船舶涂装工艺以及涂层质量和船舶使用寿命的相关性
【摘要】本文简要介绍船舶涂装的工艺流程，通过对船舶各部位的涂料要求与涂装工序进行详细的阐述，分析与提供船舶涂装时应注意的喷涂要点，对船舶涂料的科学管理也不容忽视，从而延长船舶的使用寿命，提升其使用价值，促进我国船舶业与涂料业的共同发展。
【关键词】船舶涂料;涂料功能;涂装作业
0引言
在全球经济快速发展的今天，交通的重要性不言而喻，而作为重要的交通工具，船舶除了高速化、现代化以外，是否环保也成为人们日益关注的重点，本文将就船舶涂料这一方面试述船舶涂装工艺与质量对船舶使用寿命带来的影响。
船舶从功能角度可划分为货船、客船、油船、军船、工作船、冷藏船、集装箱运输船、汽车运输船等。船舶涂装是指对船体结构以及各类型的舾装件进行钢铁表面的涂装工作，船舶涂装直接关系船舶的航速、安全性能、维修费用与周期等，为了延长船舶的使用寿命，人们加大了对船舶涂料作用的重视与开发，使涂装水平与涂料工业较之前有重大进步。现代船舶涂装已历经数百年的发展，船舶业也沿着大型化和维修周期长期化的方向发展，逐渐提升船舶涂料的品质，虽然船舶涂装的基本作用是为了满足船舶的防污性、防腐性，但对于外观有要求的船舶，诸如游轮、客轮等，还需要将装饰性纳入涂装的考虑范围内。
由于欧洲使用船舶时间较早，尤其是在大型的远海区域，其现代船舶发展已实现技术上的垄断，诸如丹麦、挪威等传统的船舶制造业强国都对船舶涂装建立了相对完整的体系标准。我国船舶制造业虽然起步较晚，但成果喜人，当前已有或在建的泊位处于世界前列，船舶涂装领域也逐渐与船舶制造互相适应与进步，并有赶超国际水平的趋势。船舶制造的重要内容之一就是船舶涂装：随着钢材的预处理工艺广泛深入地推广，喷涂、除锈车间的分别设立，与之相配套的自动或半自动设备，加之高性能涂料或成品油船涂装技术的掌握，都提升了船舶除锈涂装的标准要求，使船舶涂装的体系进一步完善。此外，通过计算机辅助的区域涂装技术和综合涂装管理也已逐步在大型船厂得到应用，显著提高船舶涂装的生产效率、技术工艺和涂装质量，缩短与国外先进涂装水平之间的差距。
1船舶涂装工艺流程
船舶涂装工艺是针对船舶底材所进行的表面处理与涂料涂装，其工艺流程较为复杂，首先要对原材料进行抛丸的流水线预处理，之后是涂刷车间底漆，完成钢材的落料、加工与装配后实行分段的预舾装和除锈涂装，船台完成合拢与舾装后再进行船台的二次除锈与涂装，最后在船舶下水后进行码头的二次除锈和涂装，交船前完成坞内涂装即可。综上可知，涂装工作参与了船舶制造的全过程，故必须加强船舶涂装的重视，严格要求涂装涂料的质量。
2船舶涂料功能
船舶的使用寿命普遍较长，但由于长期处于复杂的多样性腐蚀环境下，不同的船舶部位对涂装要求也不尽相同，例如甲板和上层建筑内部是直接暴露在海洋大气中的，船直平底则是长时间浸没在海水里，水下部位在海水中干湿轮换，淡水舱、压载舱或其他液舱的腐蚀环境也各不相同，因此涂装企业需要结合船舶部位的所处环境与特定用途来专门研制配套的涂装体系，施工工艺与底材的处理方式也必须确保能够充分发挥涂料作用，切实保障船舶所需的防腐性。
2.1船底部
钢材在海水里的自然腐蚀量约为0.1mm/a，加之海生物会逐渐在船底外部依附繁殖，致使船只的航行速度有所减缓，从而增加了船舶的燃料费和清除费，因此船舶底部的涂料必须是具备耐海水性的优异防污涂料。
防污涂料的化学原理是将涂在船底部分的氧化亚铜等防污剂通过长时间在海水中的缓解消融来避免海生物的依附，是船舶涂料的重要种类之一，选择防污剂的品种以及控制溶出速度是防污涂料的技术关键，目前多使用自抛光型或不溶解型的涂料种类，且在大力倡导环保低碳的背景下，有机锡的防污剂已经严格禁用，取而代之的是无锡自抛光的防污涂料，其他例如添加辣素或低表面能的生物理念防污涂料也正在深入开发中。
2.2水线
水线部位经常面临紫外线照射引起的老化、波浪冲击带来的損坏或长时间干湿交替引发的腐蚀，因此该部位应涂上具备优异耐海水性的抗腐蚀涂料，且涂料的耐磨性、耐候性、耐冲击性、物理机械性能也应该较为优良。
2.3甲班、干舷、上层建筑外表面
甲板、干舷和上层建筑外表面都是长时间暴露在强烈紫外线的海洋大气环境下，由于空气中含盐量巨大，加之海水的飞溅冲击力不容小觑，因此这些部位的涂料必须具备良好的耐磨性、防腐性和耐冲击性，如果是大型的旅游客船，涂料还应具备考虑到装饰性与耐候性。
3新造船的涂装工序
3.1钢材表面预处理
钢材表面预处理即第一次除锈，预处理前必须去除钢材表面的水分、油污与杂物等，再利用喷丸、抛丸或其他酸洗方式展开处理。喷丸或抛丸的磨料一般采用棱角砂、钢丝段或钢丸类，完成表面喷丸或抛丸后，需重新整洁钢材表面，去除依附的丸类物质，超过6毫米以上的钢板建议使用喷丸方式或抛丸流水线来预处理，厚度不足6毫米的钢板建议使用酸洗方式或薄板抛丸流水线来预处理，也可以在分段或组装过程中直接利用喷丸方式来除锈，至于管材部分，则需要结合具体情况来决定除锈方式。
完成钢材表面预处理后，需即刻涂刷车间底漆，底漆厚度应严格按照说明书的要求，完成底漆涂刷后的钢材必行等到底漆彻底干燥后才允许运输起吊，如车间底漆因特别的机械原因而遭到损坏则需进行手工涂绘。没有预处理的钢材在分段或组装后，若需以喷丸方式来除锈，其钢材表面的除锈效果应与二次除锈的质量保持一样的标准要求。
3.2二次除锈
二次除锈主要是指利用动力工具或喷丸喷砂来进行除锈。二次除锈前需要去除焊缝中残留的飞溅物或焊渣和表面的水与油污，二次除锈的作业场地最好挑在室内工厂，完成除锈后需即刻去除钢材表面尘埃或油污，并尽快涂刷相应的底漆。
4涂装作业
4.1涂装作业环境
船舶涂装应尽量在良好的天气条件下展开，如遇气温较低或潮湿气候时可转移至室内进行，雾天、雪天、雨天不宜开展露天涂装，切忌在钢材表面潮湿的时候进行涂装，涂装作业的适宜条件是钢材表面温度超过露点3摄氏度或环境相对湿度不足85%，需注意的是，水性涂料不可在零下环境温度时进行涂刷，环氧类涂料的涂刷环境温度不高于5摄氏度时应及时选用冬季型，而其他涂料在低于零摄氏度的环境下应及时展开涂料的预热处理后再进行涂装，针对特种涂料，则需在涂料制作商推荐的环境下才可涂刷，确保达到预期的使用效果。涂料作业与涂料未干前，应防止涂层被溅湿或周围灰尘的污染。
4.2涂装作业准备
船舶涂料需严格按照船舶的具体情况来领取规定的涂料颜色、品种与定额数量，稀释剂的领取也是按照规定的比例与品种来领取。在开罐涂料前，应对颜色、品种、牌号等信息进行确认，根据实际的使用量来核算开罐的数量，防止造成不必要的浪费。任何涂料开罐之后都需要充分均匀搅拌。
如遇多组分涂料，每个组分的涂料比例都要仔细计算清楚，混合添加的次序需按照指定程序，混合涂料一般都有限制用完的时间。对于具有熟化条件的涂料在喷涂前必须先经过熟化，熟化时间一般都会在涂料产品说明书有所规定。大部分涂料是无需稀释的，对于特定需要稀释的涂料应使用配套的稀释剂，除了个别情况，否则稀释剂的加入量一般都在涂料总量的十分之一左右。此外，钢材分段的大接缝和水密焊缝是严禁涂刷各类面漆或防锈涂料，涂装之前应做好遮蔽工作，喷涂涂料前，遮蔽好无需喷漆的部位。
4.3涂装施工
4.3.1一般要求
目前，高压无气喷涂多应用于船舶涂装，喷涂时需注意以下几点：首先，喷刷涂料前，应检查喷枪、软管与泵是否有缺陷，喷嘴口径和空气压力是否达到规定的标准;其次，喷涂时应注意喷枪和钢材表面要保持垂直状态，距离最好控制在300至500毫米左右;最后，涂料喷涂需要高压泵的配合，在充盈状态下才能展开作业，并均匀移动喷枪，对于涂层厚度要求较厚的表面，应采用上下左右交叉的喷涂方式。如条件允许或涂装范围不大时，也可使用辊涂或刷涂的方式。
4.3.2预涂
诸如货油舱、成品油船、压载舱、饮水舱等液舱对防腐蚀性的要求相对较高，如手工焊缝、流水孔边缘等部位的涂层厚度未达到规定要求，则需要在全面喷涂之前或之后再涂刷1至2遍，待稍微干透些方可大面积喷涂。
4.3.3复涂
复涂多种涂料时，注意涂料之间的间隔时间，确保上一道涂料干透之后再涂装下一道涂料，如过了涂料间隔时间的最大值，应对涂层表面进行打毛作业，避免降低两道涂层之间的附着力。
4.3.4涂层交迭
类型不同的涂料进行搭接时，应按照涂料产品说明书的相关规定依次搭接，避免出现渗色、咬底等情况。
4.3.5涂层修补
如遇涂层受损或涂层厚度未达要求都需要作进一步涂层修补，涂层修补所使用的涂料品种皆与原涂料一致，并按照原有的喷涂顺序进行，注意修补部位与周遭涂层的搭接应保持服帖平滑，不可出现明显高低不平的喷涂现象。
5结语
综上所述，船舶涂装工艺的施工工艺较为复杂，对施工场地的要求也较为严苛，以此保障合格优异的船舶制造质量。涂料产品的更新与涂装技术的精进将不断推广应用于新造船舶中，与此同時，对船舶涂装的管理要求与管理水平也得以逐步提升，涂装工作涉及内容较广，作业时间长，贯穿船舶制造的全过程，只有对涂装抱有负责的管理态度和科学的管理水平，才能达到预期的涂装效果，延长船舶的使用寿命，使我国船舶涂装源远流长地可持续健康发展。
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作者：汤海洋
摘要：研究了870℃/6h涂层扩散热处理工艺对第二代镍基DD6单晶高温合金（简称DD6合金）组织和性能的影响。研究结果表明，采用870℃/6h涂层扩散热处理工艺处理后，DD6合金的显微组织、760℃拉伸性能、980℃/250MPa持久性能、700℃高周疲劳性能无明显变化。DD6合金760℃拉伸断裂类型为准解理断裂，980℃/250MPa持久断裂类型为韧窝断裂，700℃高周疲劳断裂类型为准解理断裂。涂层扩散处理没有改变DD6合金的断裂机制。
关键词：单晶高温合金;扩散热处理工艺;组织;力学性能
镍基单晶合金因其优异的综合性能被选为航空发动机涡轮转子叶片和导向叶片的制备材料。涡轮叶片的工作环境非常恶劣，所受力学载荷复杂，还须经受高温氧化的残酷考验。为了提高单晶高温合金的抗氧化、耐热腐蚀性能，在其表面制备高温热防护涂层是比较有效的办法。目前，高温热防护涂层已经与高温材料、高效气冷并列为航空发动机涡轮叶片的三大关键技术。扩散热处理工艺能够增加涂层和基体之间的结合力，是涂层工艺的重要环节。试验所用材料为我国自主研制的第二代镍基DD6单晶高温合金（简称DD6合金），其性能达到甚至超过国外广泛应用的第二代单晶合金。为了确定涂层扩散热处理工艺和合金标准热处理工艺的匹配性，本文研究了涂层扩散热处理工艺对DD6合金组织和力学性能的影响，为制定合金涂层的扩散热处理工艺提供依据。
1试验材料及方法
试验材料为DD6合金，其化学成分见表1。采用选晶法在真空定向凝固炉中制备单晶高温合金试棒，试棒直径为15mm，长度为220mm。用x射线衍射仪（X-ray diffractometer，XRD）测试试棒的晶体取向，选取偏离[001]晶向10°以内的试棒进行后续试验。试棒的标准热处理采用以下工艺进行：1290℃/1h+1300℃/2h+1315℃/4h，空冷（aircooling，AC）+1120℃/4h，AC+870℃/32h，AC。取出部分试棒模拟合金涂层的扩散热处理工艺，即在870℃保温6h后AC处理。标准热处理和扩散热处理工艺分别表示为HT和HT+870℃/6h。将两种工艺处理后的试棒分别加工成拉伸试验试样、持久试验试样和高周疲劳试验试样，分别测试760℃时的拉伸性能、980℃/250MPa条件下的持久性能和700℃的高周疲劳性能。用扫描电子显微镜（scanning electronmicroscope，SEM）观察不同试验条件下的合金组织和断口形貌。
2结果与分析
2.1显微组织
图1为DD6合金标准热处理和扩散热处理后的组织。从图1中可以看出，合金经过标准热处理，消除了粗大的Y’相和共晶组织，再经过两级时效处理，最终获得立方化的y’相和尺寸较好的显微组织。相比枝晶间，枝晶干的y’相立方化较好，y’相尺寸较小，其均匀性较好。DD6合金经过扩散热处理后，与其标准热处理后的组织相比，枝晶干和枝晶间的组织都无明显变化。这表明扩散热处理对DD6合金的显微组织无明显影响。
2.2拉伸性能
扩散热处理对DD6合金760℃拉伸性能的影响如图2所示。从图2中可以看出，合金扩散热处理后，760℃的抗拉强度和屈服强度都无明显变化，而合金的伸长率稍有降低，断面收缩率稍有增加，考虑到DD6合金的晶体取向偏离度对单晶合金中温拉伸塑性的试验结果影响较大，因此可以得出结论，涂层扩散热处理未降低DD6合金760℃的拉伸性能。
DD6合金760℃拉伸断口微观形貌见图3。从图3中可以看出，断口为一个大平面，平面与试样拉伸中心轴线的夹角约为50°。扩散热处理没有改变合金的中温拉伸断裂机制，仍为准解理断裂机制。在单晶高温合金中，晶体滑移为其主要变形方式。单晶合金的两种主要晶体滑移机制是八面体滑移和六面体滑移，二者的启动与试验温度有关。不同的试验温度下，合金变形启动不同的滑移系。单晶合金在中温试验条件下一般启动（111）<110>滑移系，由此可以判断760℃拉伸断裂平面为（111）面。
2.3持久性能
扩散热处理对DD6合金980%/250MPa条件下的持久性能的影响见图4。由图4可以看出，与标准热处理工艺相比，扩散热处理工艺对DD6合金980℃/250MPa条件下的持久性能无明显影响。DD6合金980℃/250MPa条件下的持久断口形貌见图5。由图5可以看出，DD6合金的断口上存在韧窝，与其他单晶合金高温下的持久断口形貌相同。在980℃高温条件下，合金塑性变形时，同时启动八面体滑移和六面体滑移，并且合金高温变形回复过程较快，所以变形均匀。单晶高温合金为铸造枝晶结构，枝晶间不可避免地存在显微疏松。合金变形过程中，显微疏松很大程度地降低了位错受到的排斥力，导致在外力作用条件下大量位错向显微疏松运动，促进显微疏松孔洞不断长大;在拉伸应力下造成显微疏松处产生显微裂纹，并沿试样横向方向扩展。显微裂纹的不断扩展使合金试样有效承载面积持续降低，直至最终断裂，显示出韧窝断裂特征。因此扩散热处理后，DD6合金980℃/250MPa条件下持久断裂机制没有改变，仍为韧窝断裂。
2.4疲劳性能
图6是DD6合金标准热处理工艺及扩散热处理工艺后700℃高周疲劳性能的对比。在标准热处理条件下，DD6合金700℃高周疲劳极限应力为460MPa，扩散热处理工艺后，DD6合金700℃高周疲劳极限应力大于440MPa。对比两种工艺，扩散热处理工艺对DD6合金700℃高周疲劳性能影响不大。
DD6合金的高周疲劳断口如图7所示。从图7中可以看出，疲劳裂纹起源于試样的表面或者亚表面。在交变应力作用下，合金发生晶体滑移，滑移到疲劳试样表面时，滑移带在试样表面形成“挤出”或“侵入”微观结构特征，再经过一定周次疲劳循环变形，表面的这些薄弱微观组织由于应力集中而萌生显微裂纹。疲劳试样承受旋弯载荷时，试样表面比试样内部承受更大的载荷应力。所以高周旋弯疲劳裂纹一般萌生于试样表面或亚表面。如前所述，单晶高温合金中温时晶体变形机制为八面体滑移机制，因此疲劳裂纹形成后沿1个或几个（111）面扩展并最后断裂。CMSX-4合金的高周疲劳也有相同的裂纹源萌生和断裂特征。通过以上分析得出，DD6合金700℃高周疲劳断裂机制为准解理断裂，扩散热处理工艺对疲劳断口形貌没有影响。
3讨论
DD6合金铸态下差热分析曲线如图8所示。从图8中可以看出，y’相开始回溶温度为895.6℃，大量y’相回溶温度为1270.1℃，y’相完全回溶温度为1307.8℃，初熔温度为1325℃。
DD6合金通过固溶处理，获得细小不规则的y’相。1120%/4h高温处理时，温度高于y’相开始回溶温度，低于大量y’相回溶温度。高温处理时同时进行两个过程，即大的y’相长大过程和小的y’相的回溶过程，获得尺寸合适、立方化程度较好的丫’相。在870%/32h低温处理时，温度低于y’相的开始回溶温度，主要作用是使y’相的立方化程度更好。合金在进行扩散热处理时，相当于低温处理时间的少量延长，因此对y’相的尺寸和体积分数以及y’相的立方化程度没有明显影响。
材料的组织决定材料的性能。涂层扩散热处理工艺对DD6合金的显微组织无明显影响，对DD6合金的拉伸性能、持久性能和疲劳性能也没有明显影响。因此，采用扩散热处理工艺与DD6合金的热处理工艺匹配良好，对合金组织和性能无明显影响。
4结论
（1）DD6合金扩散热处理后，显微组织、760℃拉伸性能、980℃/250MPa持久性能、700℃高周疲劳性能无明显变化。
（2）DD6合金760℃拉伸断裂类型为准解理断裂，980℃/250UPa持久断裂类型为韧窝断裂，700℃高周疲劳断裂类型为准解理断裂。扩散热处理没有改变DD6合金的断裂机制。
作者：史振学 骆宇时 刘世忠
1. 真空涂层技术的发展
真空涂层技术起步时间不长，国际上在上世纪六十年代才出现将CVD(化学气相沉积)技术应用于硬质合金刀具上。由于该技术需在高温下进行(工艺温度高于1000℃)，涂层种类单一，局限性很大，因此，其发展初期未免差强人意。
到了上世纪七十年代末，开始出现PVD(物理气相沉积)技术，为真空涂层开创了一个充满灿烂前景的新天地，之后在短短的
二、三十年间PVD涂层技术得到 迅猛发展，究其原因，是因为其在真空密封的腔体内成膜，几乎无任何环境污染问题，有利于环保;因为其能得到光亮、华贵的表面，在颜色上，成熟的有七彩色、 银色、透明色、金黄色、黑色、以及由金黄色到黑色之间的任何一种颜色，可谓五彩缤纷，能够满足装饰性的各种需要;又由于PVD技术，可以轻松得到其他方法 难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层，应用在工装、模具上面，可以使寿命成倍提高，较好地实现了低成本、高收益的效果;此外，PVD涂层技术 具有低温、高能两个特点，几乎可以在任何基材上成膜，因此，应用范围十分广阔，其发展神速也就不足为奇。真空涂层技术发展到了今天还出现了PCVD(物理 化学气相沉积)、MT-CVD(中温化学气相沉积)等新技术，各种涂层设备、各种涂层工艺层出不穷，如今在这一领域中，已呈现出百花齐放，百家争鸣的喜人 景象。
与此同时，我们还应该清醒地看到，真空涂层技术的发展又是严重不平衡的。由于刀具、模具的工作环境极其恶劣，对薄膜附着力 的要求，远高于装饰涂层。因而，尽管装饰涂层的厂家已遍布各地，但能够生产工模涂层的厂家并不多。再加上刀具、模具涂层售后服务的欠缺，到目前为止，国内 大多数涂层设备厂家都不能提供完整的刀具涂层工艺技术(包括前处理工艺、涂层工艺、涂后处理工艺、检测技术、涂层刀具和模具的应用技术等)，而且，它还要 求工艺技术人员，除了精通涂层的专业知识以外，还应具有扎实的金属材料与热处理知识、工模涂层前表面预处理知识、刀具、模具涂层的合理选择以及上机使用的 技术要求等，如果任一环节出现问题，都会给使用者产生使用效果不理想这样的结论。所有这些，都严重制约了该技术在刀具、模具上的应用。
另一方面，由于该技术是一门介乎材料学、物理学、电子、化学等学科的新兴边缘学科，而国内将其应用于刀具、模具生产领域内的为数不多的几个骨干厂家，大 多走的也是一条从国外引进先进设备和工艺技术的路子，尚需一个消化、吸收的过程，因此，国内目前在该领域内的技术力量与其发展很不相称，急需奋起直追。
2. PVD涂层的基本概念及其特点
PVD是英文“Physical Vapor Deposition”的缩写形式，意思 是物理气相沉积。我们现在一般地把真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀等都称为物理气相沉积。
较为成熟的PVD方法主要有多弧镀与磁控溅射镀两种方式。多弧镀设备结构简单，容易操作。它的离子蒸发源靠电焊机电源供电即可工作，其引弧的过程也与电 焊类似，具体地说，在一定工艺气压下，引弧针与蒸发离子源短暂接触，断开，使气体放电。由于多弧镀的成因主要是借助于不断移动的弧斑，在蒸发源表面上连续 形成熔池，使金属蒸发后，沉积在基体上而得到薄膜层的，与磁控溅射相比，它不但有靶材利用率高，更具有金属离子离化率高，薄膜与基体之间结合力强的优点。 此外，多弧镀涂层颜色较为稳定，尤其是在做TiN涂层时，每一批次均容易得到相同稳定的金黄色，令磁控溅射法望尘莫及。多弧镀的不足之处是，在用传统的 DC电源做低温涂层条件下，当涂层厚度达到0.3μm时，沉积率与反射率接近，成膜变得非常困难。而且，薄膜表面开始变朦。多弧镀另一个不足之处是，由于 金属是熔后蒸发，因此沉积颗粒较大，致密度低，耐磨性比磁控溅射法成膜差。
可见，多弧镀膜与磁控溅射法镀膜各有优劣，为了尽可能 地发挥它们各自的优越性，实现互补，将多弧技术与磁控技术合而为一的涂层机应运而生。在工艺上出现了多弧镀打底，然后利用磁控溅射法增厚涂层，最后再利用多弧镀达到 最终稳定的表面涂层颜色的新方法。
大约在八十年代中后期，出现了热阴极电子枪蒸发离子镀、热阴极弧磁控等离子镀膜机，应用效果很好，使TiN 涂层刀具很快得到普及性应用。其中热阴极电子枪蒸发离子镀，利用铜坩埚加热融化被镀金属材料，利用钽灯丝给工件加热、除气，利用电子枪增强离化率，不但可 以得到厚度3~5μm的TiN 涂层，而且其结合力、耐磨性均有不俗表现，甚至用打磨的方法都难以除去。但是这些设备都只适合于TiN涂层，或纯金属薄膜。对于多元涂层或复合涂层，则力 不从心，难以适应高硬度材料高速切 削以及模具应用多样性的要求。
目前，一些发达国家(如德国CemeCon、英国ART- TEER、瑞士Platit)在传统的磁控溅射原理基础上，用非平衡磁场代替原先的平衡磁场、50KHz 的中频电源代替原来的直流电源、脉冲电源取代以往的直流偏压，采用辅助阳极技术等，使磁控溅射技术逐步成熟，已大批量应用在工模涂层上，现在已稳定生产的 涂层主要有 TiAlN、AlTiN、TiB
2、DLC、CrN，我国广东、江苏、贵州、株洲等地也已陆续引进此种设备，大有星火燎原之势。
3. 现代涂层设备(均匀加热技术、温度测量技术、非平衡磁控溅 射技术、辅助阳极技术、中频电源、脉冲技术) 现代涂层设备主要由真空室、真空获得部分、真空测量部分、电源供给部分、工艺气体输入系统、机械传动部分、加热及测温部件、离子蒸发或溅射源、水冷系统等 部分组成。
3.1 真空室
涂层设备主要有连续涂层生产线及单室涂层机两种形式，由于工模涂层对加热及机械传动部分有较高要求，而且工模形状、尺寸千差万别，连续涂层生产线通常难以满足要求，须采用 单室涂层机。
3.2 真空获得部分
在真空技术中，真空获得部分是重要组成部分。由于工模件涂层高附着力的要求，其涂层工艺开始前背景真空度最好高于6mPa，涂层工艺结束后真空度甚至可达0.06mPa以上，因此合 理选择真空获得设备，实现高真空度至关重要。
就目前来说，还没有一种泵能从大气压一直工作到接近超高真空。因此，真空的获得不是一种真空设备和方法所能达到的，必须将几种泵联合使用，如机械泵、分子泵系统等。
3.3 真空测量部分
真空系统的真空测量部分，就是要对真空室内的压强进行测量。像真空泵一样，没有一种真空计能测量整个真空范围，人们于是按不同的原理和要求制成了许多种类的真空计。 #p#分页标题#e#
3.4 电源供给部分
靶电源主要有直流电源(如MDX)、中频电源(如美国AE公司生产的PE、PEII、PINACAL);工件本身通常需加直流电源(如MDX)、脉冲电源(如美国AE公司生产的PINACAL+)、或射频电源(RF)。
3.5 工艺气体输入系统
工艺气体，如氩气(Ar)、氪气(Kr)、氮气(N2)、乙炔(C2H2)、甲烷(CH4)、氢气(H2)、氧气(O2)等，一般均由气瓶供应，经气体 减压阀、气体截止阀、管路、气体流量计、电磁阀、压电阀，然后通入真空室。这种气体输入系统的优点是，管路简捷、明快，维修或更换气瓶容易。各涂层机之间 互不影响。也有多台涂层机共用一组气瓶的情况，这种情况在一些规模较大的涂层车间可能有机会看到。它的好处是，减少气瓶占用量，统一规划、统一布局。缺点 是，由于接头增多，使漏气机会增加。而且，各涂层机之间会互相干扰，一台涂层机的管路漏气，有可能会影响到其他涂层机的产品质量。此外，更换气瓶时，必须 保证所有主机都处于非用气状态。
3.6 机械传动部分 刀具涂层要求周边必须厚度均匀一致，因此，在涂层过程中须有三个转动量才能满足要求。即在要求大工件台转动(I)的同时，小的工件承载台也转动(II),并且工件本身还能同时自转(III)。
在机械设计上，一般是在大工件转盘底部中央为一大的主动齿轮，周围是一些小的星行轮与之啮合，再用拨叉拨动工件自转。当然，在做模具涂层时，一般有两个转动量就足够了，但是齿轮可承载量必须大大增强。
3.7 加热及测温部分
做工模涂层的时候，如何保证被镀工件均匀加热比装饰涂层加热要重要得多。工模涂层设备一般均有前后两个加热器，用热电偶测控温度。但是，由于热电偶装夹 的为置不同，因而，温度读数不可能是工件的真实温度。要想测得工件的真实温度，有很多方法，这里介绍一种简便易行的表面温度计法 (Surface Thermomeer)。该温度计的工作原理是，当温度计受热，底部的弹簧将受热膨胀，使指针推动定位指针旋转，直到最高温度。降温的时候，弹簧收缩，指 针反向旋转，但定位指针维持在最高温度位置不动，开门后，读取定位指针指示的温度，即为真空室内加热时，表面温度计放置位置所曾达到的最高温度值。
3.8 离子蒸发及溅射源
多弧镀的蒸发源一般为圆饼形，俗称圆饼靶，近几年也出现了长方形的多弧靶，但未见有明显效果。圆饼靶装在铜靶座(阴极座)上面，两者为罗纹连接。靶座中 装有磁铁，通过前后移动磁铁，改变磁场强度，可调整弧斑移动速度及轨迹。为了降低靶及靶座的温度，要给靶座不断通入冷却水。为了保证靶与靶座之间的高导 电、导热性，还可以在靶与靶座之间加锡(Sn)垫片。
3.9 水冷系统
因为工模涂层时，为了提高金属原子的离化率，各个阴极靶座都尽可能地采用大的功率输出，需要充分冷却;而且，工模涂层中的许多种涂层，加热温度为400~500℃，因此，对真空室壁、对各个密封面的冷却也很重要，所以冷却水最好采用18~20℃左右的冷水机供水。
为了防止开门后，低温的真空室壁、阴极靶与热的空气接触析出水珠，在开门前10分钟左右，水冷系统应有能力切换到供热水状态，热水温度约为40~45℃。
4. 工模具PVD 的工作步骤
工模具 PVD 基本工艺流程可简述为：IQC→前处理→PVD→FQC，分别介绍如后。
4.1 IQC
IQC(In Quality Control)的主要工作除了常规的清点数量 ，检查图纸与实物是否相符外，还须仔细检查工件表面，特别是刃口部位有无裂纹等缺陷。有时对于一些刀具、刀粒的刃口，在体式显微镜下观察，更方便发现问 题;另外，IQC 的人员还要注意检查待镀膜件有无塑胶、低熔点的焊料等，这些东西如果因漏检而混入镀膜程序，则将在真空室内严重放气，轻者造成整批产品脱涂层，重者使原本 OK 的产品报废，后果不堪设想。
4.2 前处理工艺(蒸汽枪、喷砂、抛光、清洗)
前处理的目的是净化或粗化工件表面。 净化就是要去除各种表面玷污物，制备洁净表面。通常使用各种净化剂，借助机械、物理或化学的方法进行净化。
粗化与光蚀相反，其目的在于制备粗糙的表面以提高喷涂 层或涂料装饰的结构强度。
我们现在已有的前处理主要方法为：高温蒸洗、清洗、喷砂、打磨、抛光等方法。
4.2.1 高温蒸洗
目前，PVD 车间常用的高温蒸洗设备是蒸汽枪。它的最大工作温度可达145℃，气压在3~5巴左右。由于模具中经常带有一些细小孔、螺纹孔，孔内中常常有油污、残余冷却液等杂质，用常规清洗的方法难以除去。此时，高温蒸洗设备便可最大程度的发挥它的优越性。
4.2.2 清洗
各厂工模涂层前清洗程序大致如下：
①超声波除蜡→②过水→③超声波除油→④过水→⑤超声波自换→⑥过水→⑦过纯水→⑧强风干燥
具体实施时，与我们所熟悉的装饰涂层前的清洗又有许多不同。这是因为装饰涂层的底材大多为不锈钢或钛合金，不容易生锈。此外，装饰涂层对水印、点痣等缺 陷是绝对不允许的。因此，装饰涂层对纯水的水质要求极高，甚至要达到15MΩ 以上。要保证清洗的高质量，可以通过反复清洗，并在高质量的纯水加超声波中长时间浸泡来得到。但是，工模的清洗就不同，尤其是一些热做模具钢，如果像装饰 涂层那样去清洗，就会锈得一塌糊涂。
由于工模涂层的原始表面状态，除了一些高标准的镜面模具以外，一般较装饰涂层要粗糙，因而， 对涂层后的表面状态的要求也不象装饰涂层那样高，这就允许我们采取快速过水，用干燥、无油的压缩空气吹干，然后对工模强风干燥的方法来处理。而那些高标准 的镜面模具，一般均为136 等不锈钢，可以借用装饰涂层的清洗法。
总而言之，工模涂层前的清洗方法因工模所使用的材料的不同而不同，因工模涂层前的表面状态的不同而不同，且不可千篇一律。下面是几种材料生锈由难到易的排序，供参考：
不锈钢、硬质合金、金属陶瓷合金、DC
53、高速钢、8407有一种自动清洗机型号为CR288，产自德国。该机一次最大清洗量为80KG，主要用于清 洗刀具、小型零部件、或小尺寸的模具。它共有三个清洗缸，里面的溶液分别为自来水+清洗剂、自来水、去离子水。除了常见的超声波、大水冲洗、喷淋、摆动、 热风干燥等功能外，该机另外一个优点是最后设有抽真空步骤，可以使水分尽快挥发掉。
自动清洗机内存十种工艺，均由供方预先设定。一至九可分别用于不同类型的产品、不同的表面状态的净化处理。第十种用于加注清洗剂。
4.2.3 喷砂
喷砂法是借助压缩空气使磨料强力冲刷工件表面，从而去除锈蚀、积碳、焊渣、氧化皮、残盐、旧漆层等表面缺陷。按磨料使用条件，喷砂分为干喷砂与湿喷砂两类。
喷砂的工艺参数主要有枪距、倾角、装夹台旋转速度、移动速度、行程、往返次数、喷砂时间、喷砂气压。我们已使用过的参数有枪距：30~70mm; 倾角30~70°; 装夹台旋转速度10~30;往返次数3~9次;喷砂气压：1.8~3.5巴等。具体操作时，根据工件表面脏污程度，工件硬度，工件表面几何形状等因素，选 取上下限。我们在干喷砂机中所选用的磨料为玻璃珠，适合喷一些硬度介中的材料，如油钢、模具等;在液体喷砂机中所选用的磨料为氧化铝，硬度较高，适合喷一 些硬度高的材料，如硬质合金材料。对于工模涂层而言，喷砂所使用的磨料粒度也很重要。如果磨料粒度过大，则工件表面太粗糙;如果磨料粒度太小，又会降低打 击力度，甚至嵌在工件表面，清洗难以去除，从而使工件涂层附着力降低。为此，欧洲一些国家，对工模涂层前喷砂所用磨料粒度做过仔细研究，严格到必须保证 85%以上的晶粒度在中A、B两点范围内才能使用。相比之下，我国磨料的供应商还缺乏这方面
的共识，我们也很少有做这方面的检验。
4.3 PVD 涂层工艺(加热、离子清洗、涂层、冷却、工艺气体、气压、温度、溅射功率)
4.4 FQC
FQC 的英文全拼为：“Function Quality Control”，意思是功能质量控制 ， 它有别与一般意义上的OQC(Out Quality Control) 。FQC 的内容主要包括外观检查、层深检查、附着力检查、耐磨性检查、抗蚀性检查、模拟性测试等方法。我厂目前应用的主 要有外观检查、层深检查和附着力检查。
由于我们所接触的产品大多都是不允许做破坏性检查的，因而我们在镀膜时，每批都会放进随批试样。做层深检查和附着力检查的时候，大多数情况下，实际上是 对随批试样进行检查。因为试样与产品在原材料、热处理状态、装夹位置等方面都难于一致，所以这样检测出的结果，与产品实际值会有一定的误差。有时可能还会 有相当大的误差，只能做参考使用。当然，必要的时候，我们也可以通过制作模拟件，达到准确测量的目的。
4.4.1 外观检查
对于开门取件后的产品，应仔细检查表面有无裂纹、掉涂层、疏松等缺陷。对于刀具、刀粒，还需在显微镜下仔细检查它们的刃口状态。
4.4.2 层深检查
层深检查有切片金相观察法、X-ray 检查法、用单色光做光源的光学测试法、球磨仪测试法等多种方法。工模涂层的层深检查是在球磨仪上进行的。方法是先用直径为10mm的钢球与测试表面滚磨，然后在显微镜下测量磨痕的有关数据，带入公式中，即可方便算出层深。
这种层深检查法的特点是：方便适用，误差稍大。但这种误 差应用于工模上面影响不会太大。有兴趣的同事还可参阅有关的说明书。
附着力的检查方法有很多，各个厂根据自己产品的特点，都制定了相应的检测方法。其中，比较权威的方法有两种，一种是在洛氏硬度计上，以圆锥型金刚石压头 做压痕试验，在显微镜下观察，以压痕周边裂纹的多少来判断涂层附着力的高低。该方法对金刚石压头的形状要求很高，不但严格要求中心点在圆的中心，而且金刚 石圆锥的圆度必须十分规则。遗憾的是，目前，我国还没有它的国家或行业标准;另一种方法是划痕法，我国有些涂层发起较早的科研部门，也是采用的该方法，有 专门的国家行业标准可供查询。
5. 工装夹具的处理
6. 涂后处理工艺(喷砂、涂脂技术)
7. 检测技术(结合力的检测、层深的检测、酸蚀)
8. 涂层剥离技术(TiN/TiAlN 的剥离技术、CrN/DLC/CrAlTiN 的剥离技术、硬质合金的表面涂层剥离技术)
9.涂层刀具的应用技术(涂层的正确选择、涂层刀具的正确使用)
涂层对刀具的优化非常大，由于高速切削加工比传统切削加工所产生的温度要高，应用涂层，可以发挥其耐高温、抗氧化及加硬材质等作用。例如，氮化铬(CrN)涂层可降低磨擦系数，改善光洁度及排屑情况
粉末冶金材料是指不经熔炼和铸造，直接用几种金属粉末或金属粉末与非金属粉末，通过配制、压制成型，烧结和后处理等制成的材料。粉末冶金是金属冶金工艺与陶瓷烧结工艺的结合，它通常要经过以下几个工艺过程：
一、粉料制备与压制成型
常用机械粉碎、雾化、物理化学法制取粉末。制取的粉末经过筛分与混合，混料均匀并加入适当的增塑剂，再进行压制成型，粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合作用，使制件结合为具有一定强度的整体。压力越大则制件密度越大，强度相应增加。有时为减小压力合增加制件密度，也可采用热等静压成型的方法。
二、烧结
将压制成型的制件放置在采用还原性气氛的闭式炉中进行烧结，烧结温度约为基体金属熔点的2/3～3/4倍。由于高温下不同种类原子的扩散，粉末表面氧化物的被还原以及变形粉末的再结晶，使粉末颗粒相互结合，提高了粉末冶金制品的强度，并获得与一般合金相似的组织。经烧结后的制件中，仍然存在一些微小的孔隙，属于多孔性材料。
三、后处理
一般情况下，烧结好的制件能够达到所需性能，可直接使用。但有时还需进行必要的后处理。如精压处理，可提高制件的密度和尺寸形状精度;对铁基粉末冶金制件进行淬火、表面淬火等处理可改善其机械性能;为达到润滑或耐蚀目的而进行浸油或浸渍其它液态润滑剂;将低熔点金属渗入制件孔隙中去的熔渗处理，可提高制件的强度、硬度、可塑性或冲击韧性等。粉末冶金工艺的优点
1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。
2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本。用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%。
3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。
4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。
5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成.(林里粉末)
粉末冶金是制取金属粉末，及采用成形和烧结工艺将金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)制成材料和制品的工艺技术。它是冶金和材料科学的一个分支学科。
粉末冶金制品的应用范围十分广泛，从普通机械制造到精密仪器;从五金工具到大型机械;从电子工业到电机制造;从民用工业到军事工业;从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。
粉末冶金发展历史：
粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。而现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志：
1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展;1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。
2、三十年代成功制取多孔含油轴承;继而粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。
3、向更高级的新材料、新工艺发展。四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出现;利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高度的零件。
粉末冶金工艺的优点：
1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。
2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本。用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%。
3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。
4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。
5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成本。
粉末冶金工艺的基本工序是：
1、原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法;物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。
2、粉末成型为所需形状的坯块。成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。
3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后的
4、产品的后序处理。烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。
粉末冶金材料和制品的今后发展方向：
1、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。
2、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。
3、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。
4、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金。
5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。
第3章 工艺规程的设计
3.2 基面的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要的工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工量得到保证，生产率得以提高，否则，不但使加工工艺过程中问题百出，甚至还会造成零件大批报废，使生产无法正常运行。
3.2.1 粗基准选择原则
1 如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面的位置要求，则应以不加工表面作为粗基准，如在工件上有很多不加工表面。则应有与其中的加工表面的位置精度要求较高的表面作粗基准。
2如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面作粗基准。 3选作粗基准的表面应平整，没有浇口或飞边等缺陷，以便定位可靠。 4 粗基准只能用一次，以免产生较大的的位置误差。
根据以上原则，本零件选取高为12毫米的台作为粗基准。
3.2.2 精基准的选择原则
1用公用基准作为精基准，以消除不重合误差，即“基准重合”原则。 2 尽可能使各个工序的定位都采用同一基准，即“基准统一”。 3 当精加工或光整加工工序要求余量小而无效均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即“自为基准”原则。
4为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，遵循“互为基准”原则。
5精基准的选择，尤其是主要定位面，应有足够大的面积和精度，以保证定为基准可靠。同时还应使夹紧机构简单，操作方便。即“便于装夹”原则。
3.2.3 零件各加工表顺序安排
制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，再生产纲领已确定为称其生产的条件下，可以采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，出此外还应当考虑经济效果，以便使生产成本下降。
3.2.4 机械加工工序安排的原则
主要表面与次要表面的加工顺序安排原则：
1 基准工序安排： (1) 基准先行。
(2) 主要表面的粗精加工要分开，以消除切削力带来的变形。
(3) 次要表面的加工，经可能在同一次装夹中加工，以减少装夹次数，节省辅助时间，提高个表面的相对位置精度。
2 热处理工序的安排：退火安排在机械加工之前。 3 辅助工序的安排：
(1) 划线工序安排在机械加工之前; (2) 清洗工序紧接在光整加工之后;
(3) 油漆工序安排在机械加工之前，热处理之后。 4 检验工序的安排：
(1) 粗加工全部结束后，精加工之前; (2) 零件从一车间到另一个车之前; (3) 重要工序之前后;
(4) 零件全部加工结束之后[3]。
3.2.5 工艺路线的拟定
此零件为成批生产，可采用专用夹具使工序集中，以提高生产效率，由于变速该需要加工的平面较少，且要求不高，而孔的加工比较复杂，所以在制定工艺路线是，先考虑加工平面，然后再采用专用夹具进行孔加工。
工艺方案： 1 毛坯铸造 2 时效处理 3 粗铣顶面 4 粗铣底面 5 粗铣左外侧面 6 粗铣右外侧面 7 半精铣底面 8 粗铣凹槽 9 半精铣凹槽
10 半精铣左右侧面 11 半精铣顶面
12 粗镗顶面孔190，孔90，孔85，孔80 13 半精镗顶面孔190，孔90，孔85，孔80 14 钻、扩、绞30和孔21 15 镗内孔35 16 在箱体顶面钻、攻16-M18，钻深18攻深15的螺纹孔
17 在两18孔表平面各钻、攻3-M8，钻深19攻深14，均布螺纹孔 18 在孔80平面各钻、攻2-M16，钻深17攻深13，均布螺纹孔 19 在孔190平面各钻、攻6-M8，钻深22攻深18，均布螺纹孔 20 粗镗底面孔190，孔90，孔85，孔80 21 半精镗底面孔190，孔90，孔85，孔80 22 钻、扩、绞30和孔21 23 镗内孔35 24 在箱体底面钻、攻4-M16，钻深33攻深25的螺纹孔 25 钻、攻8-M8，钻深18攻深15螺纹孔
26 在孔190平面各钻、攻6-M8，钻深22攻深18，均布螺纹孔 27 在箱体左侧面钻、攻12-M8，钻深17攻深15的螺纹孔 28 钻、攻2-M16×1.5螺纹孔
29 在箱体上侧面钻、攻2-M16，钻深45攻深37的螺纹孔 30 清洗、去毛刺、倒角 31 检验
32 涂耐油防锈漆
第4章 确定加工余量、工序及毛坯尺寸
4.1 毛坯余量和工序余量的确定
方法： 1 经验估计法
2 查表法 3 分析计算法
这里采用查表法，为了防止余量不够而产生废品，在查表所得的数量上稍大一些。 此零件材料为灰铸铁,硬度为HB210,生产类型为成批生产，采用砂型铸造，2级精度。
根据以上原始材料及加工工艺要求，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
4.1.1 平面加工
1 顶面：最大加工尺寸：195mm 半精加工余量：Z2=1.5mm 粗加工余量：Z1=2.5mm 毛坯余量：Z=1.5+2.5=4.0mm 粗铣后尺寸：H1=195+1.5=196.5mm 毛坯尺寸：H2=195+4.0=199.0mm 2 底面：最大加工尺寸195mm 半精加工余量：Z2=1.5mm 粗加工余量：Z1=2.5mm 毛坯余量：Z=1.5+2.5=4.0mm 粗铣后尺寸：H1=195+1.5=196.5mm 毛坯尺寸：H2=195+4.0=199.0mm 3 左外侧面：最大尺寸：410mm 半精加工余量：Z2=1mm 粗加工余量：Z1=2mm 毛坯余量：Z=1+2=3m 粗铣后尺寸：H1=195+1=196mm 毛坯尺寸：H2=195+3=198mm 半精铣加工尺寸：H=65+0.7=65.7mm 粗铣加工余量：H=65+2.2=67.2mm 4 右外侧面：最大尺寸：410mm 半精加工余量：Z2=1mm 粗加工余量：Z1=2mm 毛坯余量：Z=1+2=3m 粗铣后尺寸：H1=195+1=196mm 毛坯尺寸：H2=195+3=198mm 半精铣加工尺寸：H=65+0.7=65.7mm 粗铣加工余量：H=65+2.2=67.2mm 4.1.2 孔加工
本零件上的孔直径均小于50，求成批生产，所以零件的孔不预先铸出。 1粗镗、半精镗顶面孔190，孔90，孔85，孔80 粗镗至187 半精镗至190 粗镗至83 半精镗至85 粗镗至88 半精镗至90 粗镗至78 半精镗至φ80 2 钻、铰孔30和孔21，镗内孔35 先钻孔至18 铰孔至21 先钻孔至28，深度5mm 铰孔至21,深度5mm 镗内孔至33，深度6mm 镗内孔至35，深度6mm 3 在箱体顶面钻、攻16-M18，钻深18攻深15的螺纹孔
钻孔至17，深度18mm，对孔进行攻螺纹至18×1.5，深度15mm 4 在两18孔表平面各钻、攻3-M8，钻深19攻深14，均布螺纹孔 钻孔至7，深度18mm，对孔进行攻螺纹至8×1，深度15mm 5 在孔80平面各钻、攻2-M6，钻深17攻深13，均布螺纹孔
钻孔至5.2，深度17mm，对孔进行攻螺纹至6×1，深度13mm 6 在孔190平面各钻、攻6-M8，钻深22攻深18，均布螺纹孔
钻孔至7，深度22mm，对孔进行攻螺纹至8×1，深度18mm 7 粗镗、半精镗顶面孔190，孔90，孔85，孔80 粗镗至187 半精镗至190 粗镗至83 半精镗至85 粗镗至88 半精镗至90 粗镗至78 半精镗至80 8 钻、铰孔30和孔21，镗内孔35 先钻孔至18 铰孔至21 先钻孔至28，深度5mm 铰孔至21,深度5mm 镗内孔至33，深度6mm 镗内孔至35，深度6mm 9 在箱体底面钻、攻4-M16，钻深33攻深25的螺纹孔
钻孔至14.5，深度33mm，对孔进行攻螺纹至16×1.5，深度25mm 10 钻、攻8-M8，钻深18攻深15螺纹孔
钻孔至7，深度18mm，对孔进行攻螺纹至8×1，深度15mm 11 在孔190平面各钻、攻6-M8，钻深22攻深18，均布螺纹孔
钻孔至7，深度22mm，对孔进行攻螺纹至8×1，深度18mm 10 在箱体左侧面钻、攻12-M8，钻深17攻深15的螺纹孔
钻孔至7，深度7mm，对孔进行攻螺纹至8×1，深度15mm 11 钻沉孔23mm，钻、攻2-M16×1.5螺纹孔
钻孔至23，深度3mm 钻孔至14.5，对孔进行攻螺纹至φ16×1.5 12 在箱体上侧面钻沉孔22和37，钻、攻2-M16，钻深45攻深37的螺纹孔
钻孔至22，深度7mm 钻孔至37，深度1mm 钻孔至10.7，深度45mm，对孔进行攻螺纹至12×1.25，深度15mm 4.2 切削用量的选择
正确的选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的工具耐用度和经济性，保证加工质量，具有相当重要的作用。
4.2.1 粗加工切削用量的选择原则
粗加工时，加工精度与表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大。因此，
选择粗加工切削用量时，要尽量保证较高的单位时间金属切除量(金属切除率)和必要的刀具耐用三要素(切削速度V、进给量F和切削深度αp)中，提高任何一项，都能提高金属切削率。但是对刀具耐用度影响最大的是切削速度，其次是进给量。切削深度影响最小。所以，粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的切削深度αp，其次选择一个较大的进给量F，最后确定一个合适的切削速度V。
4.2.2 精加工时切削用量的选择原则
精加工时加工精度和表面质量要求比较高，加工余量要求小而均匀。因此，选取精加工切削用量时应着重考虑，如何保证加工质量，并在此前提下尽量提高生产率。所以，在精加工时，应选用较小的切削深度αp和进给量F，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度V，以保证加工质量和表面质量[4]。
4.2.3 工时定额的确定(单件时间定额)
TdTjTfwTxTf
(4-1)
其中： Td____单件时间
Tj____基本时间 Tf____辅助时间
Tfw1————工作地点技术时间 Tfw2____工作地点组织时间 Tx____休息及身体需要时间
基本时间与辅助时间之和称之为工序时间，以Tg表示，即Tg=Ti+Tf
工作地点技术要求服务时间和组织服务时间由时同成为工作地点服务时间，以Tw表示。
由于后桥箱是成批生产零件，须对整个零件的时间定额计入准备结束时间TZ因此成批生产中加工一批零的总时间为：
TpTdPTz
(4-2)
其中：Tp____加工一批零件的时间定额
P____批中的零件数量
Tz____准备结束时间可查表得之
因而单间总时间定额Th为：
ThTp/PTdTz/P
(4-3)
4.2.4 确定切削用量及基本工时
4.2.4.1 粗铣凹槽
加工条件：X53T立式铣床，立铣刀，YT15刀片。根据铣削宽度及深度，查表得：d070mm，齿数Z=16，专用卡具。
1.确定背吃刀量
由毛坯图已知铣削宽度ae20mm，铣削深度
ap7mm。
2.确定每齿进给量
取fz0.09~0.18mm/z
3.选择铣刀磨钝标准及耐用度 根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后面最大磨损量为0.4mm;耐用度T=150min。
4.确定切削速度和工作台每分钟进给量 根据《切削手册》表3.27，
ap7mm,qv0.7,xv0.3,yv0.2,uv0.5,pv0.3,m0.25,kv1.1。
vcCvd0vkvTmqaxvpayvfauvwZpv
(4-4) vc4070150ns0.250.71.10.270.3160.30.12200.518.59(m/min)
1000vc100018.593.14707084.6(r/min)
根据《工艺手册》表4.2-39。取与84.6m/min相近的主轴转速
nw90r/min。
实际切削速度v19.8m/min
工作台每分钟进给量为fM0.121660115.2mm/min，根据《工艺手册》
z表4.2-40，取X53T铣床与115.2mm/min相近的进作台进给量fM110mm/min
z则实际的每齿进给量为
fMz11016600.115mm/z
5.计算基本时间 l70mm,l1l235mm,fM0.115mm/min
ztb7035115.20.91(min)
4.2.4.2 半精铣凹槽
加工条件：X53T立式铣床，立铣刀，YT15刀片。根据铣削宽度及深度，查表得：d060mm，齿数Z=18，专用卡具。
1.确定背吃刀量
由毛坯图已知铣削宽度ae20mm，铣削深度
ap7mm。
2.确定每齿进给量
取fz0.09~0.18mm/z
3.选择铣刀磨钝标准及耐用度 根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后面最大磨损量为0.2mm;耐用度T=120min。
4.确定切削速度和工作台每分钟进给量 根据《切削手册》表3.27，
ap7mm,qv0.7,xv0.3,yv0.2,uv0.5,pv0.3,m0.25,kv1.1。
根据公式(4-4)得：
vc40701200.250.71.10.270.3180.30.12200.518.89(m/min)
ns1000vc60100018.893.1460100.3(r/min)
根据《工艺手册》表4.2-39。取与100.3r/min相近的主轴转速 nw112r/min。
实际切削速度v21.1m/min
工作台每分钟进给量为fM0.121860129.6mm/min，根据《工艺手册》
z表4.2-40，取X53T铣床与129.6mm/min相近的进作台进给量
fMz110mm/min
则实际的每齿进给量为fMz11018600.102mm/z
5.计算基本时间 l70mm,l1l235,fM0.102mm/min
ztb7035129.60.81(min)
4.3 本章小结
本章先查表确定毛坯的加工余量和工序余量，具体分别计算了各平面和各孔的加工余量。接着说明了粗加工和精加工切削用量的选择原则。最后进行一系列的计算确定切削用量和基本工时。
三林桥梁病害维修施工工艺流程
一、长青路川杨河桥
1、
梳齿型伸缩缝更换
维修前
钢板打开
混凝土凿处
现在作业状况
锚栓在钢板上焊接成整体
锚栓骨架槽内定位
锚栓骨架焊接
混凝土拌合
混凝土浇筑
防水板和不锈钢垫板安装
钢板安装
完工
2、
螺栓灌注环氧
锚孔未灌注前
灌注后
3、
齿缝填充
齿缝未填充前
填充后
二、环林东路三林塘港桥
1、北桥台西侧挡墙裂缝灌浆处理
维修前
打磨
钻孔
清洗
清洗完毕
封缝胶拌和
安装注浆咀封闭裂缝
胶水拌合
压注环氧
完工
2、北桥头西侧桥铭牌维修
维修前
铭牌凿除
基础凿除完毕
植筋
混凝土浇筑
收面
完工
金属热处理的工艺过程介绍 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。
加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。
金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。
，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致， 使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。
钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。
退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。
淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。
“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理;在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。
使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。
不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。
热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能 ，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。
例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性 寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高;另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢 ;工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。
微生物发酵制药 -----总体工艺过程流程
工业微生物技术是可持续发展的一个重要支撑，是解决资源危机、生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托。工业微生物的发展使现代生物技术渗透到包括医药、农业、能源、化工、环保等几乎所有的工业领域，并扮演着重要角色。欧美日等国已不同程度地制定了今后几十年内用生物过程取代化学过程的战略计划，可以看出工业微生物技术在未来社会发展过程中重要地位。
微生物制药技术是工业微生物技术的最主要组成部分。微生物药物的利用是从人们熟知的抗生素开始的，抗生素一般定义为：是一种在低浓度下有选择地抑制或影响其他生物机能的微生物产物及其衍生物。(有人曾建议将动植物来源的具有同样生理活性的这类物质如鱼素、蒜素、黄连素等也归于抗生素的范畴，但多数学者认为传统概念的抗生素仍应只限于微生物的次级代谢产物。)近年来，由于基础生命科学的发展和各种新的生物技术的应用，报道的微生物产生的除了抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，如特异性的酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性已超出了抑制某些微生物生命活动的范围。但这些物质均为微生物次级代谢产物，其在生物合成机制、筛选研究程序及生产工艺等方面和抗生素都有共同的特点，但把它们通称为抗生素显然是不恰当的，于是不少学者就把微生物产生的这些具有生理活性(或称药理活性)的次级代谢产物统称为微生物药物。
微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。可以认为包括五个方面的内容：
第一方面 菌种的获得
根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买;从大自然中分离筛选新的微生物菌种。
1.分离思路：新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。具体分离操作从以下几个方面展开。 2.定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。 3.采样：有针对性地采集样品。
4.增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。 5.分离：利用分离技术得到纯种。
6.发酵性能测定：进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。
第二方面 高产菌株的选育
工业上生产用菌株都是经过选育过的。工业菌种的育种是运用遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位的改造。通过改造，可使现存的优良性状强化，或去除不良性质或增加新的性状。
工业菌种育种的方法：诱变、基因转移、基因重组。
育种过程包括下列3个步骤： (1)在不影响菌种活力的前提下，有益基因型的引入。(2)希望基因型的选出。(3)改良菌种的评价(包括实验规模和工业生产规模)。
选择育种方法时需综合考虑的因素(1)待改良性状的本质及与发酵工艺的关系(例如分批或者连续发酵试验);(2)对这一特定菌种的遗传和生物化学方面认识的明了程度;(3)经济费用。如果对特定菌种的基本性状及其工艺知晓甚少，则多半采用随机诱变、筛选及选育等技术;如果对其遗传及生物化学方面的性状已有较深的认识，则可选择基因重组等手段进行定向育种。
工业菌种具体改良思路：(1)解除或绕过代谢途径中的限速步骤(通过增加特定基因的拷贝数或增加相应基因的表达能力来提高限速酶的含量;在代谢途径中引伸出新的代谢步骤，由此提供一个旁路代谢途径。) (2)增加前体物的浓度。 (3)改变代谢途径，减少无用副产品的生成以及提高菌种对高浓度的有潜在毒性的底物、前体或产品的耐受力。(4)抑制或消除产品分解酶。 (5)改进菌种外泌产品的能力。(6)消除代谢产品的反馈抑制。如诱导代谢产品的结构类似物抗性。
第三部分 菌种保藏技术 转接培养或斜面传代保藏; 超低温或在液氮中冷冻保藏;
土壤或陶瓷珠等载体干燥保藏。 第四部分 发酵工艺条件的确定 微生物的营养来源
能源，自养菌：光;氢，硫胺;亚硝酸盐，亚铁盐。异养菌：碳水化合物等有机物，石油天然气和石油化工产品，如醋酸。
碳源，碳酸气;淀粉水解糖，糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等，石油、正构石蜡，天然气，醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品
氮源，豆饼或蚕蛹水解液，味精废液，玉米浆，酒糟水等有机氮，尿素，硫酸铵，氨水，硝酸盐等无机氮，气态氮
无机盐，磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等其他矿盐，铁、锰、钴等微量元素等 特殊生长因子，硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇等
培养基的确定
(1)首先必须做好调查研究工作，了解菌种的来源、生活习惯、生理生化特性和一般的营养要求。工业生产主要应用细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类微生物。它们对营养的要求既有共性，也有各自的特性，应根据不同类型微生物的生理特性考虑培养基的组成。 (2)其次，对生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，代谢产物的化学性质、分子结构、一般提取方法和产品质量要求等也需要有所了解，以便在选择培养基时做到心中有数。 (3)最好先选择一种较好的化学合成培养基做基础，开始时先做一些摇瓶实验;然后进一步做小型发酵罐培养，摸索菌种对各种主要碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。注意培养过程中的pH变化，观察适合于菌种生长繁殖和适合于代谢产物形成的两种不同pH，不断调整配比来适应上述各种情况。
(4)注意每次只限一个变动条件。有了初步结果以后，先确定一个培养基配比。 其次再确定各种重要的金属和非金属离子对发酵的影响，即对各种无机元素的营养要求，试验其最高、最低和最适用量。在合成培养基上得出一定结果后，再做复合培养基试验。最后试验各种发酵条件和培养基的关系。培养基内pH可由添加碳酸钙来调节，其他如硝酸钠、硫酸铵也可用来调节。
(5)有些发酵产物，如抗生素等，除了配制培养基以外，还要通过中间补料法，一面对碳及氮的代谢予以适当的控制，一面间歇添加各种养料和前体类物质，引导发酵走向合成产物的途径。
(6)根据经济效益选择培并基原料 考虑经济节约，尽量少用或不用主粮，努力节约用粮，或以其他原料代粮。糖类是主要的碳源。碳源的代用品主要是寻找植物淀粉、纤维水解物，以废糖蜜代替淀粉、糊精和葡萄糖，以工业葡萄糖代替食用葡萄糖;石油作为碳源的微生物发酵也可以生产以粮食为碳源的发酵产品。有机氮源的节约和代替主要为减少或代替黄豆饼粉、花生饼粉、食用蛋白胨和酵母粉等含有丰富蛋白质的原料为目标，代用的原料可以是棉籽饼粉、玉米浆、蚕蛹粉、杂鱼粉、黄浆水或麸汁、饲料酵母、石油酵母、骨胶、菌体、酒糟，以及各种食品工业下脚料等。这些代用品大多蛋白质含量丰富，价格低廉，便于就地取材，方便运输。
培养工艺的确定：
培养条件：温度、pH值、氧、种龄、接种量、温度
工业微生物的培养法分为静置培养和通气培养两大类型。
静置培养法即将培养基盛于发酵容器中，在接种后，不通空气进行发酵，又称为厌氧性发酵。通气培养法的生产菌种以需氧菌和兼性需氧菌居多，它们生长的环境必须供给空气，以维持一定的溶解氧水平，使菌体迅速生长和发酵，又称为好气性发酵。
在静置和通气培养两类方法中又可分为液体培养和固体培养两大类型，其中每一类型又有表面培养与深层培养之分。
关于液体深层培养：
用液体深层发酵罐从罐底部通气，送入的空气由搅拌桨叶分散成微小气泡以促进氧的溶解。这种由罐底部通气搅拌的培养方法，相对于由气液界面靠自然扩散使氧溶解的表面培养法来讲，称为深层培养法。特点是容易按照生产菌种对于代谢的营养要求以及不同生理时期的通气、搅拌、温度、与培养基中氢离子浓度等条件，选择最佳培养条件。
深层培养基本操作的3个控制点
①灭菌：发酵工业要求纯培养，因此在发酵开始前必须对培养基进行加热灭菌。所以发酵罐具有蒸汽夹套，以便将培养基和发酵罐进行加热灭菌，或者将培养基由连续加热灭菌器灭菌，并连续地输送于发酵罐内。②温度控制：培养基灭菌后，冷却至培养温度进行发酵，由于随着微生物的增殖和发酵会发热、搅拌产热等，所以为维持温度恒定，须在夹套中以冷却水循环流过。 ③通气、搅拌：空气进入发酵罐前先经空气过滤器除去杂菌，制成无菌空气，而后由罐底部进人，再通过搅拌将空气分散成微小气泡。为了延长气泡滞留时间，可在罐内装挡板产生涡流。搅拌的目的除了溶解氧之外，可使培养液中微生物均匀地分散在发酵罐内，促进热传递，以及为调节pH而使加入的酸和碱均匀分散等。
第五部分 发酵产物的分离提取 提取方法： 过滤 离心与沉降 细胞破碎 萃取
吸附与离子交换 色谱分离
沉析(盐析、有机溶剂沉析、等电点等) 膜分离 结晶 干燥
分离提取过程的几个注意的问题： 水质
热源去除(石棉板吸滤、活性碳吸附、过离子交换柱) 溶剂回收 废物处理 生物安全性
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