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关键词:半固态,浆料制备,研究方向
1 引言
所谓金属半固态加工 [1 , 2] 就是将凝固过程中的合金进行强力搅拌,使其预先凝固的树枝状初生固相破碎而获得一种由细小、球形、非枝晶初生相与液态金属共同组成的液、固混合浆料,即流变浆料,将这种流变浆料直接进行成型加工的方法称为半固态金属的流变成形(rheoforming);而将这种流变浆料先凝固成铸锭,再根据需要将此金属铸锭分切成一定大小使其重新加热至固液相温度区间而进行的成型加工称为触变成形(thixforming),流变成形和触变成型合称为半固态加工(semi-solidprocessing method),简称SSM.
2半固态浆料制备工艺的研究
半固态加工的第一步,也是非常重要的一步就是制备合金半固态浆料,浆料质量的好坏对后续工序以及铸件质量的影响很大。最早使用的浆料制备方法是机械搅拌法,经过30年发展,陆续出现了诸如电磁搅拌、SIMA、SCR、喷射沉积、液相线铸造等制备方法 [3] 。下面对一些应用较为广泛,目前研究较多的制备方法进行介绍和分析。
(1) 机械搅拌法 [4]
机械搅拌法是最早用于半固态浆料制备的方法。其原理是在合金凝固过程中,使用搅拌器对合金熔体进行强烈的机械搅拌,树枝晶由于剪切力的作用而断裂成为颗粒状结构。免费论文参考网。机械搅拌分间歇式和连续式两种,如图1. 1所示:
(a) 间歇式(b) 连续式
图1.1 两种机械搅拌装置示意图
1.搅拌器 2.合金熔体 3.加热线圈
搅拌时产生的剪切速率一般为100~300S - 1 。剪切速率受搅拌器结构,材料耐腐蚀、耐高温磨损性能的制约。浆料的质量主要由搅拌温度、搅拌速度以及冷却速度这三个参数控制。然而,由于这些工艺参数不易控制,容易发生卷气等缺陷;搅拌器和合金熔体是直接接触的,因而容易造成污染;另外搅拌器与容器间存在搅拌死角,影响浆料的质量。机械搅拌法在工业生产中应用较少。
最近几年,华中科技大学和英国Brunel大学分别采用一种新型的搅拌方法——双螺杆机械搅拌 [5] 制备出了初生 相细小、圆整的镁合金和Sn-Pb合金半固态浆料。采用双螺杆结构的搅拌器大大增大了搅拌的效率,具有强烈的搅拌效果,其剪切速率可以达到1000~15000S -1 。免费论文参考网。但是该方法不适合于铝合金半固态浆料的制备,因为搅拌器会受到熔体的腐蚀。
(2) 电磁搅拌法 [6,7]
电磁搅拌法是应用最为广泛的一种方法。它利用旋转磁场使金属液内部产生感应电流,并在洛伦兹力的作用下发生强迫对流,从而达到搅拌的目的。产生旋转磁场的方法有两种,一种是在感应线圈中通入交变电流,另一种则采用旋转永磁体的方法。电磁搅拌所引起的对流是三维对流,剪切速率在500S -1 左右,搅拌效果较好。它最大的优点是对合金熔体没有污染,卷入的气体量少,合金不易氧化。使用该方法可以实现连铸,生产效率高。但是,电磁搅拌设备昂贵,且工艺也比较复杂。
(3) 应变诱发熔化激活法 [8]
应变诱发熔化激活法(SIMA)是对铸锭加压进行一定量的预变形,使其组织具有强烈的拉伸形变机构,然后将其加热到半固态温度保温一段时间,熔化的部分液相渗入到小角度晶界中,使固相粒子分开,树枝晶破碎,从而得到半固态组织。预变形量、保温温度以及保温时间是SIMA法中的三个最重要的工艺参数。增加预变形量以及等温温度都可以促进铸锭中 相由枝晶组织向半固态颗粒状组织转化,但是过度提高预变形量以及等温温度会使晶粒明显长大。
SIMA法主要适合于各种高、低熔点的合金系列,尤其在制备高熔点合金的半固态铸锭方面具有独特的优越性。迄今为止,该方法已经成功的应用于不锈钢、工具钢和铜合金等。然而它也存在缺点,比如需要一道额外的变形工序,而且制备的半固态坯料尺寸较小。
(4) 超声波处理法 [9]
超声波处理法由V.I. Dobatkin 等人提出,其原理为在液态金属中加入细化剂,并使用超声波处理,由于超声波的空化作用,使得枝晶组织变为半固态组织。
超声波在介质中传导的时候,产生周期性的应力和声压变化,在局部产生周期性高温高压效应,使液体产生空化和搅动。一般认为,超声波可以产生气蚀作用,促进形核,且可以使枝晶臂断裂,成为新的形核核心,促进半固态颗粒状初生相的生长,而抑制树枝晶的发展。超声波处理法的优点在于对熔体污染较小,但是其工艺较为复杂,设备投资大。
(5) 液相线铸造法 [10]
液相线铸造法是将合金熔体冷却至液相线温度附近保温一段时间后进行浇注,获得所需要的半固态组织。日本的Toshio等人利用图1.2所示的装置制备半固态铝合金浆料,装置中的水冷斜板用于降低合金熔体的过热度。实验结果表明,在A356型铝合金的流变成形过程中采用低的过热度(10℃)和低于50%固相率就可以获得较为理想的半固态组织。
图1.2 液相线法制备半固态合金浆料
然而,液相线铸造法要求严格控制工艺条件,否则得到的半固态浆料组织不均匀,一部分初生 相容易长大成为粗大的枝晶,导致浆料组织恶化。液相线铸造法具有工艺简单,适用合金范围广,生产效率高等优点,尤其对变形铝合金半固态浆料的制备具有极其重要的意义,对流变铸造的应用及发展将起到积极地推动作用。
3 前景与展望
虽然现有的半固态制浆技术在工业中有一定的应用,而且在制造业具有一定的地位和优势,但它们仍存在许多的缺陷,如工艺复杂、成本高等,制约了它们在工业中进一步的推广。我们正探索一种新的半固态浆料制备工艺---机械振动法,振动可以使处于半固态温度区间的合金熔体产生强迫对流,改变晶粒的生长方式,从而获得晶粒圆整的半固态浆料。与其它制备工艺相比,具有以下优点:
(1) 机械振动属于无接触扰动方式,因而熔体受到的污染较小;
(2) 对工艺条件要求不是特别严格,工序简单,易于操作。免费论文参考网。
(3) 设备简单,易于设计维护,成本相对较低。
如果我们能够研究探索出振动制浆的规律,制备出晶粒细小、圆整的半固态浆料,那么我们就开辟了一条半固态浆料制备的新途径,必将为降低工业生产成本作出一定的贡献。
参考文献
[1] 谢水生,黄声宏.半固态金属加工技术及其应用[M].北京:冶金工业出版社,1999.
[2] 毛卫民.半固态金属成形技术[M]. 北京:机械工业出版社, 2004, 6.
[3] 闫淑芳,杨卯生.半固态金属浆料制备工艺的研究进展[J].铸造技术,2005,26(2):155-158
[4] D.B. Spencer, R.Mehrabian, M.C. Flemings.Reologicalbehavior of Sn-15%Pb in the crystallization range[J].MetallurgicalTransactions,1972,3(7):1925-1932
[5] 李东南.半固态镁合金材料及其制备技术的研究[D].武汉:华中科技大学图书馆,2005.
[6] 冯鹏发,唐靖林,李双寿等.半固态合金流变成形技术的研究现状与发展[J].铸造,2004,53(12):963-967
[7] 吴炳尧.半固态金属铸造工艺的研究现状及发展前景[J].铸造,1999,(3):45-52.
[8] W. Lapkowski.Some studies regardingthixoforming of metal alloys[J].Journal of MaterialsProcessing Technology,1998,80-81:463-468
[9] 刘政,赵素,雷蕾等.金属半固态加工技术的应用与进展[J].上海有色金属,2005,26(2):150-156
关键词:双导师制 开放性试验 大学生 科研能力
大学生导师制起源于英国的牛津大学,由温切斯特主教威廉・威克姆首创。导师制是指在师生双向选择的前提下,由专业水平高、德才兼备的老师担任本科生的指导教师,对学生的学习、品德、生活以及心理进行单个指导的一种教学制度。目前,随着高校教育改革的进行,出现了各种各样的导师制:硕士生导师制、博士生导师制、班主任制、全员导师制、全程导师制、科研型导师制等。但在各种导师制下辅导员和专业教师的工作不清晰、分工不明,这样对大学生的学业发展、科研兴趣有直接影响。本文以山东建筑大学材料学院为例,探讨双导师制下大学生科研能力的培养模式。
一、双导师制的内涵及实施过程
笔者学院从2006年开始尝试双导师制,主要核心思想是大一、大二以思想政治导师――辅导员为主;大三、大四以专业导师――青年教师为主。让学生参与教师的科研项目,通过科研将辅导员的思想引导和专业教师的专业指导有机结合在一起,便于学生的日常管理和科研业务水平的提高。
大一、大二期间主要以辅导员为主,主要负责学生的生活、学习、勤工助学、党建、校园文化等工作。大一期间根据学生对专业方向的兴趣分成不同的科研兴趣小组,依据科研兴趣小组邀请专家教授讲座;大二期间依据科研兴趣小组开展学生职业生涯规划设计大赛和学业生涯规划设计大赛活动,帮助学生确定科研兴趣和自信心。
大三、大四期间主要以青年教师为主,主要负责学生的专业指导、专业兴趣的培养、科研水平的提高等。指导学生参加全国大学生“挑战杯”大赛、铸造工艺设计大赛、混凝土设计大赛等各种全国竞赛,激励学生撰写学术论文;暑假期间带领学生参加“顶岗实习”暑期社会实践和学院“开放性实验”活动。
二、学生科研能力的培养机制
1.引导学生做好学业规划
双导师制下大学生科研创新能力的提高,首先是做好学生的学业引导,做好学生的指路明灯。辅导员根据学生不同专业方向建立科研兴趣小组,例如表面工程小组、铸造小组、模具设计小组、焊接未来小组、金属材料小组、绿色建筑小组、CAD设计小组等30个科研兴趣小组,每组20个学生左右。然后根据科研兴趣小组邀请国内外专家学者做专业报告,每年邀请国内外专家学者40余人,学生反响热烈且参与度高。最后根据学生在学习和生活中的表现建立学生专业综合素质评价表,再组织开展各种比赛,为提高科研能力打下坚实基础。
2.鼓励学生参与第二课堂
材料学院依托山东省铸造协会、山东省表面工程协会、山东省机械工业协会、山东省科学院、山东开泰集团等20家企业建立了“科研、实践、实习、教学、就业”为基地的第二课堂。以“顶岗实习”的形式,深入企业,了解企业需求;以“挑战杯”大学生系列竞赛等为龙头,鼓励学生参与教师科研项目,提高科研能力;以“开放性试验”为阵地,组织学生熟悉实验过程、仪器操作。
三、学生科研能力培养的效果
1.就业能力明显提高
双导师制实施后学生就业能力明显提高。近三年材料学院毕业生初次签约率超过95%,总体签约率达100%。就业单位主要有国家核电、中建集团、宝钢集团、济钢、山东电力集团等大型企业,考研学校主要有哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、中国科学院、山东大学等知名院校。
2.科研成果斐然
双导师制实施后学生在仪器操作、实验设计、论文书写等方面的能力有明显提高。近三年学生在社会实践、科技创新等活动中取得显著成绩,先后有山东省社会实践先进个人称号4人、山东建筑大学社会实践先进个人称号128人、“挑战杯”等科技竞赛国家级奖励7项、省级奖励38项、新型专利28项。
双导师制人才培养模式,是通过辅导员和青年教师的不同指导,从学生科研兴趣小组、社会实践、科技竞赛、开放性试验等方面探索大学生科研能力培养机制,建立完善的科研能力培养模式,有效地提高了学生的科研能力。
参考文献:
[1]郑文强,丁倩.科研型导师制对本科生科研水平影响初探[N].河南职工医学院学报,2011(23).
[2]梁维中,王振廷等.材料成型专业本科生导师制培养模式探索[J].铸造设备与工艺,2011(4).
[论文关键词]教学研究 多媒体 能力培养 探索
0.引言
《工程材料与成形技术》是机械类专业必修的一门主干技术基础课程,出是近机类和部分非机类专业普遍开设的一门课程。从工程技能培养角度来看,这门课的学习是保证学生(未来的工程师们在今后的设计和制造活动中,能够合理地选择程材料及其加工方法,从课程学习阶段的连续性角度来看,这门课又是材料力学、机械设计、课程没计和毕业设计的教学和实践环节学习的基础。因此,该课程的开设对培养学生的工程素质、实践能力和创新设计能力尤为重要。
教学中,《工程材料与成形技术》课程涉及大量的工程材料和众多的生产过程成形技术,许多材料和生产过程都是现场课堂教学无法展示和演示的,教材中的合金相网、结晶过程、铸造过程、锻造过程等插图无法清晰展示动态过程,因此该课程被普遍认为抽象、枯燥,难教难学。为此,本文利用日益普及的计算机技术深入研究课堂教学方法和手段,借助计算机技术强大功能,对《工程材料与成形技术》课程进行多媒体教学探索。
1.多媒体教学形式
教学过程是由教师、教学内容、教学媒体、学生这四个基本要素组成的,这四个要素又构成了教学结构。教学过程的实质就是在一定的教学环境下,教师借助教学媒体,采用适当的教学方法向学生传递教学内容,同时不断接受学生和环境的信息反馈,将教与学的双边活动有机地整合在一起形成一个互动的过程。在这个互动的过程中,外部的教学刺激和内部的心理操作过程具有一定的效应性,多媒体教学正是以图、文、形、色、声等因素的综合,有效对学生的内部心理起着激发和促进作用,增进学生对教学内容多方位的认识和感知。《工程材料与成形技术》课程中多媒体教学以幻灯片为载体,配以适当的lfash动画设计,辅之以清晰的音视频文件,通过对声音、图像、颜色、动画设置的编辑和制作,方便和加深学生对该课程内容的理解。
2.《工程材料与成形技术》课程使用多媒体教学的必要性
图形、动画和视频是多媒体课件的特点,多媒体课件能够表达传统教学课堂上难于表达的图形、动画等内容,使讲课内容生动直观,灵活多变,将抽象的内容形象化,复杂的问题简单化。《工程材料与成形技术》,闻名达意,课程主要内容为丁程材料和成形技术,要求学生通过该课程的学习,获得常用零件毛坯的加工工艺知识,培养工艺分析的初步能力和结构工艺性方面的知识,因此需要教师将材料的成分、组织、结构和性能间的关系给学生进行透彻地剖析讲解。多媒体课件中的动画具有将概念形象化、图形化便于学生理解和增强记忆的功效,这是传统教学方法所无法比拟的优势。
例如在对铁碳合金相图进行分析的过程中,见图1所示,相图中的特征点、特征线和相区的辨识和说明,学生经常分不清楚或张冠李戴,但如果在多媒体课件中对合金线网通过不同线条、不同区域颜色的进行演示,随着讲解的需要,点击相图中的特征点、特征线和相区均会动画显示相应的名称和组织,再配合教师的讲解,加深了学生对铁碳合金相图的印象和理解,同时也减轻了教师在黑板上的费力讲解。
在工程材料的成形技术教学过程中,如铸造工艺、锻造冲压工序、焊接过程的讲解,多媒体的教学视频作用也非常显著。图2所示为多媒体课件中的铸造缺陷的浇不足与冷隔教学视频,视频将铸造过程完整有序地展示出来,用动画的方式显示出了铸件内部的缩孔、缩松缺陷,产生浇不足和冷隔的原因,学生看到铸件内部出现的缺陷后表示的确加深了对缩孔缩松等概念的理解。通过多媒体的视频教学,虽然学生没有亲历生产现场,但通过观看铸件、锻件、焊接件的教学视频,聆听讲解,能够看到现场实习无法看到的丁件内部结构,以及动画的生动演示,教学效果十分显著。
3.多媒体教学中的注意事项
从本质上说,多媒体技术还是一种辅的教学手段,多媒体教学在给教学手段、教学技术提供新的机遇和发展空间的同时,也会带来一些值得关注的新问题气。如有些教师在应用多媒体设备时忽略了板书的作用,只是在幻灯片上进行板书设计。作者认为,《工程材料与成形技术》课程中每章每节的提纲、关键词、术语在授课的同时应该用粉笔进行板书,这样下面的学生听课时这些提纲在其眼前不停地出现,从而加深了关键词知识在其脑海里的印象,使学生能够抓住讲述内容的主线。避免了一节课上完后,黑板上一字不留.
[关键词]讨论式教学法 材料成型及控制工程 教学
一、讨论式教学简介
所谓讨论式教学是为了实现一定的教学任务,指导学生就教学中的某一问题相互启发、相互学习的教学方法。讨论教学方法是为了实现一定的教学任务,在教师的指导下,围绕中心问题,通过讨论或辩论活动,各抒己见,相互启发,互相学习,达到获得知识或巩固知识的一种教学方法。与讲授式教学不同,讨论式教学摒弃了传统的灌输式、填鸭式的做法,它是在教师指导下,让学生积极主动地参与教学过程的一种教学方法。学生围绕某一中心内容进行讨论,可以激发学习热情,激发学生的思维,集思广益,从而加深对知识的理解,提高学生的学习兴趣。由此看来,这对于革新教育教学观念,体现学生的主体地位,培养学生的创新能力,提高学生的综合素质是非常有意义的[1]。
二、材料成型及控制工程专业的特点
材料成型及控制工程专业是教育部1998 年进行高等学校专业调整时设立的一个本科专业,该专业涵盖了原来的铸造、锻造、焊接等材料加工类老专业的工艺及设备内容。材料成型是跨越材料和机械两大学科的一种制造技术,既要控制几何形状,又要控制材料的性能。根据专业属性和学院定位,确立了材料成型及控制工程专业的知识、能力、素质结构为:一条主线(工程应用),二个基础(材料、机械),三个能力(工程实践能力、创新能力、外语和计算机的应用能力);四种素质(人文素质、思想道德素质、专业素质、身心素质)。专业人才目标是:培养德、智、体全面发展,具备材料成型及控制工程基础知识与应用能力,能够在生产一线从事材料成型工艺及装备的设计、制造、试验和生产管理等方面工作的应用型高级工程技术人才。专业特色是:工程实践能力强、熟悉汽车制造中的材料成形加工。
三、“讨论式教学”在材料成型及控制工程专业教学中的实施
1.“讨论式教学”在材料成型及控制工程专业理论教学中的应用
“讨论式教学”能够发挥学生的主动性,使学生真正成为课堂教学的主体,挖掘学生的潜能,培养大学生的创新性[2]。以《特种铸造》的教学为例,笔者有几年教授《特种铸造》课程的实践经验。《特种铸造》是材料成型及控制工程(铸造方向)的工艺性专业课,通过学习本课程让学生初步了解并掌握特种铸造方法的实质、基本理论、工艺特点和应用范围;了解铸造生产中实现少、无切削的途径,为进一步提高铸件质量,改进现有工艺、摸索新的方法奠定基础,以适应现代化工业生产和科学技术发展的需要。最初采用教师讲授学生听讲的传统教学模式,这种模式以教师讲授为主,教师是课堂的主体,无法发挥学生在课堂中的主体地位,学生觉得枯燥无味。笔者对该门课教学方法进行改革,采用案例教学与讨论式教学结合的方法。教师对每种特种铸造方法进行简单的讲解,然后,学生根据自己的兴趣,选择其中一种特种铸造方法,介绍其研究进展或应用,学生用幻灯片讲解。第二个环节为互相讨论,其他同学对讲述同学进行提问,互相讨论。这种教学方法与传统教学方法相比较,有几个方面的优势。首先,学生需要查阅大量关于所报告特种铸造方法的文献,这锻炼了学生的查阅文献能力,语言组织能力。其次,学生需要把自己的报告内容讲解出来,这要求学生对内容有深刻透彻的了解。第三,学生之间互相提问,讨论,激发了学生的学习兴趣,引发了学生对专业知识的思考,培养了学生提出问题的能力。第四,课堂氛围活跃自由,增进了同学之间感情以及师生感情。
采用这种教学方法,教学效果得到了很大提高,学生主动参与课堂教学,成为课堂教学的主体,有几个方面需要注意:
(1)课程的前期准备要充分。包括具体采取的形式,实施方案,考核方式。
(2)教师在讨论过程中起到“穿针引线”的作用,需要具备丰富的专业知识以及较高的组织能力。既需要发挥学生的主动性,又需要进行适当的引导,发挥学生的潜能。根据罗杰斯的理论,即创造一个自由、互相尊重的课堂氛围。
2.“讨论式教学”在材料成型及控制工程专业实践教学中的应用
实践教学是理论教学的延伸和扩展,相对于理论教学更具有直观性、实践性、综合性和创新性。它作为全面推进素质教育的前沿阵地,担负着培养21世纪创新人才的重任,它是培养学生动手能力和思维能力的重要手段, 是实现科教兴国战略的重要基础。但是,实践教学往往被看做理论教学的附属,并未引起足够的重视。现行教学实验模式是将实验教学作为理论教学的补充,从属于理论教学,在客观上易让学生产生理论知识比实践知识重要,甚至认为实验可有可无的思想[3]。课程设计形式大于内容,多年采用同样的版本,学生依葫芦画瓢,并未进行深入地思考。实习教学多数是参观实习,学生只是走马观花地看一下,未能把理论联系实际。总之,由于诸多不足,使实践教学不能充分调动学生的积极性,达不到学生自主思考问题,解决问题的要求。
高校讨论式教学是指为了实现一定时期的教学目标,教师引导学生自行学习思考有关内容,并在集体中发表各自见解,提出问题,从而相互讨论启发、贯通学识、提高认识能力的一种教学法[4]。基于此概念,“讨论式教学”应用于实践教学中能够充分发挥其作用,深化实践教学内容。
以“讨论式教学”在材料成型及控制工程生产实习教学中的应用为例。学生生产实习的目的是进一步掌握目前汽车制造业中材料成型相关汽车零部件生产水平和生产状况,加深对专业课程内容的理解,为后续地相关课程设计、毕业设计以及今后所从事的专业工作打下较好的工程实践知识基础。重点学习重要汽车零部件关于材料、设备、工艺等方面的知识,把握汽车制造业中铸造、锻压、焊接技术的发展趋势,学习工人师傅的优良品质,培养吃苦耐劳精神和组织纪律性。我校生产实习是为期四周的分流定岗实习,学生在相关专业厂进行定岗实习。笔者所带的学生是在东风精密铸造有限公司定岗实习,实习期间学生的所有要求都与在职员工相同。学生被分配在制模、制壳、熔炼、清理、热处理等不同车间。四周实习后学生进行答辩,答辩采用的是讨论式。分为三个环节,第一个环节,学生自述自己在实习期间所做工作;第二个环节,提出问题与解答问题,根据在实习岗位时做的工作,提出相关问题,其他同学可以对问题进行解答;第三个环节,互相讨论。针对提出问题中有代表性的问题,进行集体讨论。
这种答辩方式改变了“老师问,学生答”的传统答辩模式,要求学生在实习期间对所做工作有细致的观察,深入的思考,善于提出问题,解决问题。有几个学生针对在实习中发现的问题,提出了具体的解决方案,并与厂里沟通,考虑立项继续合作。这种答辩方式充分调动了学生的积极性,而且增进了学生之间的交流,增加了学生对专业的兴趣。学生对专业流程有了深刻具体的认知,提高了学生的生产实践能力,为培养应用型人才探索了一条行之有效的途径。
四、结束语
“讨论式教学”充分发挥学生的主体地位,打破了枯燥沉闷的课堂氛围,创造了自由活跃的课堂氛围,学生积极参与到课堂中来,从“要我学”到“我要学”。这种教学方式与多媒体案例教学结合,在教学过程中取得了很好的效果,启发学生思考,笔者把这种方法应用于《材料成形专业英语》、《铸造工艺学》等多门课程中,激发了学生的兴趣,提高了提出问题,解决问题的能力,发挥学生的潜能,教学效果好。运用讨论式教学,需要改变教学思路,教师需要有充分的课前准备,丰富的专业知识,较强的组织和沟通能力,引导作用。
[参考文献]
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铁剑的制成,意味着锻打技术取代了浇铸技术,青铜剑退出了历史舞台。多少年来,青铜合金技术彻底失传,唯有越国浇铸铜剑的遗址还在。
铸剑理想
正在绍兴兰亭重铸青铜剑的朱利尧,出生在会稽山区。这一带地方比如日铸岭、焦坞及炭灶岭和上灶、中灶、下灶及灶基岗炼剑池,还有铸铺岙赤堇山,相传都是春秋铸剑大师欧冶子升火冶炼、浇范铸剑的所在。
从20世纪60年代起,朱利尧从他做工匠的父亲和父亲的师傅那里,断断续续地听到些关于青铜剑的传说。有一次,他父亲带回来一把断裂而锋利无比的青铜剑,小利尧在将之作为玩具的同时,模糊萌生出自己也要造青铜剑的念头。待到小利尧长大,家乡的铜锡手工艺已经萎缩,他便绕过家乡的沟沟坎坎,去大上海从事市政建筑工程。
这一去就二十多年,朱利尧积累了财富,也积累了实现儿时梦想的人脉:结识了民间的、专业的和高校的青铜专家,结识了国际著名的铸剑大师,参加了全国刀友协会……
他记得,在上海一位朋友家里看见几把青铜剑。朋友告诉他,绍兴有这种剑。这对于朱利尧来说,无异于激活了神经!
他记得,在河南洛阳、湖北荆州,看到几把工艺品越王剑,以铜为主,含锡极少,缺乏那种神奇的寒光。朱利尧心想,要么不做,要做就要做古越的青铜剑,让古越的铸剑技艺重放光彩!
他记得,剑友周正武在2002年造出了中国第一把折叠锻打的钢铁剑。当时朱利尧就想,如果能铸造出高锡含量的青铜剑,一定会在剑坛熠熠生辉!
每一次回忆,都坚定了朱利尧的决心。每一次探求,每一次抒怀,都擦亮了朱利尧的梦想。他要回故乡去,他要为重铸绝世的青铜剑而奋勇探寻。
奋然前行
朱利尧离开繁华的上海街市回到了清冷的绍兴山间。
然而,重铸青铜剑,靠他父亲与父亲的师傅传下的手艺是远远不够的。他去宁波、杭州、上海,远至湖北,请教了许多教授、学者和专业人士,可是因为青铜剑铸造工艺失传太久,他们也无法尽言。
青铜铸剑要采用铜锡合金。剑的要求是坚韧而锋利,铜韧劲有余而坚硬不足,需要用性脆的锡来弥补。会稽山的赤堇出锡,若耶(包括平水)产铜,因此,越国是当时最大、最好的青铜器实验室。但铜锡合金的比例很难掌握,熔点不同的两种金属合在一起的一刹那,容易产生反偏折,使铸件成分不均匀,出现裂纹。即使极富盛名的越王句践剑,也难以幸免。所以,铸剑工艺后期,高超的研磨技术和整形工艺,是解决、弥补缺陷的关键技艺。
朱利尧从采购原料开始就严格把关,全部采用平水铜矿的紫铜和赤堇山的纯锡,一次次配比,一次次试验。古代浇铸以石范、沙范、泥范、陶范为模具,因此有“剑从石出”之说。朱利尧选择了历史上也是现代技术难度最大的金属范。但是铜锡温度的相熔这一难题怎么也不能解决。几千次失败,废铜渣堆成了小山。
朱利尧一到晚上,就把心爱的藏剑放在桌上,一看就是几个小时。他又去各地博物馆和剑友家,看了上千把青铜剑。
朱利尧的藏剑都是他花时间寻访来的、花巨款买来的、花精力转让来的稀世珍品。为了弄懂古老的铸剑工艺,他一把又一把地解剖自己的藏剑。他把越国古剑一层一层地磨出来,磨一层看一层。有一次,他足足看了三天,看剑身的细节光点,看剑面的纹里走势,分析、研究,以再现传说中的神奇。
无数次失败,无数次教训,朱利尧把每次失败的原因都牢记于心。问他有经验吗?他笑笑:失败的教训就是最宝贵的经验。反复的琢磨,反复的试验,朱利尧终于逐渐掌握了成熟的配比、浇铸等技术。
神剑问世
2012年春天,第一把重铸的青铜剑终于问世。朱利尧在博客上写道:“经历了400多天的钻研,吃了400多天快餐,400多天不回家,烧去了200多万元人民币,值了。2012年4月1日,终于铸出了失传千年的青铜剑,并打破了几项青铜界专家的论文叙说……破解了千年青铜剑谜局……”
接着,朱利尧完善了新铸的青铜剑:在剑身制作花纹,在剑首制作同心圆,在剑格两面镶嵌宝石,在剑茎缠绕黑丝。他复合制作了20多把越式青铜剑,寄给了包括港、台等地的国内著名收藏家,请他们提意见。意见很快反馈,好评如潮,惊呼这是中国最好的剑。
朱利尧并不满足,他把新铸之剑竖在桌上连续看了两个月,发现剑茎长了一点,于是就做调整,使整剑更加协调美观。他发现剑身有小气孔,就找学者求教。那学者告诉他:这是世界性难题,因为理论上要消除高锡气孔的概率是极低的,即使古代越王剑,也有气孔。他把所有有气孔的青铜剑都重新回炉,再进行上百次的试验,终于获得成功。
成功再铸的青铜剑耀眼出炉,透着王者之气。剑身两刃的前部收缩成弧曲,线条流畅优美;剑身布满黑色菱形花纹;剑首十一个精细的同心圆圆润规整,近正面剑格处铭刻“胆剑精神”鸟篆文;剑格正反两面镶蓝色琉璃和松绿石。在之后的研磨中,朱利尧将铸剑技艺又推上了一个高峰,剑身渐渐透出了青铜所特有的冰释纹,从而不必再饰以黑色菱形花纹了。
此后,越式青铜剑先后亮相于义乌、青岛、北京、杭州等地举行的各种全国性展会,频频引起轰动,其中“湛卢”“纯钧”诸剑评誉最高。
2013年5月21日,中央电视台10频道播出了朱利尧重铸青铜剑的纪录片《越绝神剑》。
关键词:数控机床;高速电主轴;进步;技术
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.050
1 高速电主轴的发展过程
在上个世纪50年代左右,已经研制出了真空电子管作为变频器的高频电主轴。它的优点是转速很大,缺点是传递的转矩和功率太小。随着计算机时代的到来,在上个世纪末研制出了用于车削、钻削等工艺的高频电主轴。
现如今世界上的大部分工业国家都具有生产良好性能高频电主轴的能力。比较出名的有日本的NSK公司和美国的PRECISE等公司。至于超高速机床的的发展则更突显一个国家的科技实力,而日本则是其中的佼佼者。同时我国的超高速机床也开始了飞速发展,取得了令世界震惊的发展,主要表现在数控机床的高速化和种类多样化。在高速化方面,宁江机床公司研发的NJ-5HMC40卧式加工中心的最大主轴转速达到了40000r/min。在上个世纪的高速切削机床的发展中,日本因为自己的民族特色,不断吸收其他国家的先进技术,通过国内的消化吸收达到了国际先进水平,在世界市场上占据了一席之地。我国在这方面的发展起步较晚,导致我国数控机床很大程度依赖国外的技术。但是通过相关技术人才的不断努力,在高速、多轴等方面也取得了巨大的进步。在CIMI2003届展会上,国产的地30多台,这是一个十分巨大的进步。与此同时我们应该继续加大重要部件的研发力度,尤其是资金和人才方面的投入,学习国外的先进经验,少走弯路,为国家数控机床在全世界同类型产品中的崛起努力。
2 高速电主轴的构成
现代加工制造业对零件加工方面的要求与日俱增,生产中加工中心拥有的高速切削机床指的是最大转速大于10000r/min的高速电主轴系统。同时高速切削主轴也需要有较大的回转精度以及静和动刚度。
高速机床最重要的部分高速高速电动主轴部件,它起到将机床的主轴和变频电机合到一起的作用,意思就是将主轴的电机中的转子、定子等部件加到主轴里面。这样的机构连接不易松动,质量方面减低不少,还能快速响应,噪音也很小,十分符合现代生产制造的要求。
高速主轴的一个单元部分主要包括动力源、轴承、主轴、和机架。这四个重要部件组成了一个十分平稳的体系,基本上满足了加工需要的各种要求。同时它的优异主要由主轴的取材的质量、结构好坏、产生噪声大小等决定。因此市场上电主轴方面的技术更加普遍。
在生产实践中,在主轴的的静刚度和工作精度两方面都要做的十分好才可以。同时主轴应该具有非常良好的抵抗震动的特性。当处于很大速度的情况时,选择电主轴是十分必要的。电主轴体系的几项要求十分必要。比如它轴承的质量等,如果质量太差,导致使用时间缩短就会影响生产。还有就是电主轴在受到单个径向力时有多大的位移,这对生产时的精度影响十分明显。在以往有关主轴方面的技术中往往缺少必须的计算,导致生产成本的大幅度上升。如今的主轴生产便克服了这一问题,因此适应制造业的发展,为社会的进步提供了技术方面的支持。
3 国外高速电主轴的一些特性
只有充分了解国外的电主轴技术,才能为我国的电主轴发展献策献力,贡献力量。其主要的特性有(1)关于如何同时实现大转速和大功率的要求。这在国际上是一个难题,国际的许多科研所都在大力攻关,国内已经有了新的突破,尤其在高速电主轴方面。(2)精密的加工和装配是最重要的。因此数控机床的许多重要零件都需要极小的加工误差,加工误差大了会造成机器工作不稳定,缩短机器的寿命。国外的许多电主轴工厂都有十分精密的设备,为其本国的机械制造业的发展奠定了十分坚实的基础,但是我们国家在一些重要部件方面尚未突破,需要更多的投入。(3)许多发达国家的机械铸造工艺十分发达,因此可以加工出高刚度的轴承。瑞士一个公司的磁悬浮轴承的转速达到了200000r/min。但是国内相关技术的发展尚未满足生产的要求,许多的轴承只能进口。(4)一个技术的成熟同时也体现在其配套体系的成熟与否。国外的自动平衡系统、主轴变形温度补偿精密系统等都比我国的要先进许多,因此我国的竞争还很激烈,。比如德国一个公司的在线自动平衡系统可以十分明显的减轻电主轴的振动情况。
4 高速电主轴对数控机床的作用
现代社会工业生产的集成度越来越高,人工操作的地方越来越少。因此形成体系的电主轴更具有市场竞争力,降低工业产品的生产成本,可以更好的满足社会的各种要求,为社会的发展服务。当电主轴应用到数控机床时,因为其本身具有的优势使机床的生产活动更加的平稳,很少发生故障,极大地满足了当今快速生产的需求,带来极大地经济效益。电主轴在并联运动机床的生产活动中具有不可或缺的作用,十分重要。为了让“高速度、高可靠性、高精度及小震动性”的要求深入落实,需要电动机安装到电主轴的体系内。它与闭环矢量控制、电机变频等应用到一起,让车削、钻削等技术的精度更加符合要求。现如今的机械产品生产遇到了许多的瓶颈,而高速加工的出现正好解决了这些困难,取得了零件加工的巨大进步。正是由于金属切削加工的巨大优势,让全世界的制造业发展再次上了一个台阶。当今社会的高精尖设备的重要部件都离不开高档数控机床的作用。电主轴技术的发展已经上了一个快车道,哪个国家可以在核心技术方面取得重大突破,都将引领相关产业的潮流。作为当代中国发展的后备力量,我们应该努力学习相关技术,弥补我国在相关技术方面的先天不足,为电主轴技术的发展贡献一份力量。
参考文献:
[1]吴玉厚.数控机床电主轴单元技术[J].北京:机械工业出版社,2014:25-28.
[2]孟杰,陈小安.电主轴动力学分析的传递矩阵法[J].机械设计,2014:30-32.
[3]虞付进.电主轴技术的应用及发展趋势[J].机电工程,2014(06): 68-71.
[4]卞付国.高速旋转固体火箭发动机测量系统研究[D].哈尔滨工程大学,2013:98-101.
高校工科类专业大学生的EGP的教学任务是由该校的外语学院(系)承担,而ESP的教学任务则是由相应的专业课教师承担。前者由具有英语专业背景的教师教学,师资力量雄厚,有统一的教材、统一的大纲指导和统一的考评方法;而后者是由具有相关领域专业知识背景的教师教学,没有统一的教材、统一的大纲指导和统一的考评方法。因此,如何搞好ESP的教学,如何提高ESP的教学质量等,这些都是值得深入研究和探讨的问题。目前,对于这些问题,已有大量文献报道的相关专家学者对此进行了详细而深入的研究,并提出了相应的建设性建议和对策[7-14]。
但是,作者在多年的ESP教学中发现,学生的英语基础知识扎实,但是一旦遇见很专业性的问题就发愁。比如,“10年”文献翻译为“10 years”,这个学生是没任何问题的,但是,如果文献翻译为“10 yrs”,学生就不知道怎么回事;又如,“黄河路”这个地名,大多数学生还翻译为“Yellow River Road”,其实这个就是一个专用名词,直接翻译为“Huanghe Road”即可;又如,“45#钢的热处理”,有个学生在毕业论文将其翻译为“45# Steel Heat Treatment”,如果这么翻译,那么“的”就没有翻译出来,正确的翻译应该为“Heat Treatment of45# Steel”,仅仅一个简单的“of”,翻译出来的短语存在天壤之别;再如,“……的研究”,大家都喜欢翻译为“Research on …”等,其实是不需要翻译出来的。因此,在ESP教学中,不仅要传授给学生ESP的知识,更重要的是如何遵循教学规律找出一条适合我国高校ESP教学发展之路,是迫在眉前急需解决的问题。
因此,本研究以宿迁学院金属材料工程专业的ESP教学为例,探讨如何进行ESP教学的改革,以期为国内专家学者及同行提供借鉴。
一、教学对象及课时安排
据了解,我国大多数高校工科类专业的ESP只开设一个学期,课时很少,一般为32个学时,2个学分(每16个学时为1个学分)[10]。这样时间短,课时少,学生很难在这么短的时间内达到规定教学要求。针对这个现状,宿迁学院对ESP的教学任务安排延长了开课时间和增加了课时。比如,宿迁学院金属材料工程专业的ESP是面向该专业大三学生开设的必须专业课程。选课人数一般在45人左右。总的课时为64个学时,共计4个学分。分秋季和春季两个学期开设,每个学期均为32个学时。这样在时间上不仅确保了学生学习ESP有足够的时间,还能保障教学有充足的时间,为提高ESP的教学质量提高了时间保障。从而避免了因教学时间不足,减少和压缩教学内容,达不到学生学习ESP的目的和要求。
二、考试方式
一般高校工科类专业ESP的考试采取的是开卷、半开卷或者闭卷方式。而宿迁学院金属材料工程专业ESP的考试方式采取则是闭卷考试加以考教分离的方式,即考试试卷是采用试卷库,从试卷库里随机抽取试卷作为考卷。最终成绩的评定是期末卷面成绩的70%加平时成绩的30%。平时成绩主要包括学生上课时出勤情况、课堂上的表现、平时作业完成情况等。这种考试方法的优点是防止了任课教师考前有针对性复习、泄露考试题目或者教什么考什么的弊端,为ESP的考试评定提供了强有力的制度保障。
三、教学内容
由于ESP不仅要求学生具备雄厚的英语基础知识,还要求他们具有较强的专业知识。这对学生的学习提出了很高的要求。如果教材选择不当、教学内容安排不合理,很容易在一开始时使得学生对ESP的学习产生消极的影响。为了激发学生对ESP的学习产生浓厚的兴趣,宿迁学院金属材料工程专业在学生大三第一学期采用的教材是匡少平等人编写的《材料学科与工程专业英语》[15],主要是选取该教材中金属材料工程方面的科普性读物为教案内容(见表1),其教学目的是要求学生能准确地掌握金属材料工程学科方面的专业术语写作、能翻译专业材料方面的简单句子,以及能阅读专业方面的文献等。第二学期采用的教材是刘爱国编写的《材料学科与工程专业英语》[16],主要是选择该教材中金属材料工程方面的专业性较强的内容为教学内容(见表1),其目的是要求学生能准确地翻译金属材料工程学科方面的专业句子,能翻译简单的专业短文,流利的阅读专
业文献等。这两个学期教学内容的安排是使得学生对ESP的学习由浅到深,由容到难的过程,激发学生对ESP的学习的热情,然后逐渐加大难度,避免学生对ESP的学习在一开始时产生抵触情绪等厌学现象。 四、教学方法
据文献报道[7,8,10,11,14],大多数高校的教学方法是以传统的教师讲解为主,这样学生参与的机会很少,学生在课堂上总是处于被动接受状态,那么学生学习的积极性和主动性很难发挥出来。本文作者在教学中的手段是PPT辅加板书的方式。在教学过程中,首先讲解本次教学的重点和难点,然后让每个学生翻译一句话,教师进行纠错和修正,在此基础上,再进行扩展。比如,当句子中有“with”这个介词时,那么就给学生扩展为“随着科学技术的发展(With the development ofscience and technology)”、“随着化学反应温度的升高(With the increasement of the Chemical reaction temperature)”和“随着反应时间的延长(With the increaseof the reaction time)”等。将科技文献中常见的句型通过“With”这个介词给学生讲解,那么学生很容易接受,也很容易掌握。与此同时,也将本学科出现新技术的专用名词传授给学生,比如,“纳米材料(Nanomaterials)”。当然,这个“纳米(Nano)”也可以开展为“纳米技术(Nanotechnology)”、“ 纳米工程材料(Nanoengineeringed materials)”和“纳米结构材料(Nanostructuredmaterials)”等,学生在学习过程中不仅了解了本专业新的发展动向,还能很快在不知不觉中记住这些专业ESP词汇和短语。同时,在教学中穿插社会上使用ESP时出现的错误为例给学生讲解。比如,在开往贵阳的火车的车厢上将“贵阳”翻译为“Expensive sun”,这个是及其错误的,因为“贵阳”属于专用名词,按照英语中约定俗成的习惯,那么“贵阳”直接翻译为“Guiyang”即可。这就是大三学生第一学期学习的主要内容,与一开始就让学生接触大量的生硬难懂的ESP词汇和长句相比,他们会感觉到学习ESP很轻松、很快乐,从而激发出学生学习ESP的热情。
在此教学的基础上,学生已掌握了一定量ESP的词汇和句型,然后逐渐加大ESP的教学难度,教学重点转移到ESP的句子学习上。尝试着让学生将中文专业短句翻译为英文和英文专业短句翻译为中文,任课教师根据学生翻译的情况进行讲解。比如,“金属就是通常具有良好导电性和导热性的元素。许多金属具有高强度、高硬度以及良好的延展性(参考译文:Metals areelements that generally have good electrical and thermalconductivity.Many metals have high strength,high stiffness,and have good ductility)”,在这句话中,有两个“具有”,而这两个“具有”的翻译情况是不同的,前者的“具有”在定语从句中表现出来,后者的“具有”是直接作为谓语的。又如,“Casting processes and cast-materialtechnologies vary from simple to highly complex.Material and process selection depends on the part´scomplexity and function,the product´s quality specifications,and the projected cost level(参考译文:铸造工艺和铸造材料技术从简单到高度复杂变化很大。材料和工艺的选择取决于零件的复杂性和功能、产品的质量要求以及成本预算水平)”,在这个句子中,要求学生一定要掌握“从……到……的变化(vary from…to…)”和“以……为依靠(depend on…)”这两个介词短语等。
有了上面教学作为铺垫,就可以更进一步加大ESP的教学难度,教学重点由ESP的句子学习转移到ESP的短文学习上。可以让学生尝试翻译科技方面的小短文。比如,“触控荧幕的应用非常广泛,例如游客导览系统、自动柜员机、销售点终端机、工业控制系统等。在2000年,六家专门厂商加上几家大公司的触控产品部门,总产值高达八亿美元。由于这种介面使用方便、经久耐用,而且花费不高,因此市场还在成长之中(参考译文:We use touch screens everywhere: touristkiosks,automatic teller machines,point-of-sale terminals,industrial controls.Half a dozen vendors,plusin-house departments at major manufacturers,produced$800 million worth in 2000.The market is growingbecause the interfaces are easy-to-use,durable and inexpensive)”。在这个中文科技短文中,要求学生不要急于翻译,先读懂其中文意思,理清每句话之间的逻辑关系,再试着翻译,在翻译时先找到每句话的主谓宾,然后再将修饰主谓宾的部分加到相应的位置。比如,在这个短文中“触控荧幕的应用非常广泛,例如游客导览系统、自动柜员机、销售点终端机、工业控制系统等。”这句话,其中心意思是“触控荧幕的应用”,其他部分都是修饰成分。只要把“触控荧幕的应用”的主谓宾翻译出即We use touch screens,然后将各个部分的修饰成分加到相应的位置即可。或者是“You canguess,of course,whether the man was answering truthfully,but today´s polygraphs cannot.All they record arepulse,respiration,skin temperature,and other signs thatmay suggest whether someone seems nervous when askeda damning question(参考译文:当然,你可能猜想这家伙在说假话,但今天所用的测谎仪却不能。它们所能记录的脉搏、呼吸、皮肤温度和其他信号,只能提示某人在回答一个非常不利的问题时似乎有些紧张)”。对于这段科普的英文短文,要求学生在翻译前一定要读懂其英文意思,即使有个别单词不熟悉或者不认识,要根据上下文的意思进行“猜”。例如,这个短文中的单词“polygraphs”,是一个生僻单词,但是通过上下句可知,整个短文的意思是“记录了人体反应的一些信号”,并结合常识性知识可以推测出这个单词可能是与“谎话”方面的东西有关联,再根据其后缀“-graph”表示“书写器、描绘器、记录器、书写的结果”的意思,就可以推断出“polygraphs”的意思就是“测谎仪”。然后再进行翻译,在正式翻译时不要直译,而是要意译,翻译完后再对语言进行整理、修改和润色。这种由词(或者短语)句子篇章的过程,是遵循了EGP的教学规律,也是适合ESP的教学规律。从宿迁学院金属材料工程专业的ESP第二学期期末总评成绩分布如图1,从图1可知,总体上来看,学生的不及格率明显减少,学生的总体成绩呈现上升趋势。因此,采用该教学方法后教学效果显现出良好的势头。
五、结束语