生成具有优化参数的用户运行文件；（4）精度测试及验收测量软件包：用于按验收标准测量检具。四、系统工作软件测量软件系统必须配置一些属于协调和辅助性质的工作软件，其中有些是必备的，有些用于扩充功能。（1）测头管理软件：用于测头校准、测头旋转控制等；（2）数控运行软件：用于测头运动控制；（3）系统监控软件：用于对系统进行监控（如监控电源、气源等）；（4）编译系统软件：用此程序编译，生成运行目标码；（5）DMIS接口软件：用于翻译DMIS格式文件；（6）数据文件管理软件：用于各类文件管理；（7）联网通讯软件：用于与其他计算机实现双向或单向通讯。
作为航空发动机和地面燃气轮机等的核心主承力部件，高温合金叶片需要具有高强度、高韧性、抗腐蚀、抗疲劳和抗冲击的优良性能，因为其形状复杂、质量要求高、制造难度极大，被称为制造技术的“皇冠上的明珠”。长久以来，该项技术一直由国外发达国家垄断，中国从上世纪60年代开始进行研发，始终进步较慢。近年来，上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室联合中国航发北京航空材料研究院、华中科技大学、上海交通大学、上海电气中央研究院科研人员组成的科研团队，在国家“两机”重大专项（航空发动机和燃气轮机重大专项）和中航发商用航空发动机公司的支持下，终于在这个领域实现了巨大突破，打造出了“中国产”飞机发动机双层壁超冷单晶叶片，达到了发达国家同等技术水平，完成了“并跑”的目标。日前，记者采访了上海大学高品质特殊钢冶金与制备省部共建国家重点实验室主任任忠鸣教授。这是一个重大的使命40多年来，任忠鸣一直在冶金领域默默奋斗。2005年，国家启动大飞机重大专项后，任忠鸣团队瞄准“飞机发动机叶片”制造这一技术难题，在科研工作中先后攻克了F级燃气轮机用空心单晶叶片制备、CJ1000航空发动机用非轴对称双联单晶空心静子叶片制备及其一系列涡轴、涡扇发动机用定向、单晶叶片制备技术。自2013年起，任忠鸣团队与中国航空发动机集团公司上海商用发动机公司联合开展单晶双层壁叶片的制备研究，解决了复杂陶瓷型芯整体制造、双层壁单晶叶片定向凝固和叶片质量检测等技术难题。最终，任忠鸣团队实现了飞机发动机叶片自主制造的重大突破，令人欢欣鼓舞。高温合金是最复杂的合金材料耐热1500度的性能优良合金材料究竟是如何打造的呢？从20世纪30年代后期起，英、德、美等国就开始研究高温合金，这种材料一般是指以铁、镍、钴为基的合金。任忠鸣告诉记者，高温合金是人类有史以来打造的最复杂的合金材料，其中包含了20多种合金元素，还要精准控制含量。高温合金材料的打造也不是一蹴而就的，需要通过3个步骤才能实现。任忠鸣说：“第一步是冶炼铸造过程，这涉及到凝固结晶的控制技术，在钢铁的精炼过程中，我们积累了大量的经验；但目前最优质的配方，也只能达到1150度的熔点温度。第二步是要给材料穿上隔热‘衣服’，也就是热障涂层，这些涂层往往就是陶瓷材料，陶瓷材料虽然可以耐高温；但是比较薄，又比较脆，如果用传统工艺容易产生脱落，目前采用比较多的方法是火焰喷涂、等离子喷涂，电子束喷涂等方法，使得陶瓷和金属之间的连接更加牢固，这样的组合又可以将熔点增加100度。最后一个步骤是冷却，鲜为人知的是发动机叶片内部是空心的，我们采用叶片内部吹气冷却的方法，提高其耐热温度，这些气体通过外部的轴和孔道进入，经过这道工序叶片的耐热温度又增加了250度。” 今天，“中国造”的飞机发动机叶片已经取得部分突破，在军事飞机上应用，实现了发动机叶片的国产化。这个领域不可能弯道超车但技术要运用在民用飞机上，还有很长的路要走。任忠鸣说，因为民用飞机涉及商业化，会牵涉知识产权问题和成本问题，中国人必须要另辟蹊径，打造自主知识产权的技术，而且这种技术必须要考虑到未来商业化的成本问题。另外，西方发达国家还在不断自我超越，美国科学家目前已经把飞机发动机叶片的耐温能力提高到了1900度。我们与他们之间又有了新的差距。2015年4月23日，上海材料基因组工程研究院在上海大学揭牌。任忠鸣说，我们希望通过材料基因组计划来加快高温合金的研发进程，找到更加耐高温的材料，之前我们进行合金实验基本用的是“炒菜”的方法，不断试错。现在数据模型的方法已经在催化剂和功能材料的配比上取得了一些突破，下一步我们也将寻求定量的计算方法去改进高温合金的配比。而用磁场改变合金内部的均匀性问题，是任忠鸣团队打造高性能耐高温合金的另一条路径。“这个科学原理在炼钢过程中取得了很大成功，我们希望在飞机发动机叶片的打造中，它也能显示出奇效。”任忠鸣坦言，材料研究和其他科学研究还是有不同之处，它需要很长时间的实验。比如，日本科研机构做飞机发动机叶片材料的拉伸性能研究，在这种材料上加载荷，保持5年、10年、20年，记录这些金属蠕变的特性和规律，然后再用于设计和制造中。这些基础研究也是我们必须要做的，需要大量科学家协同努力，不断积累原始数据。“弯道超车在飞机发动机叶片的研发上是不可能的，我们需要的还是踏实的工作和不断探索，加倍努力，希望在不远的将来能够交出一份令全国人民满意的答卷。”任忠鸣说。
数控加工毕业论文 1 水泵特点及叶片加工要求 太浦河泵站的设计净扬程为，单泵流量50m3/s，装有6台斜150轴伸泵，叶轮直径，是国内最大的斜轴伸式水泵。由于该水泵的扬程特低、流量很大，要求水泵装置具有很高的水力效率和良好的汽蚀性能。叶片是水泵的最重要部件，它直接和决定水泵的能量指标、汽蚀性能、水压脉动和泵组的运行振动。通过国际招标，水泵由无锡水泵厂制造。该厂采用数控机床对叶片进行加工，以保证原型水泵与模型水泵有很好的水力相似，叶片各方面的技术指标可以达到或超过招标文件规定的各项技术要求。 2 水泵叶片技术要求 叶片材料 水泵叶片材料采用ZG0Cr13Ni4Mo。其化学成分见表1，物理指标见表2。 表1 ZG0Cr13Ni4Mo材料化学成分 化学成分 C Si Mn S Cr Ni Mo 含量（%） ≤ ≤ ≤ ≤ 5～ ～ ～ 表2 ZG0Cr13Ni4Mo材料物理指标 物理指标 σb σs δ ψ HB 数值 760Mpa 550MPa 15% 35% ≥240 该材料的特性是抗汽蚀性能好，可焊性好，硬度较高，耐磨损，在水轮机和水泵制造中较常使用。 叶片加工技术要求 太浦河水泵的设备招标文件编制时，兼顾了叶片常规加工和数控机床加工的两种要求。招标文件规定：叶片型线允许偏差不超过±（D为叶轮直径m），叶片厚度的允许偏差为-3%T～+6%T（T为叶片厚度）。叶片正背面的波浪度应低于2/100，在进水口等容易产生汽蚀的部位叶片波浪度应小于1/100。叶轮叶片安放角最大偏差不大于±15/。叶片表面粗糙度不得大于μm。 3 叶片加工方式 轴流式水泵的叶片加工一般采用两种方式：一种是叶片表面手工打磨的常规加工方式，另一种是数控机床加工方式。 常规加工方式 常规加工方式工艺较简单，费用低，轴流式水泵叶片基本采用常规加工。其主要工艺过程如下： a：叶片固溶处理（不锈钢） b：叶片表面随形磨、打磨 c：按叶片坐标，三坐标工具检测坐标、划中心孔位置线及零度位置线 d：钻两端中心孔 e：粗加工叶片柄部 f：探伤检查 g：精加工叶片柄部 h：钻定位孔或铣键槽 I：叶片称重分组和转子体装配 j：加工叶片外球形 k：校静平衡 常规加工的叶片表面有两种处理方式。对小型水泵，叶片铸造时表面不留加工余量，叶片精度主要由木模和铸造精度来保证，变形量比较大，叶片表面极个别处（约1～2处）最大变形可达到5～6-12mm（根据叶片大小和叶型厚度）。对大型或重要的水泵，叶片铸造时表面留3～4mm加工余量，在探伤检查后，叶片表面多次采用坐标检测和打点，对其用砂轮进行手工表面打磨，重新划叶片零度线，以达到设计要求。叶片表面的精度主要由操作工及测量手段保证，一般能达到，有一定的误差。该采用坐标投影测量（游标精度、实测精度≤）。 数控机床加工 叶片采用数控机床加工是一种最先进的加工方式，虽然它的加工费用较高，但对于大型水泵河特殊要求的水泵，可以保证原型叶片的型线、表面粗糙度和精度、各叶片重量具有很高的一致性。数控机床加工主要工艺过程如下： a：叶片固溶处理（不锈钢） b：叶片表面随形磨、打磨 c：按叶片坐标，坐标投影检测坐标、划中心孔位置线及零度位置线 d：钻两端中心孔 e：粗加工叶片柄部 f：叶片坐标检测、记录、重新划叶片零度线 g：探伤检查 h：精加工叶片柄部 I：钻定位孔或铣键槽 j：叶片坐标检测、记录 k：叶片表面数控加工 l：叶片称重分组和转子体装配 m：加工叶片外球形 n：校静平衡 与常规叶片加工方式相比，数控机床加工方式增加了叶片表面坐标检测和数控加工的工艺流程。 数控机床有三轴、四轴、五轴几种形式。三轴数控机床仅有X、Y、Z三个坐标，铣刀位置不调整，宜加工一般要求的工件。四轴和五轴数控机床除有X、Y、Z三个坐标外，还有刀头旋转的坐标，可以调整加工误差，工件加工精度很高。数控机床在加工上又有轴、三轴联动、四轴联动、五轴联动的不同加工。运转速度上又可分为传统的低速铣床和的高速铣床。数控机床配置有CAD/CAM/CAE软件，可以按设计的曲面型线，仿型加工。数控加工采用不同的加工方式和加工工艺，其达到的精度、效果也不相同。 两种加工方式比较 虽然传统的低速铣床也可加工叶片的曲面，但难以控制叶片的型线，尤其在叶片比较薄的地方，传统的低速铣床在切削力的作用下，产生振动和弹性退让，降低了加工精度。一般传统三轴铣床加工表面粗糙较差和存在着加工死角，通常在工艺上还要进行大量的表面打磨。数控机床将叶片型线输入控制箱内，可以随意控制和调整铣刀的加工，用直线、圆弧命令逼近零件，控制刀位轨迹使叶片表面的实际曲线与设计的曲线完全一致，精加工后的叶片表面不用打磨，便达到设计要求。 数控机床加工的叶片型线和精度，根据编制的设计程序控制加工，可以不再对叶片表面进行检测。数控机床的精度由有关部门按规定期限定期进行检验，所以它的可靠性和精度远高于常规叶片加工后的检测方式。 4 太浦河水泵叶片加工 太浦河泵站斜150轴伸泵叶轮直径米，每个叶轮有三个叶片，每个叶片重～，共18个叶片。为保证水泵叶片的加工质量，无锡水泵厂选择了富春江水工机械厂的五轴联动数控机床，它的加工效果非常好。 数控机床加工的太浦河水泵叶片，叶片加工精度实测数值： 叶片正面波浪度～，集中区域～，并均匀分布。 叶片背面波浪度～，其中≤1/100的区域占总面积的。 叶片表面粗糙度～μm，集中分布区域～μm。 实测2502个点坐标，其坐标误差-3～+4mm，绝对值≤3mm的占。 按要求每个叶片重量误差≤39kg。实测18个叶片，重量误差0～35kg，其中≤25kg的占，≤10kg的占50%。 坐标误差即为叶片允许误差，叶轮直径，允许误差为±。 5 数控机床加工的性 数控机床的价格比较贵，所以加工的费用比常规加工的要高。加工费用由机床折旧费、日常维护费、操作人员和管理人员费、加工中的正常损耗如刀具、电、气、冷却液等费用构成。最简单的方法是单位工时价格×工时数。工时包括软件计算工时和装夹、换刀等工时。确定数控加工的方法非常丰富，从轴至5轴联动，速度从低速至高速、工艺变化很多，刀位轨迹变化多，为有良好的经济性，应根据不同加工件的产品质量要求，选定最优数控加工程序和经济的加工方法。 比如，加工余量的确定是为了保证叶片能加工出来，应根据叶片大小、厚度，选择合适的叶片单面加工余量，太浦河水泵叶片的尺寸可放5～13mm余量；叶片根部、进出口边圆角等处可考虑以磨代铣降低费用。为了经济、高效又高精度的加工叶片，加工精度可通过人机交互设定。粗加工时三轴联动重切削加工去除大量表面余量，精加工时采用五轴联动高速加工，消除加工死角及薄壁处的振动和弹性退让，表面加工后不用打磨。在运行软件上可以首先用CAD三维设计、造型叶片，修改叶片表面缺陷，对表面光滑处理。然后用CAM灵活设计加工方法、确定加工参数、刀具等，进行刀轨的校核、编辑、优化、模拟仿真以获得最佳加工刀位轨迹，通过后处理程序生成加工程序。 太浦河水泵的叶轮直径，每个叶片重，由于委托外厂数控机床加工，每个叶片费用近8万元。0Cr13Ni4Mo的材料比较硬，如叶片铸造余量留得比较大，将增加数控机床的加工量和加工工时数。控制叶片的铸造质量，可以控制加工费用。 6 结束语 太浦河水泵叶片采用数控机床加工，叶片表面取得了很高的加工精度，保证了产品质量。随着我国经济实力的增加和机械加工的进步，水轮机制造厂已普遍使用数控机床，使水轮机叶片的加工水平大大提高，这也是水泵行业方向。 工程建设单位和设计单位，应该根据工程的重要性和特殊性，对水泵叶片的加工提出明确要求。对重点工程和特殊要求的水泵，采用数控机床加工水泵叶片。 对本答案还满意，请采纳！谢谢！！！
三坐标测量仪的介绍：三坐标测量仪是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量机或三坐标量床。三坐标测量仪又可定义“一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传递讯号，三个轴的位移测量系统（如光栅尺）经数据处理器或计算机等计算出工件的各点（x，y，z）及各项功能测量的仪器”。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。三坐标测量仪工作原理：测量机的采点发讯装置是测头，在沿X，Y，Z三个轴的方向装有光栅尺和读数头。其测量过程就是当测头接触工件并发出采点信号时，由控制系统去采集当前机床三轴坐标相对于机床原点的坐标值，再由计算机系统对数据进行处理。 以上只是理论知识，三坐标的实际应用可查找看：太友科技三次元测量仪解决方案：
亲 ~~ 过来人，理解你的心情。 其实，原创的论文网上没有免费为你dai写的！网上形同陌路的。有谁愿意花时间给你写呢？难道你在空闲的时间原以为别人提供这种不能给你带来价值的服务嘛？从网上寻求帮助，即便是有好心人给你发来一片，不是原创也是枉然呀。 所以，还不如自己查找资料自己写。花一些时间我相信你能成功的。还有就是网上混杂，万一碰到dai写人的，还要你花钱损失就大了。 亲 ~~~你说是不是吧！ ================【写作参考资料可以从这里找】====================== CNKI数据库也好、万方数据也好都有大量的原创论文供你参考的。 中国科技期刊数据库，它收录了近千种中文期刊和报纸以及外文期刊。 学校都有接口下载的，真没有免费的下载接口，到百度知道悬赏求助下载！ 如果外文的你看不懂，不要紧直接找【谷歌学术】，相当好的、 网络之大，资源之强，相信任何语言的搜索都不在话下的。 如果要翻译，可以直接谷歌翻译一下，自己把语句梳理通顺就可以了！========================【写作方法】============================= 写作论文的简单方法，先要围绕着论题去占有和选择材料。然后在网上查找几份类似的文章。 通读一些相关资料，对这方面的内容有个大概的了解！看看别人都从哪些方面写这个东西！ 参照你们学校的论文的格式，列出提纲，接着要将提纲给你们老师看看，再修改。等老师同意你这个提纲之后，你就可以补充内容！ 也可以把这几份论文综合一下，从每篇论文上复制一部分，组成一篇新的文章！然后把按自己的语言把每一部分换下句式或词，经过换词不换意的办法处理后,网上就查不到了！ 最后，到万方等数据库进行检测，这里便宜啊，每一万字才1块钱，将扫红部分进行再次修改！~~ 你还感觉很难吗？ ~~ 嘻嘻 。。。 ~~ 希望能帮到你。
轮机工程技术论文范文篇二 燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析 摘要： 燃气轮机是21世纪乃至更长时间内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备.介绍了燃气轮机的发展现状及其在热电联产工程中的应用，简述了联合循环和简单循环燃气轮机电厂的基本组合方式，并列举了目前应用在热电联产工程中的几种主要的燃气轮机.阐述了燃气轮机相对于常规火电机组的优点，分析了影响燃气轮机在热电联产工程中推广的因素，并对我国燃气轮机的发展前景进行了展望. 关键词： 燃气轮机; 联合循环电厂; 热电联产 中图分类号： TK 479文献标志码： A Analysis of the application of gas turbines in heat and power cogeneration projects SUN Peifeng， JIANG Zhiqiang (1. China United Engineering Corporation， Hangzhou 310022， China; 2. China Huadian Corporation， Beijing 100031， China) Abstract： The gas turbine is the core equipment of highefficiency clean energy systems in the 21st century and even longer period of time. The current situation of gas turbine development and its application in heat and power cogeneration projects were showed in this paper. Two types of application of gas turbines in heat and power cogeneration projects were briefly introduced， namely， the simple cycle gas turbine power plant and the combined cycle power plant， and gas turbines widely used at present in heat and power cogeneration plants were enumerated. The advantages of the gas turbine plant compared with conventional coalfired power units were described and factors which could influence the application of the gas turbine were analyzed. In addition， the prospects for the development of gas turbines in China were evaluated. Key words： gas turbine; combined cycle power plant; heat and power cogeneration 燃气轮机由压气机、燃烧室、透平、控制系统和辅助设备组成.燃气轮机的设计是基于布莱顿循环.压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气送入燃烧室，与喷入的天然气混合，并点火燃烧;燃烧后产生的高温烟气随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平带动压气机叶轮一起旋转.加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因此，透平在带动压气机的同时，还有余功作为燃气轮机的输出功输出. 由于燃气轮机的工质是高温烟气而不是水蒸气，故可省去锅炉、冷凝器、给水处理等大型设备.因此，燃气轮机电厂附属设备较少，系统简单，占地面积较少. 燃气轮机可分为重型燃气轮机、工业型燃气轮机和航改型燃气轮机三类.重型燃气轮机的零件较为厚重，大修周期长，寿命可在10万h以上，主要用于满足城市公用电网需求，例如日立的H25和H80系列燃气轮机、通用电气的F级燃气轮机、西门子的SGT-8000系列燃气轮机、三菱的M701系列燃气轮机和阿尔斯通的GT系列重型燃气轮机等.工业型燃气轮机的结构紧凑，所用材料一般较好，燃气轮机的效率较高，例如索拉的T130燃气轮机和西门子SGT-800燃气轮机，常用于热电联产工程.航改型燃气轮机是由航空发动机改装而成的燃气轮机，在航空领域运用较多，但也有应用于发电及相关工业领域，例如通用电气的 LM 系列航改型燃气轮机等.航改型燃气轮机的结构最紧凑，最轻巧，效率最高，但寿命较短[1-2]. 燃气轮机自上世纪30年代诞生以来发展迅速.当今国际上最新型的G型燃气轮机和H型燃气轮机，单机功率已达到292～334 MW，发电热效率已达到.其中，由G型燃气轮机组成的联合循环单机功率可达489 MW，发电热效率可达;由H型燃气轮机组成的联合循环机组的发电热效率可达60%[3-5].H型燃气轮机组成的联合循环机组是目前已掌握的热-功循环效率最高的大规模商业化发电方式.不仅如此，燃气轮机与以煤为燃料的蒸汽轮机相比，它具有重量轻、体积小、效率高、污染少、启停灵活等优点.燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速启动，机动性好.在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用电源，还能携带中间负荷，能较好地保障电网的安全运行，所以得到广泛应用[6]. 国内外科技界与产业界已经认识到燃气轮机将是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备. 1燃气轮机在热电联产工程中的应用方式 燃气轮机在热电联产工程中的应用形式主要有两种：一种是燃气轮机联合循环热电厂;另一种是燃气轮机简单循环热电厂. 燃气轮机联合循环热电厂由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机(背压式、抽背式或者抽凝式)和发电机共同组成.燃气轮机排出的做功后的高温烟气通过余热锅炉回收烟气中的热量而得到高温水蒸气，水蒸气注入蒸汽轮机发电.蒸汽轮机的排汽或者部分在蒸汽轮机中做功后的抽汽用于供热，形式有：燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环;燃气轮机、蒸汽轮机推动各自的发电机的多轴联合循环.单轴的燃气轮机联合循环电厂规模较大，例如通用电气的9F系列机组.而多轴的联合循环机组常见于中小型的燃气轮机联合循环电厂.因此，对于电厂规模相对较小的热电联产工程来说，常选择多轴的燃气轮机联合循环机组. 燃气轮机简单循环热电厂由燃气轮机和余热锅炉组成.该类型燃气轮机热电厂不配置蒸汽轮机，通过余热锅炉直接对外供热.因此该类型燃气轮机热电厂发电热效率相对联合循环燃气轮机热电厂较低，约为30%～35%之间;热电比和供热成本的指标方面，简单循环燃气轮机热电厂也低于联合循环燃气轮机热电厂[7]. 由此可见，燃气轮机联合循环可大大提高发电厂整体发电热效率.即使只有燃气轮机和余热锅炉组成的不配置蒸汽轮机的简单循环燃气轮机发电厂，其发电效率也高于常规的小型燃煤热电厂. 2热电联产工程中燃气轮机机型选择 热电联产工程遵循“以热定电”原则，首先满足外界对蒸汽负荷的需求，一般对发电量的需求相对较少.因此，对于热电联产工程来说，大功率的重型燃气轮机使用相对较少，常配置一些中小型的燃气轮机. 世界主要的中小型燃气轮机有：索拉的T130燃气轮机;日立的H25和H80燃气轮机;通用电气的6F和LM系列的航改型燃气轮机;西门子的SGT-800燃气轮机.各机型的主要技术参数如表1(见下页)所示(表中数据来自各个燃气轮机厂家产品宣传手册，且会因计算的天然气热值等参数变化而发生微小的变化). 表1各中小型燃气轮机相关性能参数 Performance parameters of some gas turbines 表1中，H25，H80 和6F为重型燃气轮机;SGT-800和T130为工业型燃气轮机;LM6000为航改型燃气轮机.从表1可知，工业型和航改型燃气轮机单机发电热效率相对重型燃气轮机的单机发电效率明显更高，但燃气轮机的排烟温度相对较低.由于排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较少，因此对于整个联合循环热电厂，工业型和航改型燃气轮机联合循环热电厂的整体发电热效率反而低些[8-9].简单循环的燃气轮机热电厂若选择工业型燃气轮机及航改型燃气轮机，其热电厂发电热效率会较高. 对于配置蒸汽轮机的燃气轮机联合循环，重型燃气轮机因其排烟温度较工业型燃气轮机和航改型燃气轮机高，排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较多，余热锅炉产出的供蒸汽轮机发电用的高温高压的蒸汽也更多.因此，重型燃气轮机联合循环整体发电热效率比工业型燃气轮机和航改型燃气轮机联合循环的发电热效率高.燃气轮机联合循环热电厂中大多选择重型燃气轮机. 从能量的充分利用和逐级利用角度讲，相比于燃气轮机简单循环热电厂，燃气轮机联合循环热电厂更具有优势.目前我国燃气轮机热电联产工程中，大多选择重型燃气轮机组成的联合循环燃气轮机热电厂，如浙江省的某热电厂，采用6F级燃气轮机匹配余热锅炉和蒸汽轮机组成燃气轮机联合循环机组对外供热供电，燃气轮机联合循环热电厂整体发电热效率约60%. 但是对于某些对占地面积有严格要求的场合，如海上油气平台井等，一般可选择结构紧凑、效率高的工业型燃气轮机或者航改型燃气轮机机. 具体燃气轮机机型的选择可根据各工程的实际情况进行分析、计算、确定，如热电厂的对外供热参数和供热量、装机容量、机组数量、占地面积、整体热效率等. 3燃气轮机联合循环热电联产工程相对于常规火力发电热电联产的优势[10] 相对于常规燃煤的小型火力发电的热电联产电厂，燃气轮机联合循环热电厂的优势主要有： (1) 高效：燃气轮机联合循环的发电热效率已经达到甚至突破60%，这是一般常规火电机组无法比拟的，甚至高于目前最先进的超超临界机组而稳居各类火电机组之首. (2) 单位造价低：燃气轮机联合循环机组单位容量造价约400美元·kW-1，而常规火电机组造价为600～1 000美元·kW-1;若我国国产燃气轮机的制造加工水平进一步提升，燃气轮机联合循环机组单位容量造价还有非常大的下降空间. (3) 低排放：燃气轮机联合循环不排放SO2以及飞灰和灰渣;NOx的排放量也非常低，一般都可以达到 mg·m-3以下，甚至可以根据需要达到小于 mg·m-3的水平，CO2的排放量可以做到 mg·m-3;环保性能居于现有各种火电机组之上. (4) 节水：燃气轮机联合循环机组以燃气轮机发电为主，燃气轮机发电机功率占总容量的70%，联合循环机组所需用水量约为常规燃煤机组的1/3.这在某些缺水的地区显得尤为重要.若选择燃气轮机和余热锅炉配置的简单循环，整个电厂对机组冷却水量的需求相对于常规火电厂的冷却水量更是大幅度减少. (5) 省地：燃气轮机联合循环机组因附属设备较少，无需储煤场、输煤设施，占地面积仅为加脱硫装置的常规火电厂的1/3.这在城市边缘及城区的供热电厂显得尤为重要. (6) 建设工期短：燃气轮机联合循环机组最适合模块化设计，燃气轮机各部件模块可工厂化生产，运至现场吊装，因而大大缩短了燃气轮机电厂的建设工期. (7) 调峰性能好：通过余热锅炉的旁路烟囱，不运行蒸汽轮机及发电机组的情况下，一般在20 min 内就能达到燃气轮机及发电机组的100%负荷，而燃气轮机及其发电机组负荷占整个燃气轮机联合循环电厂额定负荷的70%左右，这保证了燃气轮机联合循环的良好调控性能，实现机组的日启夜停和调峰功能. (8) 操作运行和维护人员少：因为燃气轮机联合循环电厂自动化程度高，采用先进的控制系统，电厂对员工数量的需求大幅下降.一般情况下占同容量常规燃煤电厂人员的20%～25%就足够了. 4影响燃气轮机在热电联产工程中推广的主要因素 燃气轮机联合循环电厂在国外已经得到了普遍发展，近几年已占据美国电力市场的重要地位，欧洲的燃气轮机联合循环电厂也获得了长足的发展.目前我国燃气轮机联合循环电厂能否获得大力推广和发展，主要受制于如下三个因素： (1) 我国能提供多少天然气资源供燃气轮机发电工业使用;当前国内已有部分燃气轮机联合循环电厂因受制于燃料供应，每年运行的时间远远少于常规燃煤机组. 2012年，随着“西气东输”二线最后几条干线的建成投产，整个输气管道实现每年输气300亿m3.未来中国甚至有可能规划修建“四线”或者“五线”，进一步便于西部地区的天然气输送到东部地区开发利用. 另外，海上(东海、南海)天然气的开发、沿海港口城市液化天然气(LNG)的进口，也为联合循环发电扩充了气源供应条件.国内已经探明了华北、东北、西北三大煤层气资源储量，并将逐步开采. 随着天然气来源渠道的扩大，燃气轮机联合循环电厂的应用范围将大大突破西气东输管网和海上天然气所能影响的地区. (2) 如何合理确定天然气价格，使燃气轮机联合循环发电成本能够与严重污染的以煤为燃料的常规火电相竞争. 必须指出，天然气的价格对燃气轮机及联合循环的运行成本有着决定性的影响.在燃气轮机三项发电成本的组成中(设备折旧成本、机组运行维护成本、燃料成本)，燃料成本的比例高达60%～65%，即使在天然气的产地，运输过程费用大为降低，天然气价格相对东南沿海地区更加便宜，其成本占燃气轮机发电成本的比例仍然是非常高的[4].在天然气价格居高不下的今天，燃料成本高已经成为制约燃气轮机发电大力推广的一个关键性因素. 当前，作为工业企业及城市基础设施的重要组成部分的许多中小型燃煤热电厂，通常地处城市之中或者城市郊区，因此不可避免地会对当地大气环境质量产生很大影响.中小型燃煤热电厂改造为燃气轮机联合循环热电厂，对当地环境质量的改善效果非常明显，也最容易得到人民群众的接受和支持. 热电厂的燃料从煤炭改造为天然气，虽然合理调整了能源结构，提高了能源利用效率，减少了煤炭运输环节的损失和浪费，但是对燃气轮机联合循环热电厂来说，燃料成本必然要增加，能源代价必然会提高，因此争取群众和企业的理解和参与，合理分担部分天然气成本因素，是解决天然气市场和成本关系的一条合理途径. 政府在制定燃气轮机联合循环热电厂上网电价和外供蒸汽价格时，应考虑到燃气轮机的环境效益，适当提高上网电价和外供蒸汽价格，这也是对天然气成本过高的一种消化. (3) 从长远的角度看，我国燃气轮机整体行业水平的提高是决定我国燃气轮机及联合循环电厂能否大力推广的一个重要因素. 燃气轮机的发展水平代表着一个国家的重大装备制造业的总体水平.当前我国的燃气轮机技术水平与世界先进水平之间的差距还很大，燃气轮机的核心部件依赖于进口，燃气轮机的每次大修花费很大.若某些燃气轮机的大修只能运回美国等发达国家进行，则其费用更大. 近年来，为了推动燃气轮机工业的发展，按照“市场换技术”的原则，我国对规划批量建设的燃气轮机发电站工程项目采取“打捆”式招标采购模式，由国外先进燃气轮机制造企业与国内制造企业相互结合组成联合体，进行燃气轮机联合循环电站工程项目的竞争投标，以吸收和引进国外先进技术.在这一过程中，我国同时引进了世界三大动力集团(通用电气、西门子、三菱)的F级重型燃气轮机.在实现燃气轮机设备制造本土化和国产燃气轮机技术开发方面都取得了良好的成果.在吸收和引进国外先进燃气轮机技术的基础上，逐步实现了燃气轮机联合循环电站设备研发和制造的国产化、本地化和知识产权自主化[11-12]. 2008年，我国具有完全自主知识产权的110 MW级R0110燃气轮机进行了点火及实验验证，其性能已经接近于目前国际上先进的F级燃气轮机，对我国的燃气轮机设计、制造和加工的整体水平是一个巨大的提升[13-14]. 目前，我国燃气轮机技术水平与国际先进水平之间的差距正在不断缩小，我国的燃气轮机自主研发、生产制造等方面取得了重大进展.2012年9月12日，上海市科委重大专项课题“高温合金叶片制造技术研究”通过专家验收，这标志着我国在燃气轮机核心部件国产化、自主化生产的道路上迈出了坚实的一步. 从制约燃气轮机联合循环电厂发展的三个因素及我国目前的相应情况可知，我国大力发展燃气轮机联合循环的条件已经具备，燃气轮机联合循环电厂的快速发展在近期将成为可能. 5总结 实现节能减排，提高能源利用率是我国能源结构调整的目标.随着我国天然气资源的开发、利用及液化天然气资源的引进，我国燃气轮机联合循环机组将不断增加.燃气轮机联合循环以其高效、清洁和灵活的特点，必将成为我国未来大力发展的电厂类型. 目前可用于热电联产的中小型燃气轮机容量和整个热电厂供热能力与我国广泛使用的蒸汽轮机热电机组的规格十分接近，因而可在不改变外部系统，不增加发电容量和不间断供热、发电的前提下，以较短的时间、较低的投资和较合理的电、热成本实现对热电厂以气代煤的改造.这也是燃气轮机联合循环热电厂可获得大力推广的现实条件. 总之，燃气轮机联合循环机组在我国电力工业中的作用将逐渐增强，发展燃气轮机联合循环热电厂任重而道远，但是前景是非常光明的. 参考文献： [1]李孝堂.燃气轮机的发展及中国的困局[J]，航空发动机，2011，37(3)：1-7. 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机械工程技术作为工业领域中不可缺少的生产手段,其有着举足轻重的作用,而且其还是提升国家经济水平的重要工具。下文是我为大家蒐集整理的的内容，欢迎大家阅读参考! 篇1 浅谈机械装置自动化技术 摘要：机械装置在工业生产中占有很重要的地位，特别是难度高、危险、工作量大的工程都是需要机械装置的使用。文章首先对机械装置自动化技术进行了简单的概述，之后着重分析了其实践应用。 关键字：机械装置;自动化技术;实践运用 在工业经济的大背景下，自动化技术一直处于不断发展之中，自动化至今为止并没有一个准确的定义，因为其在相关技术的支援下不断革新，当前的自动化技术主要将计算机技术和人工智慧技术作为基础，通过计算机程式来模拟人的思维，用机械装置代替人类进行各项活动，当前机械装置自动化技术已经被广泛应用于各个领域中。 1机械装置自动化技术概述 总结来说机械装置自动化技术具备以下优点：首先，能够节省大量人力，机械装置自动化被应用以后，很多产业真正实现了批量生产，一个机床甚至一个车间只需要一个操控人员，生产效率大大提升;其次，机械装置在计算机系统的操控下能够精确完成各项动作指令，只要指挥没有失误，机械动作就不会出现失误，可以说装置技术水平比经验最丰富的生产师傅还要高，因此产品质量明显提升;最后，该项技术的应用能够排除一些不确定因素的干扰，大大提升生产速度，人们可以根据标准生产速度预计月、季度以及年生产量，而且随着技术的进一步发展，生产速度仍有上升空间[1]。 2机械装置自动化技术的实践运用 各类刀具的自动化应用 工业生产过程中离不开各类刀具，尤其是与金属加工相关的行业，切削过程中都要将刀具作为主要工具，机械装置自动化技术还不发达的年代，使用这些刀具时对人的依赖程度比较高，换刀以及走刀过程需要浪费很多时间，切削时还容易出现失误，随着机械装置自动化技术的发展，刀具的使用向着自动化的方向发展，普通机床以及自动机床在使用刀具时对人的依赖程度大大降低，工人们不再需要亲自动手完成选刀、换刀以及走刀等一些列过程，这些刀具会根据计算机程式自动完成这些动作，不仅节省时间，且不容易出现失误，技术人员只需要在操控室里观察整个过程，如果出现偏差直接在电脑中调整引数即可，既便捷又安全。 运用于机械加工中 机械装置自动化技术在机械加工中的应用非常普遍，比较典型的就是自动化加工装置，自动化加工装置主要有两种型别，一种是全自动化，其能够完全实现回圈自动化加工，同时装卸工件的过程也完全实现自动化，另一种是半自动化，只能做到前半部分，装卸工件过程需要依靠人工，加工过程自动化可以代替人们绝大多数的体力劳动，甚至可以代替一部分脑力劳动。例如当前大多数机械加工过程所使用的都是数控机床，对加工过程进行自动化控制，能够按照人们的要求批量加工出各类零件，实现流水作业。 运用于计算机辅助设计与工艺中 计算机辅助制造包含很多内容，需要计算机辅助设计提供帮助，从广义的角度来说，设计内容包括所有与物流相关事项，从狭义的角度来说，是指生产装备间的活动，我们可以将其理解为数控程式设计，无论是广义的角度理解还是从狭义的角度理解，设计中都要将机械装置自动化技术作为根本依据。而在一些辅助工艺的设计中，人们可以根据实际需要对工艺流程进行优化，提升程式设计效率的同时，还能提升技术的精准度。而无论是设计过程还是在生产过程，都涉及到大量与生产过程有关的资料，将这些资料集中在一起进行统一管理，包括生产物料资讯、生产工艺流程、年度生产计划、成本控制计划以及产品订单资讯等，这些资讯共同构成了生产过程的资讯流，资讯流的自动化管理实际上就是对整个产品生产周期的管理。 运用于物流供输中 机械制造中有一个非常重要的环节就是物流供输，只有物流供输过程顺利进行，生产过程所需要的物料才能被及时运送到装置处或者是仓储处，机械生产过程才能持续下去。物流供输过程的自动化，就是在生产系统中输入物料名称，系统就会根据流程判断出该物料应该输送到何处，并作出输送指令，输送机械就会根据指令完成输送动作。物流供输系统中包括以下几项内容：其一是单机供料装置，该装置中包括五种机器，分别用于存料、隔料、上料以及输料，另外其中还包括一组定位装置，用来判断物料输送的具 *** 置;其二为连续输送装置，其中包括带式、棍式以及链式输送系统，还包括很多传送带，除此之外还有一个特殊的装置叫做返回装置，如果由于输入错误或者是指令错误导致物料运输失误，就可以启动该装置将物料运回;其三为运输小车，对于一些特殊物料就需要使用运输小车运输，例如钢厂会使用有轨小车运煤，使用悬挂车运输钢卷等;其四是工业机器人，由于位置特殊其他装置无法将物料输送到时，工业机器人就能发挥作用;其五的储存装置，其中包括中央刀库以及自动化立体仓库。 应用于装配过程中 工业生产除了加工以外还有一个重要的过程就是转配，就是将加工好的零件按照技术要求组合在一起，形成基础部件或套件，最终装配成完整的产品，机械装置自动化技术最初发展起来的时候人们都将重点放在加工环节，而装配环节主要依靠人工，大量技术工人由加工环节向装配环节转移，但是实践表明人工装配无论如何也满足不了实际需求，于是人们开始研究自动化装配。零件装配质量会对产品质量产生直接影响，从技术角度来说，装配过程要比加工过程更加复杂，因为其不属于完全的流水化生产过程，需要自动化装配系统具有一定的判断力，能够自动判断出连线处或者是接触处是否符合标准要求，连线的是否牢靠等，这就需要人工智慧技术提供支援，使自动装配系统能够模仿人脑思维。 应用于检测过程中 检测是所有工业生产过程中必须可少的环节，能够及时发现零件或者成品中存在的问题，避免一些不合格产品流入市场，例如汽车制造业就会对每一个零件进行检测，确认尺寸、材料等所有特性都符合标准要求以后才可以进行装配，同样装配完成以后仍旧要对装配情况进行检测，随着加工和装配过程的自动化，人工检测已经不能满足生产要求，各类自动化识别技术应运而生，例如，在对切削刀具的磨损情况进行检查时，就可以将电流讯号作为依据，也可以根据人工神经网路做出判断，自动化技术的应用大大提升了检测效率，也提升了检测结果的准确性。 机械装置自动化技术具有悠久的历史，在工业经济的发展中具有不可替代的作用，到目前为止其仍旧处于进一步发展中，在计算机技术以及人工智慧技术越来越发达的今天，机械装置自动化技术仍旧有非常大的发展空间。 参考文献 [1]黄学俊.自动化技术在机械装置制造中的应用[J].中国高新技术企业,2015,111330:60-61. 篇2 浅析机械结构优化设计的应用与展望 一、机械结构优化设计的关键技术与理论 机械结构优化设计中有许多的关键技术与理论，它们对机械结构优化设计的发展和应用起著十分重要的作用。归结起来，其中的主要关键技术与理论有以下几个方面： 机械结构优化设计的思想和理论;优化方法;建模技术;结构分析技术;结构重分析技术;敏度分析技术;软体开发技术。机械结构优化设计的研究与开发主要集中在这几个方面，不断有新的理论、方法与技术出现，也有一些其他学科的相关知识和新理论被引入结构优化设计，并且大大拓宽了该方法的应用领域和范围，为机械结构优化设计的发展注入了新的活力。 二、机械结构优化设计的应用 1.航空航天 航空航天技术代表着一个国家科学技术的综合水平与实力，大量的先进科学技术首先在航空航天领域推广应用或发明、开发，而机械结构优化设计发展最快、应用最广和作用最大的领域也在航空航天。由于该领域的特殊地位，机械结构优化设计得到了广泛的应用和充分的重视。目前，结构优化设计的大量研究集中在航空航天领域，同时也发表了大量的研究论文和研究报告。国内进行了有关飞机机身、飞机翼面、飞机结构整体、火箭发动机壳体、航空发动机轮盘、机身承力框架等结构优化设计方面的研究，发表了许多论文。而在国外，有关结构优化设计在航空航天工业中应用的研究更是层出不穷，发表了大量的研究报告和论文，一些著名的结构优化设计专家学者都在从事该领域的研究等。我国的航空航天工业已经取得了巨大的成功，其中机械结构优化设计应用是其重要的因素之一，而且必将成为越来越大的角色之一，为我国航海空航天事业的发展做出很大的贡献。 2.船舶工业 船舶结构优化设计方法的研究相对起步较晚，我国开始研究船舶结构优化设计比国外晚了近十年。但是，我国的船舶结构优化设计也取得了较大的成果，在潜艇结构、中小型集装箱结构、油船剖面、潜艇外部液压舱等结构优化设计方面进行了研究，提高了相关研究物件的效能，为船舶设计提供了一种可靠、精确的设计方法。 3.通用机械和机床 通用机械和机床的结构优化设计也是一个机械结构优化设计成功应用的领域，把有限元技术与优化技术结合起来，机械结构优化设计对大型复杂机械结构件的设计是一种有效、精确的方法。由于一般的机械零部件都是连续体结构，结构分析非常复杂，进行结构优化设计比较困难。国内的相关研究比较突出，发表了大量的研究论文和报告，陈立周、孙焕纯等根据机械设计中离散设计变数较多的情况，提出了离散设计变数结构优化设计方法;孙靖民、米成秋对机床床身等部件进行了结构优化设计;赒济等研究了圆柱拉压弹簧动载下的结构优化设计;钟毅芳、唐增宝等进行了液力传动系和双级齿轮减速器的结构优化设计研究;方宗德等完成了斜齿轮三维修形的优化设计;秦东晨、方刚等完成了复杂箱形梁的结构优化设计研究等。通过这些研究工作的开展，通用机械和机床的设计有了一种快速、有效、可靠的设计方法，提高机械产品的设计水平。 4.汽车工业 汽车工业是一个不断创新、发展的重要行业，各个国家和地区都十分重视汽车工业的发展。因此，先进的机械结构优化设计方法也就在此行业得到推广和应用，国内外出现了大量的研究成果。冯振东等进行了万向节传动布局的支承动态结构优化设计;田振中研究了特种汽车车身的结构优化设计;冯国胜对汽车车架的结构优化设计进行了研究;章一鸣等研究了汽车悬挂系统的优化设计;上官文斌等进行了发动机悬置系统的优化设计;秦东晨等对汽车车身进行了结构优化设计等。汽车工业已经成为机械结构优化设计广泛应用的一个领域。 三、机械结构优化设计的展望 结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善，已逐渐得以发展。 拓扑优化、材料优化和形状优化的整合在机械结构和部件设计中具有重要的实用价值，是近年来出现的并行设计的重要组成部分，仍将是下一步研究工作的重点。拓扑优化能够为结构的方案设计提供科学的依据，使复杂结构和部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地优选方案，有望用于大型实际结构优化设计求解。拓扑优化研究中提出的均匀化方法等，可以将材料选择，布局优化和形状优化整合一体，为并行地设计材料、工艺和结构提供科学的手段，有关方法的研究，实用化软体开发及应用是有意义的。但是要处理庞大的有限元和优化模型计算量增大，应力约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化，单元消失可能会对计算模型造成病态等问题。 动态特性优化是机械系统和结构设计应用研究的一个重要方向。特征向量、动力响应量的灵敏度分析、高度密集频率的动力学问题的分析和优化设计，大型动力优化问题的建模和求解方法，非线性分析在优化中的应用，使优化技术的作用从对设计方案的优化延伸到加工工艺过程的优化，仍是极富有研究和应用价值。 结构优化技术在工程设计中的进一步推广应用仍具实用价值，要解决优化设计的有限元模型的庞大性，解决结构优化与多学科设计问题交叉问题。对于机构、结构和机械装置的可靠性与健壮性是大型工业装备设计时十分关心的问题，综合考虑可靠度，健壮性及成本的全效能优化设计理论、方法及其应用，将给出更为接近实际的结果，应予重视。在这类问题的研究中，对包括模糊性和随机性的不确定因素应予注意。为促进优化设计为工程实际服务，进一步开展实用性，通用性的结构化设计软体的开发和完善工作也是十分迫切的。