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篇（1）

S10缸體鑄件材質為HT250，毛坯重約42kg，重量偏差按照GB/T11351—1989的MT8執(zhí)行。缸體一般壁厚4+0.8-0.5mm，鑄件尺寸公差按GB/T6414—1999的CT8，毛坯缸孔壁厚差要求加工余量要求：2.5mm±0.5mm。可見，缸體基本屬于薄壁輕量化設計，且尺寸精度要求較高。鑄造工藝設計時應主要考慮立澆工藝，并考慮冷芯為主，以保證其要求的精度。

1.2水套結構分析與措施

水套芯結構特點：①水套芯總高97.5mm，一般厚度5～8mm；②水套芯左端下部有特殊的異形結構。水套芯可能出現(xiàn)異形處變形、斷芯，從而影響該處壁厚和尺寸；另外，該異形處存在清砂難度。因此，水套芯應采用強度較高的熱芯；水套芯異形處應采用特殊涂料和工藝，以保證該處不發(fā)生粘砂和易于出砂。同時，選擇底注立澆工藝方案，鐵液平穩(wěn)上升、平穩(wěn)充型，對整個水套芯的沖擊相對于臥澆工藝方案要小很多。

1.3油道結構分析與措施

S10缸體外形單側有2根油道芯，兩側基本對稱，共有4根油道芯。特點是：①油道芯細長，長度266mm，貫穿缸體上下面；②截面單薄，彎曲程度大，在澆注過程中易變形或斷裂。因此，油道芯應采用較高強度的熱芯；同時為防止和減少熱變形，應選用高強度低膨脹的芳東覆膜砂。此外，選擇底注立澆工藝方案對細長油道芯受鐵液沖擊相對于臥澆工藝方案要好很多。

2S10缸體鑄造工藝設計

2.1立澆工藝方案選擇

依據(jù)對S10缸體水套芯和油道芯結構分析，依據(jù)對立澆工藝和臥澆工藝在充型時水套芯與油道芯的受力分析，決定選用：缸孔朝上，底注立澆工藝方案。S10缸體鑄件工藝如圖9；砂芯構成如表4；水套芯和油道芯用芳東覆膜砂，見表5。水套芯異形處實施3層涂料：先刷一層鋯英涂料，表干后水套芯整體浸涂水基石墨涂料，最后在異形處再刷鋯英涂料。

3試制結果

采用前述工藝措施，按調整后的澆注系統(tǒng)，對熱節(jié)的3個工藝方案均進行了調試。此外，經(jīng)鑄件解剖表明：水腔清潔，水套異形處光滑無粘砂；水套芯和缸筒芯形成的缸孔壁厚均勻，經(jīng)檢測缸孔壁厚差Δδ≤1.0mm；油道芯未發(fā)生斷裂和漂浮，油道壁厚正常。對于熱節(jié)處采用的3個方案，經(jīng)外觀檢查和解剖，均未見縮孔和縮松缺陷。鑄件經(jīng)多次加工和加工后解剖表明：尺寸合格，壁厚正常。對熱節(jié)處的3個工藝方案，為穩(wěn)定和確保熱節(jié)處無收縮缺陷，今后可優(yōu)先選用無冒口的方案1，其次是另2個方案。

4結論

（1）S10缸體水套芯單薄，有異形結構；油道芯貫穿缸體上下平面，細長而彎曲。采用底注立澆工藝，鐵液平穩(wěn)上升，對水套芯和油道芯的沖擊小。有利于防止水套芯受沖擊變形，保證缸孔壁厚均勻；也有利于防止油道芯漂芯和斷芯，保證油道壁厚正常。

（2）水套芯和油道芯設計為熱芯，并選用含較大比例寶珠砂的高強度低膨脹的芳東覆膜砂，有利于防止在高溫鐵液作用下因膨脹而發(fā)生的變形，有益于保證缸孔壁厚均勻和油道壁厚正常。水套芯異形結構處實施3層涂料，使不易清理的該處光滑潔凈無粘砂。

篇（2）

二、正確處理工程質量與工程造價之間的關系

1.關系分析

在經(jīng)濟學理論中，我們還可以用質量成本這一概念，來詳細闡述工程質量與造價之間的緊密聯(lián)系。

（1）內部故障成本

這部分成本費用主要是指工程施工過程中，由于缺陷問題以及處理缺陷問題的總資金投入。例如：事故處理費用、停工損失費用以及減產(chǎn)損失費用等等。

（2）外部故障成本

這部分成本費用主要指在工程施工結束并投入運營以后，再次發(fā)生質量缺陷問題并進行處理所需資金投入。例如：保修費用、折價損失費用以及申訴費用等等。

（3）鑒定成本

這部分成本費用主要是指對產(chǎn)品鑒定所需費用總和。例如：材料檢驗費用、工序檢驗費用等等。

（4）預防成本

這部分成本費用主要是是指為了使故障成本以及鑒定成本降低所花費用，包括了管理培訓費、質量改進措施費、新工藝評審費等。其中，控制成本屬于質量保證費用，與工程質量水平之間成正比關系，當工程質量越高時，控制成本也會增加；而故障成本則屬于損失性費用，與工程質量水平之間成反比關系，當工程質量越高時，故障成本會降低。它們之間的關系。從經(jīng)濟角度出發(fā)，最佳的工程質量水平應在圖中Qm點附近。當實際工程質量水平Q＜Qm時，應采取各種預防措施和保證工程質量的措施，以提高質量標準，使之能向Qm靠近；當實際工程質量水平Q＞Qm時，則應適量放寬質量標準，使工程造價降低，使之向Qm靠近。因此，在我國當前的工程項目管理中，迫切需要的是降低建筑工程的故障成本。然而，這部分成本因素當工程質量不存在缺陷時，則會隨之消失。

2.如何正確處理兩者之間的關系

基于以上辯證統(tǒng)一性分析和所得出的成本質量理論，為了更好的處理工程質量與造價之間的關系，在建設工程中，應積極貫徹技術與經(jīng)濟相結合的原則，在保證工程質量的同時，實現(xiàn)對工程造價更好的控制。這就要求建設企業(yè)應深入分析工程的功能特點和實際需要，以合理的確定質量標準。

（1）材料的管理

在工程項目施工過程中，因材料費用支出所占據(jù)的施工成本一般可達到70%以上，其中與質量直接相關的材料占65%以上，與質量間接相關的也占30%以上。在材料采購過程中，與質量直接相關、權重較大、市場價格較透明的材料,比如鋼筋、水泥等，應在品質保證的前提下，采取批量購入，以盡量降低材料采購的價格；與質量間接相關、以周轉材料為主的，比如模板、腳手架，應全面比選材料市場的供應情況及價格高低，從中選擇質量有保證、價格低廉，周轉次數(shù)多的，以減少攤銷；對于暴露在外觀以及使用頻率較高的易磨損的材料，如外墻磚瓷、水電安裝主材，應以質量優(yōu)先，或者選擇保修期較長的材料或設備，方可以降低缺陷率和返修率，直接降低故障成本。應當在施工過程中積極推廣新材料、新工藝和新技術，在保證工程質量的基礎上，通過新工藝方法的應用來減少材料的耗用，以一定的激勵機制提倡合理降低材料損耗率。

（2）機械與人力的管理

在保證質量的基礎上，應力求用較小的機械與人力消耗完成施工任務。首先，在施工過程中，應結合施工方案選擇出最適合工程項目施工特點的機械與設備，并做好在各工序、各工種機械設備施工的組織工作，以最大化的提高機械設備的使用效率。對于勞動力和機械都能完成的工序，應盡可能采用機械為主人力配合的現(xiàn)代化機械施工技術，有利于施工標準化、成果規(guī)范化，提高時間效率同時工程質量得到保證、管理成本得到降低；其次，應做好機械設備在施工期間的維護與保養(yǎng)工作，使機械設備能始終保持良好的工作狀態(tài)，能隨時的正常運轉以滿足工程的建設需要，并且通過維護與保養(yǎng)工作也能最大化降低施工成本中機械的折舊費用；最后，應加強對人員的培訓工作，通過不斷提高其綜合業(yè)務素質與操作水平，使整個項目的人力管理和機械操作都能按照規(guī)范要求進行，以防止因誤操作所帶來設備損壞和質量事故的發(fā)生。同時，在整個施工過程中，都應想方設法的減少和避免無效管理與無效勞動，將降低工程造價的理念滲透到每一個施工管理環(huán)節(jié)當中。

（3）專業(yè)分包的管理

對于總承包建筑施工單位，應合理的進行專業(yè)分包，即可以分擔質量風險，又可以減輕資金壓力。對于機械設備投入大部分項目工程，如樁基礎工程、垂直運輸?shù)确职o有專業(yè)資格的承包商，雖然利潤受到一定影響，但不必承擔設備購買、減值及維護等資金壓力和質量風險。對于技術性強的關鍵工序，也可以進行分包，比如卷材防水、玻璃幕墻等，缺乏長期訓練有素的專業(yè)工人和管理人員施工操作，這些工序經(jīng)常會留下遺患，造成不必要的返工和返修。

篇（3）

1.2鑄造縮松對曲軸疲勞強度的影響已有研究資料中報道某廠曲軸曾大量出現(xiàn)斷裂問題。從曲軸外觀上觀察得知，導致斷裂的主要原因是在曲軸連桿軸頸位置有鑄造縮松問題，且肉眼可見。分析其成因是：在冷鐵供應存在問題的條件下，曲軸造型省略了補縮所使用的冷鐵。在恢復冷鐵工藝后，曲軸鑄造縮松問題得到了圓滿的解決。由此可見，鑄造縮松對于曲軸疲勞強度的影響是非常顯著的。

1.3黑色帶層及灰斑對曲軸疲勞強度的影響在常規(guī)工藝條件下，球墨鑄鐵曲軸斷口多呈現(xiàn)出灰色或銀灰色，曲軸本體以及抗拉試棒斷口同樣應當有此類表現(xiàn)。對于黑色帶層問題而言，其主要是受到灰斑在疲勞試驗曲軸軸頸往復式運動的影響而形成的，而灰斑的產(chǎn)生則主要是受到了鐵水中硅偏析的影響。以往研究中在對某批次球墨鑄鐵曲軸進行疲勞試驗的過程當中發(fā)現(xiàn)曲軸斷面出現(xiàn)了異常的黑色層以及灰斑。雖然此種問題在球墨鑄鐵曲軸中相對比較少見，但同樣屬于內部缺陷的一種表現(xiàn)形式，此問題的出現(xiàn)導致了曲軸疲勞強度受到不良影響，有黑色帶層或灰斑問題的曲軸在正常使用過程當中可能提前出現(xiàn)疲勞裂紋，導致抗疲勞強度的下降。

2熱處理工藝對球墨鑄鐵曲軸疲勞強度的影響分析

2.1正火和中頻淬火工藝對曲軸疲勞強度的影響已有研究中顯示，對于球墨鑄鐵曲軸而言，在經(jīng)過高溫正火處理后，能夠將其中所存在的游離狀態(tài)滲碳體消除掉，從而能夠起到調整基體中鐵素體以及珠光體形態(tài)，以及兩者構成比例的目的。通過這種方式，使球墨鑄鐵曲軸的綜合力學性能得到了提升，促進了抗疲勞強度的改善。同時，在球墨鑄鐵曲軸制造過程當中，通過進行中頻淬火處理的方式，能夠使球墨鑄鐵曲軸表面形成具有一定深度的淬硬層，其對于改善曲軸自身耐磨性能有重要意義。但也有研究中認為：傳統(tǒng)的非圓角淬火工藝下會導致曲軸淬火區(qū)與非淬火區(qū)交界位置產(chǎn)生失衡且反向的應力關系，并對疲勞強度造成不良影響。因此，在引入中頻淬火工藝的過程當中，需要盡量選擇圓角淬火工藝，達到滿意的處理效果。

2.2等溫淬火工藝對曲軸疲勞強度的影響在球墨鑄鐵曲軸的生產(chǎn)過程當中，通過應用等溫淬火工藝的方式，能夠使曲軸獲得主要的貝氏體成分，同時還可形成一定的馬氏體組織以及殘余奧氏體組織，力學性能上具有較高的強度以及韌性水平。已有研究資料中報道，針對受到化學成分偏離影響而造成球墨鑄鐵曲軸疲勞強度的不足的問題，通過應用等溫淬火工藝的方式，解決了曲軸在熱處理上的質量問題。等溫淬火工藝的應用除了對改善球墨鑄鐵曲軸疲勞強度水平以外，還對提高曲軸自身耐磨性有重要價值，由此也有效延長了曲軸的使用壽命，綜合效益確切。

2.3氧氮化工藝對曲軸疲勞強度的影響從化學處理的角度上來說，在球墨鑄鐵曲軸的制造生產(chǎn)工藝中，通過對曲軸進行氧氮化處理的方式，能夠使曲軸表面獲得具有高氮特點的化合物層，同時還可形成具有飽和特點的氧擴散層。受到氧成分以及氮成分滲入的影響，使得球墨鑄鐵曲軸表面層的化學成分發(fā)生改變，與之相對應的顯微結構也有了非常顯著的提升趨勢，曲軸整體的耐磨性能以及耏疲勞性能均得到了有效的改善。需要注意的一點是，對于經(jīng)過氧氮化處理的球墨鑄鐵曲軸而言，其抗疲勞水平的提高很大程度上會受到氧化層擴散水平的影響，在氮化處理后快速冷卻，并在擴散層中形成飽和固溶體，或是形成高水平的殘余壓應力都能夠促進疲勞強度的提高。正是由于在氧氮化工藝處理下，曲軸表面能夠形成較深的擴散層，故而對延長球墨鑄鐵使用壽命也有相當重要的意義與價值。

篇（4）

《鑄造技術》創(chuàng)刊于1979年，是中國鑄造協(xié)會會刊，中文核心期刊，中國科技核心期刊，國內外公開發(fā)行。《鑄造技術》是一本集中報導我國鑄造領域先進科研成果、實用工藝技術、生產(chǎn)管理經(jīng)驗以及鑄造行業(yè)發(fā)展動態(tài)的綜合性科技期刊。覆蓋鑄鐵、鑄鋼和有色合金鑄造等整個鑄造工業(yè)領域。《鑄造技術》是西安市科學技術協(xié)會主管，中國鑄造協(xié)會主辦的期刊。國際刊號：ISSN: 1000-8365，國內統(tǒng)一刊號：CN：61-1134/TG。雜志內容主要由鑄造材料研究和鑄造成型工藝兩大板塊組成。前者主要設置：材料開發(fā)、材料改性、材料保護、材料失效分析等4各欄目；后者主要設置：今日鑄造、工藝技術、生產(chǎn)技術、經(jīng)驗交流、行業(yè)動態(tài)（信息）等欄目。此外，為了擴大鑄造工作者的視野，了解和借鑒與之相關專業(yè)的技術研究成果和發(fā)展動態(tài)，改版后的《鑄造技術》雜志還開設了實用成型技術、設備改造及鑄件加工等欄目。

為了進一步辦好《鑄造技術》雜志，更好地為科研、生產(chǎn)及廣大讀者服務，促進我國鑄造行業(yè)的科技交流與技術進步，熱誠歡迎廣大從事鑄造科研、生產(chǎn)和管理的工作者踴躍投稿。現(xiàn)將有關投稿事宜重申如下：

1. 本刊主要刊登鑄造材料、鑄造工藝、鑄造管理、鑄造市場與信息方面的試驗研究論文和技術報告；具有較大推廣應用價值的工藝技術改進、設備改造、檢測方法等的經(jīng)驗介紹；內容充實、結合國情的技術評述和討論等。理論聯(lián)系實際，普及與提高并重。

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篇（5）

    鑄造過程是一個液態(tài)金屬充填鑄型型腔的過程,本次介紹的是不包括液態(tài)金屬流過型腔并且冷卻的過程,不考慮液體流動過程,僅僅是模擬在金屬液體全部充滿后冷卻的過程,這個過程是包含了許多對鑄件質量有重要影響的物理過程和現(xiàn)象。在長期的生產(chǎn)實踐中由于缺乏考察這一過程,并且對整個冷卻凝固過程沒有確切的數(shù)據(jù)說明,只能依靠設計者的經(jīng)驗積累和現(xiàn)場試驗,因此阻礙了鑄造行業(yè)的發(fā)展。如果能對鑄造過程進行模擬,對優(yōu)化鑄造工藝,預測和控制鑄件質量和各種逐漸缺陷以及提高生產(chǎn)效率都非常重要。凝固過程溫度場數(shù)值模擬可以實現(xiàn)以下目的:提供澆注沖型時序圖,凝固過程可視化,預測縮孔,縮松等宏觀缺陷,為預測鑄造應力,微觀組織等提供基礎數(shù)據(jù),分析評價并通過控制凝固條件優(yōu)化鑄造工藝,減少工藝準備失誤率,縮短試制周期,降低試制成本。所以對鑄造模型的溫度場的模擬是十分有必要且意義重大。

    鑄造過程的溫度場的模擬主要取決于熱傳導的問題,這個過程主要是液態(tài)鑄件的冷卻凝固過程與鑄型的溫度不斷上升的過程,此過程為熱傳導,所以對于溫度場的模擬主要抓住熱傳導理論。對于具體問題要具體對待,對于熱傳導問題主要考慮對流散熱系數(shù)的選取,也就是邊界條件,其中邊界條件分三類:

    第一類邊界條件----溫度邊界條件,即物體與外界接觸周界的溫度已知。這類邊界條件稱為狄利克萊問題。

    第二類邊界條件----導熱邊界條件,即物體邊界在法線方向上的比熱流量已知。這類邊界條件成為牛曼問題。

    第三類邊界條件----熱交換邊界條件,即在邊界上已知物體與外部介質的熱交換情況。設邊界外周圍介質的溫度為T已知,介質與物體之間的熱交換系數(shù)為α,物體的熱傳導系數(shù)為λ,則在邊界上的熱交換條件為:

    此類邊界問題又稱為勞平問題。高溫零件的受熱邊界大多屬于第三類邊界條件。所以本次鑄造過程的溫度場的數(shù)值模擬所施加的邊界條件為第三類邊界條件。

    下面就本次模擬的過程以及分析過程詳細說明名如下,其中主要是在Ansys中的分析。

篇（6）

 

脲醛呋喃樹脂是呋喃樹脂系列產(chǎn)品中的一種，是自硬呋喃樹脂砂中應用范圍最廣、應用量最大的一類樹脂。它是糠醇和尿素甲醛的反應產(chǎn)物，其耐熱性、耐水性、耐化學腐蝕性極強，對酸、堿、鹽和有機溶液有優(yōu)良的抵抗力。脲醛呋喃樹脂的一個重要用途是在機械工業(yè)的鑄造工藝中作砂芯粘結劑，特別適用于大規(guī)模的、大批量的機械制造，如航空、汽車、內燃機、柴油機、縫紉機等的生產(chǎn)[1-3]。可根據(jù)不同要求生產(chǎn)不同含氮量的呋喃樹脂，以滿足鑄鋼、鑄鐵和其他有色金屬鑄造工藝的要求。在一定范圍內，隨著含氮量增加，以脲醛呋喃樹脂配制的自硬砂的常溫強度相應提高。實踐證明,用含氮量13%的樹脂配制的自硬砂，其高溫強度只有含氮量為7%～8%的樹脂的1/2左右[4]。而脲醛呋喃樹脂中的含氮量，一般采用克氏定氮法[4]，方法繁瑣，費時較長，不利于快速分析的要求。

本文利用氣相色譜法對脲醛呋喃樹脂中氮的含量進行了分析，并建立了測定方法。該方法簡捷、快速、重現(xiàn)性好、準確度高，克服了常規(guī)法的繁瑣不便，可很好地滿足快速分析的要求。

1. 實驗部分

1.1 儀器與試劑

GC-910F氣相色譜儀（上海科創(chuàng)色譜儀器公司）；TCD(熱導池檢測器)；2.1mm×1.5m不銹鋼柱（內填四乙烯五銨/403載體）。呋喃樹脂“標樣”為用化學法測得氮含量的樹脂樣品，所用其他試劑均為分析純試劑。

1.2 色譜條件

載氣(H2)0.05MPa；進樣口溫度310℃，柱溫105℃，檢測溫度115℃。

1.3 實驗方法

1.3.1 定性分析：采用已知樣保留值對照法，確定被測樣品中確有氨峰（tR = 0.30 min）。科技論文。

1.3.2 定量分析：在10mL容量瓶中，分別用移液管移取5.00mL樹脂標樣 (1#-5#)，加入20%NaOH水溶液至刻度，搖勻待用。科技論文。在1.2色譜條件下進樣1.5μL，用外標法計算，繪制工作曲線。

2 結果與討論

2.1 定性分析

按1.2色譜條件分別實驗了氨水(A)、水(B)、20%NaOH + Na2SO4水溶液(C)、20%NaOH + (NH4)2SO4水溶液(D)、20%NaOH + 呋喃樹脂(E)，結果見表1。

篇（7）

（1）鑄件綜合質量差 

我國有色金屬合金鑄件綜合質量差異較大，在外觀和內在質量等方面都與世界標準有一定距離，另外加工生產(chǎn)過程中加工率低、加工余量大，生產(chǎn)資源浪費嚴重。導致這些問題存在的原因主要是因為我國金屬鑄造身纏設別和工藝均比較落后。 

（2）鑄造工藝裝備基礎條件差 

造成我國有色金屬鑄造業(yè)發(fā)展受阻的主要原因是鑄造工藝設備和基礎設施不配套，加上生產(chǎn)條件苛刻，均在一定程度上影響了金屬鑄件的質量和發(fā)展。這些問題具體表現(xiàn)為金屬模具設計不合理磨具制造過遇粗糙，重視不夠；金屬加工輔料分散，生產(chǎn)設備簡陋、質量檢驗技術不過硬、測試渠道和材料資源匱乏。另外金屬加工行內執(zhí)行標準不嚴，對于有色金屬鑄件加工標準定位不清晰，企業(yè)生產(chǎn)不規(guī)范最終導致產(chǎn)品質量不過硬資源浪費嚴重，廢品率有的高達30～50%[2]。 

（3）環(huán)保、能耗問題嚴重 

由于生產(chǎn)和開發(fā)設備落后導致采集過程中產(chǎn)生大量的廢水、粉塵、廢渣及廢氣，資源環(huán)境破壞嚴重。廢水的漫流也已不同程度的污染了河流湖泊等水域。而后期治理污水和給國家政府及企業(yè)帶來較大經(jīng)濟負擔。所以有色金屬鑄造生產(chǎn)設備和生產(chǎn)方式及管理水平的落后導致的環(huán)保和能耗問題對人類生活經(jīng)濟和健康都造成了巨大影響干擾，需要引起大家重視。 

（4）技術落后，人才缺乏，新工藝新產(chǎn)品開發(fā)能力不足 

由于近乎鑄造業(yè)工作輕度大、環(huán)境差等問題長期得不到有效解決，所以造成企業(yè)技術人員流失嚴重，招工困難，技術人才的缺失直接影響了金屬鑄造的工藝優(yōu)化和改革。雖然有些企業(yè)也引進了不少國外先進的生產(chǎn)設備和工藝但由于缺乏核心技術人才，導致設備利用率不高，新工藝和新產(chǎn)品嚴打能力明顯不足。 

2.我國有色金屬鑄造業(yè)的發(fā)展方向 

（1）加強對有色金屬鑄造新工藝、新材料、新設備的研究 

推動我國有色金屬鑄造業(yè)的發(fā)展與應用關鍵是要不斷加強有色金屬論文鑄造新工藝、新型材料和新型設備的研發(fā)。具體措施有引進國外先進生產(chǎn)工藝不斷學習和交流經(jīng)驗掌握新工藝，充分使用計算機技術來控制穩(wěn)定產(chǎn)品質量；加強國內科研人員在新型材料和工藝設計及質量穩(wěn)定等方面的研發(fā)和探索，優(yōu)化創(chuàng)新研究資源全面促進我國有色金屬鑄造業(yè)穩(wěn)定和諧的發(fā)展。 

（2）開發(fā)環(huán)保型鑄造原輔材料 

新型環(huán)保鑄造原輔料不僅能改善有色金屬鑄件加工帶來的資源浪費等問題同時也能減少廢棄物的排放和產(chǎn)生，使環(huán)境污染程度大大降低。其中我們可以根據(jù)不同有色金屬的鑄件生產(chǎn)特點和開發(fā)環(huán)境及生產(chǎn)材料的特點建立新的高米迪黏土型砂相原輔料體系不斷探索新的原輔料加工應用渠道。同時也要不斷探索新的材料生產(chǎn)方法和理論不斷優(yōu)化完善生產(chǎn)方式。走循環(huán)經(jīng)濟之路，利用好節(jié)約環(huán)保的新型原輔材材料和資源確保鑄業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 

（3）注重能源與環(huán)保立法 

加強有色金屬鑄造業(yè)的管理與保護，嚴格執(zhí)法、完善立法，制定有色金屬資源有償使用的法規(guī)和實施細則。嚴格控制好金屬鑄造廢棄物的排放標準，嚴格杜絕有色金屬鑄件加工過程中的資源浪費另外還要加強環(huán)境保護的宣傳力度，使鑄件生產(chǎn)對環(huán)境的污染減小到最低程度，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的同時，不要忽視環(huán)境效益，進而實現(xiàn)有色金屬鑄造資源與人類的和諧發(fā)展[3]。 

（4）注重自主創(chuàng)新 

注重自主創(chuàng)新不僅能加快有色金屬鑄造業(yè)的資源整合和產(chǎn)品開發(fā)進程同時也能提高企業(yè)核心競爭力。一方面要對有色金屬鑄件加工管理制度上進行自主創(chuàng)新，不斷完善有色金屬鑄件加工的質量和工藝管理制度提高加工效率。另一方面還要對人才和技術進行優(yōu)化和創(chuàng)新，要實行環(huán)保設施資源共享、加大技術人才的培養(yǎng)和培訓、密切掌握金屬加重市場信息和分析市場發(fā)展趨勢，順應市場發(fā)展機制開發(fā)新型設備和材料及生產(chǎn)工藝不斷滿足國民經(jīng)濟的增長需求提高有色金屬鑄造業(yè)的質量和數(shù)量參與國際競爭。 

3.結語 

在此形勢下，應加快我國豐富、優(yōu)質、廉價資源的開發(fā)和技術進步，走規(guī)模化、集團化、產(chǎn)品深度加工的道路，通過采用高新技術，特別是具有自主知識產(chǎn)權的關鍵技術和裝備，全面提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術水平和產(chǎn)品檔次，為汽車和電子信息、通信、家電等行業(yè)提供輕質合金材料制品，并努力擴大出口，以低成本、高附加值產(chǎn)品參與國際競爭。 

[參考文獻] 

篇（8）

论文關鍵詞：校企合作；應用型人才；培養(yǎng)模式

近十幾年來，隨着我國高等教育規(guī)模的不斷擴大，為了滿足國家建設和经濟發(fā)展的需要，應對社會對高等教育日益增長的需求，國家新建了一大批本科院校。南京工程學院正是在這樣的大環(huán)境中成長和發(fā)展起來的。我們這一類學校的辦學方向不同于学術型大學（“985”或“211”大學），而是直接為本地的行業(yè)和企業(yè)服務，學以致用，為地方企事業(yè)單位提供應用型人才，促進本地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展。因此，校企合作是實現(xiàn)該類學校培养應用型創(chuàng)新人才目標的關键。國家從政策層面反復強調校企合作，我們學校也在積極探索校企合作的模式，以解決由于校企合作過于程式化、合作不深入而造成大學生一次就業(yè)率較低的現(xiàn)實問題。本文從理論教學和實踐教學改革出發(fā)，探討基于校企合作下南京工程學院材料成型及控制工程專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)模式。

一、校企合作的相互作用機理

校企合作既有利于人才培養(yǎng)，也促進了科學研究，更是服務社會的主要內容。但不同類型的高校對于三大職能的側重不同，對国家競爭實力的貢獻不同，因此校企合作的重點也不同。比较而言，學術型大學更加側重于科學研究，校企合作的重点在研究領域：與企業(yè)合作進行科技研發(fā)、研究成果的資本化及其向生產(chǎn)要素的轉化；高職高专院校側重于教學職能即培養(yǎng)技術型的人才，服務社會的職能主要通过開展職前職后培訓来實現(xiàn)，其校企合作側重于教學過程。這類合作的目的是增加高職學校人才培養(yǎng)的社會適應性，满足國家在經(jīng)濟結構轉型中对于技術人才的需要；應用型本科院校居于兩者之間，既重視實踐教學又要加強应用性科學研究，其服務社會的職能通過為企業(yè)提供技術指導、咨詢以及應用性研究成果等方式实現(xiàn)。校企合作一方面重在學校為企業(yè)提供技術服務，另一方面在于企業(yè)為學校提供實踐教学的條件。基于校企合作的應用型人才培養(yǎng)涉及高校與企業(yè)两個層面，兩者相互影響、相互促進，密不可分。對于校企合作的相互作用機理，國內外有一定的研究。

　　校企合作培養(yǎng)人才的模式實際上就是把企業(yè)納入人才培養(yǎng)的要素體系中來，引入到培養(yǎng)的全過程，形成由學校、企業(yè)共同參與的人才培養(yǎng)格局中来，進而改變傳統(tǒng)以學科體系為特征的課堂教学為課堂教學、企業(yè)實践相結合的人才培養(yǎng)格局，改變傳統(tǒng)培養(yǎng)模式的雙要素為校企合作培養(yǎng)人才模式的三要素。校企合作的原動力就在于尋求共同發(fā)展，實現(xiàn)互利雙贏，这也是他們合作的切合點所在。只有深化校企合作，才能实現(xiàn)資源共享，優(yōu)勢互補，才能保证高技能人才培養(yǎng)質量，實現(xiàn)學校與企業(yè)的“雙贏”。

二、應用型本科院校校企合作培養(yǎng)模式存在的問題

1.企業(yè)合作開展的實習實訓不能滿足應用型人才培養(yǎng)的要求

目前，所有的應用型高校注重對學生的实習實訓培養(yǎng)，與地方企業(yè)建立起一批實習實訓基地，但是，有部分的實習实訓基地徒有虛名，不能滿足應用型人才的培養(yǎng)需要。

　2.校企合作建立的工程中心未能立足于培养應用型人才

高校與企業(yè)所建立的工程中心的目的是將企業(yè)的項目或者實用高新技術，例如專業(yè)軟件學習與開發(fā)等，帶進學校，學生參與，培养實用新型的應用型人才。部分的工程中心是部分老師參與橫向項目為主要目的，學生參與很少；所建立的計算機模擬中心，實际上與企業(yè)聯(lián)系不緊密，學生不能学以致用。

　　3.校企合作建立的實習實訓基地缺乏創(chuàng)新性，合作深度不夠

經(jīng)過幾屆學生的實習訓練之后，部分的技術更新和產(chǎn)品轉化情況已經(jīng)發(fā)生改變，部分企業(yè)或者學校拘泥于合作形式，不謀求實習崗位的更新；校企合作的內容常常局限于實訓基地的建立，實習方式也常局限于工作任務的需要，沒有形成一套有機融合的機制，這樣勢必造成合作形式單一。另外，考慮到企業(yè)自身利益，多数企業(yè)只提供單一并且較為低端的实習崗位，達不到預期的效果。

4.企业參與的積極性不高

在校企關系建立的過程中，多數(shù)高校為謀求發(fā)展主動向企業(yè)寻求合作，而企業(yè)往往僅為提升自身內涵，雙方合作的原动力不足，企業(yè)積極性不高。

三、材料成型專業(yè)應用型人才培養(yǎng)模式

南京工程學院是一所以工學為主的高等工程應用型本科院校，學科專業(yè)涵蓋工学、經(jīng)濟學、管理學、文學、理學、法學等。學校遵循高等教育發(fā)展規(guī)律，著力發(fā)展應用型本科教育，不斷深化教育教學改革，努力推進产學研相結合，形成了“學以致用”的辦學理念和校企合作、產(chǎn)學研相融、注重实踐的應用型本科人才培養(yǎng)的鮮明特色。材料成型及控制工程（鑄造方向）是江蘇省高校特色專業(yè)，以冶金、化工、機械、交通運輸?shù)阮I域的企業(yè)和研究機構從事材料生產(chǎn)和材料加工方面的技術研究、产品設計及研發(fā)、生產(chǎn)管理等方面工作。具體的培養(yǎng)模式有以下幾方面：

1.合理的課程設置和教學改革

本專業(yè)培養(yǎng)的學生主要的就業(yè)方向是面對江蘇省以及長三角地區(qū)的铸造及相關行業(yè)。因此，在理论教學課程設置上緊紧圍繞專業(yè)方向，既要重视理論基礎又要突出培養(yǎng)应用型人才的特點。專業(yè)基礎課程方面，分別开設工程力學、理論力學、材料力學、材料科學基礎、材料成型原理等材料科學方面的主干課程，強化學生的理論知識；專业課方面，開設與鑄造專業(yè)相關的課程。包括CAD/CAM技術、金屬液態(tài)成型工藝、特種鑄造技術和鑄造合金及熔煉等。通過這些課程的學習，學生具有相當強的專業(yè)知識，为后期的生產(chǎn)實踐、實習实訓以及專業(yè)技術認證培訓打下良好的基礎。 免費论文下載中心

針對課程特點，合理增減教學內容，改革教學方法和手段，改變傳統(tǒng)的教學模式，以能力培養(yǎng)為重點，夯實專業(yè)知識。具体的做法如下：

（1）合理選擇教学內容和教材。針對本專業(yè)的培养目標開設必要的專業(yè)课程，結合前屆學生的學習掌握情况和畢業(yè)就業(yè)的方向、去向、工作崗位，對課程的教學大綱和授課计劃進行合理調整；選擇適合本专業(yè)的教材，或者選用本教研室自行編寫的教材，例如材料成型基礎、壓鑄模工藝設計等課程，對學生進行授課，上课教師對授課內容熟練，做到了有的放矢。

（2）適當改革教學方法和手段，培養(yǎng)學生的學習興趣。目前高校廣泛采用多媒體教學。多媒體的教學質量存在一定的爭議，多媒體可以提供大量的知識信息，但是過分依賴多媒體教学，學生會產(chǎn)生疲勞狀況，并且接受大量的信息難以消化，造成學生跟不上老師講課速度和思路，最終會導致學生的學习興趣下降，因此，具體的做法是以多媒體為主，主要進行圖片、图表和視頻教學，既生动又方便，以板書為輔，主要是課程的標題、提綱和重點知識。

2.課程設計和技術培訓

材料成型及控制工程（鑄造方向）的一大特色就是合理設置課程设計和實用技能培訓，為學生參與校企合作提供前期的專業(yè)準備工作，这些教學和培訓環(huán)節(jié)包括金工實習、壓鑄模設計、合金设計與熔煉、CAD/CAM技術培訓和鑄造工程師認证培訓等。在這些教學环節(jié)中，學生在課堂上對實踐內容有了系統(tǒng)的了解和訓練，為接下來的實习實訓打下良好的基础，避免了進入企業(yè)后一問三不知和盲目、機械地完成實習任務。另外，與國家鑄造協(xié)會合作，联合開展國際鑄造工程师培訓和認證工作，本著學生自愿和合理宣傳、引導的原則，組织畢業(yè)班學生進行實際培訓，為學生在本專業(yè)學習提供最后一項資格證書，為今后在工作崗位上的發(fā)展打下良好的基礎。因此，學生參与培訓的積極性很高，成型081班于2011年12開始進行報名培訓，全班43人全部參加，并且順利拿到了鑄造工程師初級證書，部分學生在找工作中該證書起到了一定作用。

3.實踐教學与理論教學相結合

應用型人才培養(yǎng)的关鍵環(huán)節(jié)在于實踐教學。學生上大学問的最多的問題是今后該專業(yè)的就業(yè)方向是什么，實踐教學很好地回答了這些疑問。南京工程學院材料工程學院重視與行業(yè)、企业聯(lián)系，在培養(yǎng)模式中強化实踐教學是另一大特色。建設并簽訂了二十多個校外實習基地，与企業(yè)共建了“江蘇省精密高速模具工程技術研究中心”、“江蘇省小節(jié)距工業(yè)鏈條工程技術研究中心”、“南京市鑄造工程技术產(chǎn)學研基地”等多個产學研基地。與材料成型及控制工程（鑄造方向）相關的實習基地包括：南京航天晨光艺術鑄造公司、南京尼瑪克公司、東駿機械等近十家。這些企業(yè)和本專業(yè)的學習、就業(yè)有著密切關系，這些企業(yè)為本專业提供的實習實訓所有的專業(yè)技能訓練，包括藝術鑄造、精密鋁合金壓鑄技術、熔模鑄造、樹脂砂造型與鑄造、消失模鑄造、壓鑄模設計及压鑄技術等。學院與这些企業(yè)建立穩(wěn)定的合作關系，專业老師可以為這些企業(yè)提供技術咨詢，以橫向課題的形式進行聯(lián)合技術攻關；企業(yè)为學生提供實習和工作場地，例如成型081班在企業(yè)實習一個月完全掌握熔模鑄造鎳合金葉片的制造技術；在南京尼瑪克實習期間，成型081班三名學生和企業(yè)達成就業(yè)協(xié)議；在南京晨光藝術鑄造，2007級三名學生毕業(yè)后參加工作，并為成型081班學生做實習的導師，與该企業(yè)主管人事的領導交流后，先后有15名學生表達了愿意服務于該企業(yè)的意愿。

篇（9）

論文摘要: 本文主要闡述借助于Alatir公司的Hyperworks結構優(yōu)化軟件，對精密鑄造產(chǎn)品進行結構優(yōu)化設計，且以對某汽車駕駛室后懸置支架的結構優(yōu)化為例，著重介紹了拓撲優(yōu)化和形狀優(yōu)化在精密鑄造產(chǎn)品結構設計上的應用方法及功能。事實表明拓撲優(yōu)化和形狀優(yōu)化的聯(lián)合應用，對精密鑄造產(chǎn)品的結構設計起到非常關鍵的幫助作用，最后通過此軟件對優(yōu)化后的產(chǎn)品結構進行有限元分析，驗證優(yōu)化后產(chǎn)品結構的強度和剛度。

HyperWorks在精密鑄造產(chǎn)品優(yōu)化設計中的應用

一、引言

在當前的汽車工業(yè)中，減輕設計重量和縮短設計周期是兩個突出的問題，在傳統(tǒng)的設計中，由于機械產(chǎn)品機構的復雜性，長期以來主要應用經(jīng)驗類比設計，對產(chǎn)品結構作定性分析和經(jīng)驗類比估算，在決定實際結構時，一般都取較大的安全系數(shù)，結果使得產(chǎn)品都是“傻”、“大”、“粗”，使材料的潛力得不到充分發(fā)揮，產(chǎn)品的性能也得不到充分的把握。所以傳統(tǒng)的汽車設計思路已經(jīng)不能滿足當前設計的需要。汽車輕量化設計開始占據(jù)了汽車發(fā)展中的主要地位，它既可以提高車輛的動力性，降低成本，減少能源消耗又能減少污染。但是，簡單的汽車輕量化設計卻是一把雙刃劍，它在減輕汽車重量的同時，也犧牲了車輛的強度和剛度，甚至對產(chǎn)品的結構壽命也產(chǎn)生影響，在此情況下，有限元分析方法在汽車設計中的合理應用就得到了充分體現(xiàn)，經(jīng)過近幾年的實踐證明，Altair公司的有限元分析技術以及拓撲優(yōu)化技術在汽車行業(yè)獲得了非常成功的應用。特別是對于一些結構復雜的汽車鑄造結構件，Hyperworks 的有限元分析技術、拓撲優(yōu)化和形狀優(yōu)化技術的推廣使得材料的潛能及鑄造的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮。

本文將詳細介紹利用Hyperworks的拓撲優(yōu)化和形狀優(yōu)化技術對東風商用車駕駛室后懸置支架進行減重優(yōu)化設計的應用過程。以及如何應用Hyperworks驗證改進結構后的應力和應變情況，使該后懸置支架減重優(yōu)化后的結構能夠滿足產(chǎn)品的使用性能和鑄造工藝性要求。

二、有限元法的概念和優(yōu)化設計流程確立

2.1有限元法和有限單元的概念

有限元法又稱有限單元法，是結構分析的一種數(shù)值計算方法，它隨著計算機的發(fā)展而應運而生，并得到了廣泛應用，目前已成為工程數(shù)值分析的有力工具。在實際工程應用中，我們首先把CAD模型分割成有限個實體或者殼單元。一般作為實體單元所適合的結構，是具有三維形狀變化的物體，不太適合棒狀、平板狀的物體。實體單元是利用3D-CAD所作好的實體模型，能夠拿來就能作有限元模型處理，這一點非常方便。 但是用實體單元制成的模型，因為節(jié)點數(shù)往往較多在分析時務必注意計算機磁盤用量和計算時間。

另外從實體單元能夠把三維圖形原封不動地適用于結構分析的模型上這一點來說，對于結構復雜的零件，采用實體單元是很好用的單元。實體單元有六面體、五面體、四面體，在用自動生成的情況下使用四面體較多。從分析精度而言，使用六面體為好，自動生成的三維形狀也有必須限制用于六面體的等等，五面體單元在評價應力時盡量不使用此方法為好。殼單元有三角形和四邊形單元，對于板單元盡量使用四邊形單元，對于實體單元盡量使用六面體單元。使用三角形或四面體單元與使用四邊形或六面體單元時相比有使結構增加剛性的模型化傾向。在本文我們所做的駕駛室后懸置支架的優(yōu)化計算中，由于結構和受力狀況的復雜性，我們采用實體單元與殼單元相結合的劃分方法。

2.2 確立優(yōu)化設計流程

在利用Hyperworks軟件做優(yōu)化分析時，通常的流程是首先讀入CAD模型，然后劃分網(wǎng)格，添加邊界條件，設置優(yōu)化分析模型參數(shù)。優(yōu)化分析模型一般是由目標函數(shù)、約束條件、優(yōu)化設計變量三個方面組成，借助于Hyperworks軟件的OptiStruct模塊，對于后懸置支架的輕量化設計，在現(xiàn)有的計算機條件下可以很方便的實現(xiàn)。首先，在輕量化分析過程中，一般選取優(yōu)化設計變量為支架的體積的減少量，然后采用傳統(tǒng)的拓撲優(yōu)化方法，將總體的應變能作為目標函數(shù)。在本次后懸置支架的優(yōu)化分析中，主要采用OptiStruct模塊的拓撲優(yōu)化和形狀優(yōu)化。首先，拓撲優(yōu)化可以獲得一個最佳的結構布局——即最佳的材料分布；然后在這個最優(yōu)結構布局的基礎上按照實際設計需求形成一個新的設計方案，并反饋到CAD軟件中，形成新的CAD模型，最后應用更仔細的形狀優(yōu)化工具，同時添加適合鑄造的約束條件，得到最有效的細節(jié)設計方案。

圖(1)代表了該后懸置支架的簡單優(yōu)化設計流程，從最初的模型導入，以及之后的約束條件與目標函數(shù)的設定，同時包括制造工藝參數(shù)的設定，最后通過形狀優(yōu)化得到的最終設計方案。

根據(jù)優(yōu)化需求，將三維模型

進行非安裝部位的材料填充

導入三維模型

圖（1）拓撲與形狀優(yōu)化流程圖

三、 有限元模型建立和邊界條件確定

3.1有限元模型建立

3.1.1后懸置支架原始結構分析

由于駕駛室后懸置系統(tǒng)布置方式比較復雜，整個駕駛室后懸置系統(tǒng)由安裝于浮動橫梁上的左右各一個橡膠緩沖塊支撐，兩個懸置支架對稱的垂直立于車架大梁上，中間用一弧型橫梁連接，在懸置支架的兩側對稱的布置兩個筒式減震器，而本文所要優(yōu)化分析的后懸置支架是整個系統(tǒng)中受力最為復雜的關鍵零件。該零件在原始設計中，由于整個機構的復雜性，對產(chǎn)品的性能未能充分把握，在進行設計時只能作定性分析和類比估算，確定實際結構時，選擇的安全系數(shù)過大，致使設計出來的產(chǎn)品結構過于笨重，粗大，缺乏美觀。另外，由于對實際的受力點未能牢牢把握，導致結構材料分布不夠均勻，鑄造工藝性較差。原始結構見圖（2）

圖（2）原始結構模型圖

3.1.2 有限元網(wǎng)格劃分

有限元網(wǎng)格劃分是進行有限元優(yōu)化分析至關重要的一步，有限元分析的精度和效率與網(wǎng)格單元的密度和幾何形狀有著密切的關系，并且有限元網(wǎng)格劃分的好壞，對后續(xù)數(shù)值計算結果的精確性有著直接的影響，它不但涉及單元的形狀及其拓撲類型、單元類型還有選擇什么樣的網(wǎng)格生成器、網(wǎng)格密度的定義、單元的編號以及幾何體元素等等。所以在實際應用中，選擇合理的網(wǎng)格單元對整體模型的分析有重要的影響。根據(jù)上述介紹，結合后懸置支架結構的復雜程度以及優(yōu)化分析的要求，對其采用實體單元網(wǎng)格劃分，同時，在非干涉和裝配部位進行必要的材料填充；另外，對分析過程中涉及到的弧形橫梁因結構簡單，屬于簡化梁結構，故采用殼單元的劃分方式。

具體網(wǎng)格劃分見圖（3）

后懸置支架

弧型橫梁

圖（3）有限元網(wǎng)格模型

其節(jié)點數(shù)和單元數(shù)見表（1）

表（1）后懸置支架及橫梁的節(jié)點與單元數(shù)

3.2 確定邊界條件及設置優(yōu)化參數(shù)

3.2.1 確定邊界條件

由于駕駛室后懸置系統(tǒng)是以垂直方式布置，在車輛高速行使時，路面通過懸掛系統(tǒng)傳遞到駕駛室的沖擊，發(fā)動機、傳動系傳遞到駕駛室上的振動，以及側向減振器所帶來的瞬時沖擊，是我們分析時主要考慮的因素。

計算時考慮駕駛室受垂知方向4G（瞬時），側向2.5G（穩(wěn)態(tài)）的沖擊，同時對支架底端與車架大梁連接處用螺栓固定，該產(chǎn)品受力工況及約束條件如下圖（4）所示

圖（4）后懸置支架受力工況

3.2.2材料屬性及性能參數(shù)

該后懸置支架采用ZGD410-700制成，其材料參數(shù)如表（2）所示。

表（2） 車身后懸置支架材料參數(shù)

四、拓撲優(yōu)化和形狀優(yōu)化

4.1車身后懸置支架的拓撲優(yōu)化

拓撲優(yōu)化就是在產(chǎn)品初時設計階段，利用優(yōu)化計算得到滿足設計要求的結構外形，并且可以返回到CAD，進行詳細的結構設計，然后再利用形狀或尺寸優(yōu)化調整細節(jié)，最終得到滿足要求的設計方案。對于這個后懸置支架的拓撲優(yōu)化，主要問題是怎樣使支架結構合理布置，以及如何最好的模擬支架所受的垂直載荷和側向載荷。

在本次拓撲優(yōu)化過程中，采用后懸置支架與橫梁整體分析，但對后懸置支架單獨優(yōu)化的方式，這樣獲得的結果更趨近于真實的情況。由于拓撲優(yōu)化對加強筋及凸緣剛度的敏感性較高，因此在采用傳統(tǒng)的拓撲優(yōu)化方法，定義設計變量時，將體積和應變能作為目標響應，設計空間的體積減少量作為優(yōu)化的約束條件，總體的應變能作為最終的目標函數(shù)，這里的總體應變能不僅包括設計空間的應變能，同時也包括非設計空間的應變能。 最后，根據(jù)拓撲優(yōu)化結果云圖，返回CAD模型，結合精密鑄造工藝，盡可能的凸出筋骨，減少大平面，在遵循實體最小原則下重新進行三維設計造型。優(yōu)化云圖及結構優(yōu)化方案見圖（5）

拓撲優(yōu)化云圖（一）

拓撲優(yōu)化云圖（二）

結構優(yōu)化方案

圖（5）拓撲優(yōu)化云圖和結構優(yōu)化方案

4.2 車身后懸置支架的形狀優(yōu)化

根據(jù)以上拓撲優(yōu)化結果，確定了一個在給定載荷條件下滿足設計要求的最佳結構布置方案，在此方案的基礎上，對后懸置支架進行細節(jié)優(yōu)化——形狀優(yōu)化，在形狀優(yōu)化中，同時要考慮結構應力和屈曲變形。理論上為了突出筋骨，保持整個結構布置的均勻化，同時減少局部應力的集中，我們只對該有限元模型做局部形狀優(yōu)化，如圖（7）所示，這樣就避免整體優(yōu)化時間上的浪費。

圖（7）

為形狀優(yōu)化建立了有限元模型之后，我們要將適合鑄造的工藝參數(shù)、應力標準和屈曲要求作為形狀優(yōu)化的設計約束，將質量最小化設為設計目標函數(shù)，對于應力約束，設計約束不允許該處的最大應力超出材料的屈服極限，同時在實際優(yōu)化過程中，該處結構的厚度只能要求向內側移動，高度只能向上移動。最終經(jīng)過形狀優(yōu)化后結構見圖（8）所示：

圖（8）形狀優(yōu)化后最終結構圖

五、結構驗證與對比分析

經(jīng)過拓撲優(yōu)化和形狀優(yōu)化，我們最終得到了較為理想的設計方案，為了驗證該優(yōu)化方案的可靠性，特對此機構進行有限元分析計算，同時對用傳統(tǒng)的經(jīng)驗類比方法設計的優(yōu)化方案進行分析對比。用傳統(tǒng)經(jīng)驗類比方法設計的方案如圖（9）

圖（9）傳統(tǒng)優(yōu)化設計方案

結合實際受力情況對傳統(tǒng)優(yōu)化設計方案和拓撲優(yōu)化方案分別做有限元驗證分析，應力云圖見圖（10）

傳統(tǒng)優(yōu)化設計方案應力云圖

拓撲優(yōu)化方案應力云圖

圖（10）方案驗證應力云圖

由以上分析可知，傳統(tǒng)優(yōu)化設計方案最大應力高達726MPa，出現(xiàn)在臺肩處，而拓撲優(yōu)化方案的最大應力雖然達到576MPa，但是位置出現(xiàn)在弧型橫梁上，與傳統(tǒng)優(yōu)化設計方案相比，相同位置的最大應力由710MPa減少到216MPa。其對比參數(shù)見表（3）：

表（3）優(yōu)化前后結構性能對比

六、結束語

經(jīng)過上述優(yōu)化方案的對比，我們可以很清楚的看到，利用傳統(tǒng)的優(yōu)化方式和利用Hyperworks的拓撲和形狀優(yōu)化方式的差別，雖然重量相差不多，分別下降了35%和35.5%，但是在同種工況作用下，傳統(tǒng)方式優(yōu)化的產(chǎn)品結構多處應力超出材質屈服極限，且最大應力達到了726MPa，遠遠超出了材料的屈服極限，在使用過程中很容易就發(fā)生斷裂；而采用Hyperworks的拓撲和形狀優(yōu)化方式優(yōu)化的產(chǎn)品結構最大應力只有230MPa，低于所使用材質的屈服極限410MPa，且同一部位由傳統(tǒng)優(yōu)化結構的710MPa減少到218MPa，同比強度增加了2.65倍，剛度增加了1.27倍，并且優(yōu)化后的產(chǎn)品結構更適合于鑄造工藝。

由上述可知，車身后懸置支架的優(yōu)化設計驗證了HyperWorks軟件的OptiStruct模塊在精密鑄造產(chǎn)品的成功應用，說明了此技術在工業(yè)制造中具有非常優(yōu)秀的特點，打破了生產(chǎn)單位不能獨立改善產(chǎn)品結構的歷史。隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，OptiStruct的優(yōu)化概念將會被越來越多的人接受并有效運用，屆時它將真正成為產(chǎn)品結構設計工程師的左膀右臂。

參考文獻

1、張國瑞 有限元法 北京 機械工業(yè)出版社 1991

篇（10）

【關鍵詞】鑄件軸承座高度方向尺寸標注加工工藝合理性

一、鑄件設計尺寸的不協(xié)調

零件圖的尺寸標注，除了要滿足正確、完整、清晰的要求外，還應使尺寸標注合理。合理標注尺寸，是指所注尺寸既符合設計要求，又滿足工藝要求，便于零件的加工、測量和檢驗。

鑄件成品形體是由少數(shù)加工尺寸和多數(shù)鑄造尺寸環(huán)所限定，設計人員對鑄件的各個尺寸環(huán)不但要求進行結構和數(shù)學的計算，還要求充分分析每個尺寸環(huán)在形成時的專業(yè)分工。至于用什么手段才能達到圖紙要求的各個尺寸環(huán)、表面尺寸、形位精度等，可留給工藝師們去解決。一張成熟的設計圖要起到指導鑄造、機械加工、檢驗、裝配、生產(chǎn)管理等各個專業(yè)工序的作用，是工業(yè)生產(chǎn)中重要的技術文件，是進行技術交流的重要工具。而不僅僅是圖面尺寸對頭、技術條件俱全、投影清楚而已。故工程師繪制的應是包括工業(yè)因素在內的工程圖而不僅僅是幾何圖。

以某軸承廠殼體類零件的生產(chǎn)用圖為例，圖一系一滑動軸承座，屬于一種結構較為復雜的鑄件。對于這類鑄件，通常它們只有少數(shù)表面尺寸環(huán)需由機械加工完成，其成品中仍然存在著大量的鑄造完成的表面、空間及尺寸。

在生產(chǎn)過程中，這種殼體類零件在鑄造和加工中所反映出的尺寸標注的矛盾大都集中在高度方向上，而在其他方向上的矛盾還沒有這樣的普遍和突出。

為了闡述方便，在高度方向上，我們把四個加工面賦以B、C、D、F，將3個非加工面分別賦以E、G、H代號，對此圖略加分析既可看出，設計人員在高度方向的尺寸標注遵循的是“以零件的設計基準面，即最大的加工面作為尺寸標注的基準”的原則，故此圖在高度方向上的各個尺寸環(huán)幾乎都是以大底座為基準的。

對圖形進行尺寸標注時，設計人員往往把尺寸計算視為可逆的，無方向性的。可由高度方向上任一毛面或加工面作為尺寸計算的起始點，進行正、反方向的計算，均可得到標注的或未標出的任一尺寸環(huán)的值。這樣的設計思路和不經(jīng)工藝分析的尺寸（和公差）堆砌作法，給鑄造、機械加工、檢驗等工序乃至設計者本身帶來了一系列不協(xié)調。如省下列幾個方面：

1.高度方向尺寸的矛盾

圖1在高度方向上以從上到下給出了10、80、35、30、5、20共六個尺寸，其中30、5、20共三個尺寸將E、G、H三個非加工面與底座連起來。當加工大底座面時，就同時出現(xiàn)了E、G、H三個毛面基準，而且這些毛面之間都存在較大的鑄造誤差，工藝師在加工F面同時達到30、5、20三個尺寸是不可能的，這些尺寸只是在制作鑄型時有些用處。

從工藝和保證功能尺寸的觀點出發(fā)，應選E面為初始基準，保證底座厚度30，由于鑄造時型心的錯位誤差，會使底座凹臺深5、20等非功能尺寸面目全非，使得檢驗人員無所適從。這樣的情況在中小批生產(chǎn)中是常見的。這雖然是由工藝或操作造成的問題，但設計同樣也不應該在標定尺寸要求和檢驗依據(jù)時，人為地把鑄造和加工兩種誤差撮合在某一或某些尺寸環(huán)上，因而加劇了專業(yè)和尺寸環(huán)之間的不協(xié)調。

2.高度方向上和各面之間的關系

畫圖和計算尺寸時，各面之間可以互相確定關系。但在工件上各面的形成卻是有嚴格的先后順序；尺寸的形成有嚴格的方向性、跟蹤性，各尺寸值在設計人員手中是“標量”，而在工藝人員手中卻成了“向量”。把主要尺寸基準選定為F面，但它卻必須是以先期鑄成的E、G、H各毛面之一為基準才能加工出來。工件上已鑄成的各個毛面是已存在的面，已談不上圖上表示的用毛面為基準加工出的光面再反過來確定毛面的位置了。

加工F面時不可能同時選用E、G、H三個毛面基準，但這種畫法在工廠中卻習以為常，我們只能選用E毛面為初始基準。E、F面之間乃是“母子”關系，E毛面是第一（始）基準。F面是第二（子）基準，F(xiàn)面不能稱其為全部高度方向尺寸的主基準，它不能定毛面，而只能被毛面所確定。它在工藝上作為繼續(xù)加工D、B兩光面，形成35、80兩功能尺寸的光基準。因此，F(xiàn)面雖是設計、安裝和檢驗等環(huán)節(jié)的基準。但在加工工藝中它只是一個被加工的對象，只是一個加工其他光面時的中間轉換環(huán)節(jié)。在零件被制作的過程中，并不像教材和零件圖中所表示的那樣重要。

3.粗基準的選擇

篇（11）

“國家”在她心中深深地扎下了根。抗戰(zhàn)勝利后，父親帶著一家人幾經(jīng)輾轉回到北京。她中學就讀于北京女一中，曾被評為當時為數(shù)不多的北京市第一批三好學生。1956年，她以第一志愿考入北京航空學院熱力加工系。1958年9月，隨國家院系調整，她來到西北工業(yè)大學熱加工系鑄造專業(yè)學習。結束了5年緊張的大學生活，她沒有選擇回北京，而是留在了西北工業(yè)大學。從此，張立同開始了她幾十年的奮斗征程。

上個世紀70年代初，發(fā)達國家已將一些重要的渦輪葉片生產(chǎn)由鍛造改為無余量熔模精密鑄造，葉片的工作面無需加工，就可達到所要求的尺寸精度和表面光潔度。當時，我國的熔模鑄造技術還十分落后，即使增加拋光余量的葉片，變形報廢率仍高達30％～50％。而一片高溫合金葉片的價格相當于她當時4個月的工資，這對于我們積弱積貧的國家來說是多么大的浪費呀。強烈的憂患意識使張立同在那樣一個批判“唯生產(chǎn)力論”逆風勁刮的年代，勇敢地承擔了“高溫合金無余量熔模精密鑄造葉片新工藝研究”課題。

張立同深知，解決葉片變形問題是發(fā)展無余量熔模鑄造工藝的基礎。當時不少人都涉及過葉片變形問題的研究，卻沒有結果，“葉片變形無規(guī)律可循”似乎成了“真理”。她偏不信邪，明知山有虎，偏向虎山行。

經(jīng)費有限，儀器奇缺，資料空白，怎么辦?她決心首先獲得葉片變形的第一手資料。為此，她與工廠技術人員、工人一起跟班生產(chǎn)，親自測量了上千個葉片在十余道工序中的尺寸變化規(guī)律，測定了葉片在澆注過程中的溫度場變化。同時，她和同事一起，自己動手研制了成套“熔模鑄造用陶瓷型殼高溫性能”的測試儀器，獲得了陶瓷型殼高溫性能變化的大量數(shù)據(jù)。經(jīng)過半年不分晝夜的工作，從獲得的數(shù)萬個數(shù)據(jù)的分析中，她發(fā)現(xiàn)了剛玉陶瓷型殼的高溫軟化變形機理和葉片的鑄造熱應力變化的特點，終于尋找到葉片變形規(guī)律，首次從理論上全面揭示了航空發(fā)動機渦輪葉片在熔模鑄造過程中的變形規(guī)律和本質，為無余量精鑄工藝研究提供了重要理論依據(jù)。這一研究成果引起同行的極大關注和高度評價，周堯和院士興奮地對張立同說：“順著這個思路走下去，一定能解決葉片變形問題。”

張立同認為這只是進了門，以后的路更艱難。她領導課題組全面鋪開了“無余量熔模精密鑄造新工藝”的研究工作。他們在國內率先提出，發(fā)展“具有優(yōu)良中溫抗蠕變性”的高嶺土陶瓷型殼材料替代昂貴的電熔剛玉的思路，先后研制成功上店土、峨邊土等新型陶瓷型殼材料，成功地解決了困擾航空熔模鑄造生產(chǎn)十幾年的剛玉型殼高溫變形問題。她還揭示了熔模鑄造模料組成、微結構與性能的關系，研制成功一系列高性能模料，研究發(fā)展了保溫殼型工藝和低熱應力熔鑄工藝等。1976年，他們用上述工藝鑄造出我國第一個無余量葉片，驗證了無余量工藝材料的潛力。

機遇總是垂青有準備的人。1976年，我國引進的一種發(fā)動機技術中，陶瓷型殼材料、模料和陶芯等分屬三個廠家專利，還需另花大量外匯去買。在大家束手無策、進退兩難時，張立同抓住了這個機會，胸有成竹地提出，用他們課題組自行研制的上店高嶺土材料和模料來替代進口材料，研制無余量葉片，并毅然承擔了這項國家急需的攻關項目。

這個項目不僅涉及到大量研究工作，還涉及到不少材料的定點生產(chǎn)問題。當時，不少生產(chǎn)部門處于癱瘓狀態(tài)，研究工作的難度可想而知。為了尋找材料的定點廠，張立同跑遍了銅川礦區(qū)。沒有設備儀器，自己研制。開發(fā)的高溫強度、透氣性、膨脹、抗蠕變、表面濕潤儀等十多種材料性能測試儀填補了國內空白。夜以繼日的工作，使她沒有白天黑夜之分。一天深夜，她獨自在實驗室工作，實在太累了，一不小心被噴出的高溫蠟糊住了雙眼，灼熱的痛苦以及曠日持久的疲勞幾乎使她喪失信心，委屈傷心一剎那涌上心頭。可是第三天，眼傷未愈，她又進了實驗室。

憑著這種拼命精神，張立同帶領課題組經(jīng)過一千多個日日夜夜的奮戰(zhàn)，1980年，他們終于成功地鑄造了我國第一批高精度、低粗糙度的低壓一級無余量空心導向葉片。外國公司的專家抱著懷疑的態(tài)度將上店土型殼材料、模科和葉片帶回國鑒定。在精確的測試數(shù)據(jù)面前，外國專家信服了。從此，課題組的無余量鑄造工藝研究成果得到國際認可，終于使我國的熔模鑄造水平跨入國際先進行列，這為發(fā)展我國新型發(fā)動機復雜內腔葉片及薄壁復雜整體構件的生產(chǎn)，奠定了理論和工藝基礎。產(chǎn)品遠銷國外，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。據(jù)當時的初步統(tǒng)計，僅就使用“無余量精鑄工藝”所減少的鑄件廢品，以及采用上店土所降低的成本．每年在一個廠就節(jié)約數(shù)百萬元。

張立同又帶領課題組接連攻克了“鋁合金石膏型熔模鑄造”和“高溫合金泡沫陶瓷過濾技術”等航空領域重大課題的關鍵技術。1985年，一舉獲得國家科技進步一、二、三等獎三項。

勇攀新高峰

在張立同日夜奮戰(zhàn)的日子里，她并不曾想過自己要得到什么。面對一項項榮譽，她總覺得自己做得太少，一種責任感驅使她向更高的目標邁進。1987年，她根據(jù)國際航空航天材料的發(fā)展趨勢和從事高溫陶瓷材料研究的基礎，又提出發(fā)展航空航天高溫結構陶瓷的新方向。1989年4月，作為高級訪問學者，張立同來到美國國家航空航天局(NASA)空間結構材料商業(yè)發(fā)展中心的實驗室，她是進入該實驗室的惟一的大陸學者，承擔了美國未來大型空間站結構用連續(xù)纖維增韌陶瓷基復合材料的探索研究工作。她帶領美國研究生，用一年半時間研究出三種低密度、高比強，高比模的陶瓷基復合材料，并通過了空間環(huán)境試驗。該中心主任沃廉斯教授驚喜地說：“張立同教授的才能和工作效率令人吃驚!”

1991年1月，張立同回到西北工大。近兩年的國外研究經(jīng)歷使她堅信航空航天用結構陶瓷一定是高可靠性的，更堅定了發(fā)展“具有類似金屬斷裂行為的連續(xù)纖維增韌高溫陶瓷基復合材料”的決心，以及占領這一高技術領域的信念。她的兩個學生成來飛和徐永東與她同樣執(zhí)著，他們一直等待著她的歸來，這種師生情誼和信任更增添了她的信心和力量，以后的艱難路程是他們一起走過來的。為了在我國發(fā)展連續(xù)纖維增韌高溫陶瓷基復合材料，張立同到處呼吁，四處奔走爭取經(jīng)費，卻沒有得到支持。成來飛和徐永東也更深地體會到這項事業(yè)的艱難。

課題組在經(jīng)費十分困難的情況下因陋就簡自制了一臺熱壓機。1992年的冬天，西安特別冷，為了調試熱壓機，他們在冰冷的實驗室度過了春節(jié)。功夫不負有心人，課題組很快在熱壓自增韌氮化硅性能上取得突破性進展。

1993年的全民經(jīng)商風又給張立同的課題

組帶來了新考驗，是放棄航空材料研究去搞開發(fā)，還是堅持發(fā)展陶瓷基復合材料的方向?張立同發(fā)動大家進行了熱烈討論，“我們不能散伙，既要做教授，還不能做窮教授”，“要發(fā)揮群體力量去賺錢，穩(wěn)定隊伍、積累資金、等待機遇發(fā)展陶瓷基復合材料”成為大家的共識，她被感動了。從此確定了“航空為本、擴大基礎、重點突破、軍民兩用”的發(fā)展策略。全組齊心協(xié)力，當年就在高溫陶瓷材料的應用開發(fā)上取得了很好的經(jīng)濟和社會效益。利用掙來的錢，還研制了一臺纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料制備的小型CVI爐，拉開了“碳化硅陶瓷基復合材料研究”的序幕。

碳化硅陶瓷基復合材料的研究很快有了結果，初步的性能數(shù)據(jù)令人鼓舞，也迎來了“九五”的發(fā)展機遇。而意想不到的困難卻接踵而來。當把實驗型技術與設備向工程型轉化時，所遇到的困難幾乎使張立同課題組對CVI工藝喪失信心。

1995年．國際CVI碳化硅陶瓷基復合材料的技術鼻祖、法國波爾多大學Naslain教授被盛情邀請到西北工大，Naslain教授在看過他們研制的設備后，毫無表情地說：“我掌握CVI工程化技術花了20年，你們至少要用10年。”

張立同帶著五六人夜以繼日地泡在實驗室做試驗，卻做不出一爐性能合格的試樣，“九五”課題中期檢查時，差點被亮了黃牌。他們這才真正品到“至少10年”的味道。失敗更增加了強者的斗志。他們先后做了四代CVI設備，試驗了400余爐次，整整用了3年時間，1998年底，他們終于制備出第一批性能合格的試樣。經(jīng)不斷改進，1999年，全面突破了碳化硅陶瓷基復合材料制造工藝與設備的一系列核心關鍵技術，材料的性能達到國際先進水平。從此打破了西方國家對我國的技術和設備封鎖，獲得了6項國家發(fā)明專利，形成了具有獨立知識產(chǎn)權的制造工藝及設備體系，建成我國第一個超高溫復合材料實驗室。使我國一躍成為繼法國和美國之后，全面掌握碳化硅陶瓷基復合材料CVt制造技術及其設備的第三個國家。采用該技術制備的多種SiC陶瓷基復合材料構件在不同發(fā)動機上均一次試車成功．在航空航天高技術領域和材料界引起轟動，很多客戶紛紛上門來商談合作，國際會議也紛紛邀請張立同作特邀報告。相關成果通過了由國防科工委主持，7位院士參加的技術鑒定，總體技術進入國際先進行列。

十年磨一劍，張立同和她的研究群體抵制住了學術界的浮躁風，他們深信，科學的道路是一步步走出來的。他們先后獲得國家安全重大基礎研究、國家“863”和國防基礎研究等十余項國家項目的支持，建立了跨學科的合作隊伍。為滿足國內外對SiC陶瓷基復合材料迅速增長的需求，已逐步形成了基礎研究、應用研究和應用開發(fā)相融合的發(fā)展鏈條。發(fā)展產(chǎn)業(yè)，降低成本，建立中國品牌，以解決“用得起”的問題。

2001年，Naslain教授再次來到西北工大，看到大小各異，不同規(guī)格的SiC陶瓷基復合材料構件，非常驚訝。近日，他在給張立同的一封信中說：我一直在關注你們實驗室的發(fā)展，我認為你們實驗室不僅是一個中國的重點實驗室，而且也是一個具有國際先進水平的實驗室。

10位教授、20位博士、100余名研究生，1000平方米的國際化標準廠房、3000余平方米的實驗大樓，一系列自行研制的國內獨一無二的復合材料制造設備和多臺進口的復合材料測試設備，同法國波爾多大學、德國宇航院、日本京都大學、韓國機械研究院，以及多家國外大公司的緊密聯(lián)系，使張立同的超高溫復合材料實驗室正在向名副其實的國際化實驗室邁進。

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，“優(yōu)勢互補，學科整合，共同發(fā)展”已成大勢所趨。張立同促成了廈門大學化學化工學院材料系與西北工業(yè)大學超高溫復合材料實驗室的強強聯(lián)姻。西北工業(yè)大學進行陶瓷基復合材料及構件研制，廈門大學進行超高溫復合材料所需特種先進原材料的研制，東西呼應、各具特色，共同為國防現(xiàn)代化服務。

悉心育人才

“學者兩事，道德文章”，在張立同身上體現(xiàn)的人格魅力深孚重望。在國外時，一位電子工程教授請她剖析一種電子材料的功能故障，她很快解決了。這位教授十分感激，要付高額酬金，她婉言謝絕。美國教授稱贊她是“一位真正的學者”。一位中國博士研究生在論文中遇到一個透射電鏡制樣中的材料難題，前一個法國留學生因沒有解決這個難題被教授“炒了魷魚”，這位中國學生也面臨著同樣的窘境。張立同立即伸出援助之手，指導他很快解決了難題。

“桃李不言，下自成蹊”。總結成功的經(jīng)驗，張立同說，培養(yǎng)學生的“創(chuàng)新性”和“辯證思維”是正確認識事物和解決問題的金鑰匙。秉承她的作風，研究生自覺地把“新試驗，新數(shù)據(jù)、新分析、新理論”作為評價論文的標準，定要言人所未言，見人所未見。她培養(yǎng)的碩士生中，有80％攻讀了博士學位，已畢業(yè)的30多名研究生中的大部分已在各自崗位做出成績。現(xiàn)在美國橡樹嶺國家實驗室工作的潘正偉博士，在亞特蘭大佐治亞理工學院工作期間，與其合作教授采用高溫固體氣相法，成功合成了近一維氧化鋅、氧化錫、氧化銦、氧化鎘和氧化鎵等寬帶半導體體系的帶狀結構，這些帶狀結構純度高、產(chǎn)量大、結構完美、表面干凈，并且體內無缺陷、無位錯，是一理想的單晶線型薄片結構，成為繼1991年發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管和1993年合成單壁碳納米管以來，一維納米材料合成領域的又一重大突破。該工作2001年3月發(fā)表在Science上，并引起了國際納米科技界的極大關注，美國的Science News(《科技新聞》)、USA Today(《今日美國》)、Nanotech Alert(《納米技術快訊》)、Chemical and Engineering News(《化學與化工新聞》)，以及Why Files(《十萬個為什么》)等搶先報道了這一重大發(fā)現(xiàn)。潘正偉深有感觸地說：“在西北工大的博士學位研究課題把我?guī)肓思{米材料科學的大門，張老師的不倦追求和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度使我終生受益。”