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關鍵詞：激光燒結；金剛石微粉壓坯；工藝參數；工藝與機理

1. 激光燒結參數

1.1激光功率

在功率低于550W時，由于掃描速度相對較快而激光功率較低，粉末壓坯中低熔點金屬元素被加熱溫度較低，來不及達到熔點溫度，各種金屬元素還處于原始接觸階段，因此抗拉強度較低。隨著激光功率P的增大，單位時間內粉末被加熱的溫度更高，低熔點金屬元素部分微熔，將其周圍的金屬粉末包裹在一起，使得燒結件的抗拉強度得到了提高。在激光功率達到550W時，得到較好的燒結效果，燒結件具有最大的抗拉強度。而當激光功率P超過550W時，燒結件表面部分呈綠色，為錫青銅的氧化產物，說明由于功率過高，出現了燒損現象[1-3]。

1.2 光束掃描速度

同樣，保持激光功率P=550W，光束掃描速度v按照880 mm/min、1100 mm/min、1320 mm/min、1540 mm/min、1760 mm/min化，來考察掃描速度v對燒結件抗拉強度的影響。

光束掃描速度v超過1100mm/min時，燒結件的抗拉強度將隨掃描速度v的增大而降低；而當掃描速度v小于1100 mm/min時，燒結件的抗拉強度又急劇降低。

掃描速度小于1100 mm/min時，由于激光功率相對較高，導致單位時間內粉末材料吸收的激光能量較高、粉末溫度升高過快，從而使得低熔點金屬元素部分燒損，部分表面呈綠色。掃描速度為1100 mm/min時，得到較好的燒結效果，燒結件具有最大的抗拉強度。而當掃描速度高于1100 mm/min時，低熔點金屬元素在單位時間內又得不到充分加熱，不能充分熔化以結合四周的金屬粉末顆粒，燒結件抗拉強度降低。

2.燒結體性能分析

由第二節分析可知，金剛石微粉壓坯在P=550W，v=1100mm/min的激光工藝參數下，具有最優的抗拉強度和致密度。為此，選擇該工藝參數下的燒結體進行微觀組織分析。

在上圖中，燒結體橫斷面基本上已看不到以原始狀態存在的金屬粉末，高熔點金屬粉末被完全包覆在低熔點金屬粉末內，燒結效果良好。當然，由于燒結所固有的特點，燒結體無法達到純金屬的致密度，不可避免地存在較多孔隙。另外還在橫斷面上發現了較多坑洼――“韌窩”[4-5]，表明了燒結件的斷裂為塑性層狀撕裂，燒結體具有良好的抗拉性能。

低熔點Cu-Sn液相流動方向也清晰可辨；未熔化高熔點金屬粉末顆粒分布較均勻，粉末顆粒間的孔隙基本已全部被填滿，顆粒間通過凝固的低熔點Cu-Sn粘結在一起，致密性較好。在顆粒間小孔隙消失的同時，在周邊出現了較大的孔洞。

這是因為：低熔點Cu-Sn合金元素熔化后，形成液相，在激光繼續作用下，液相流動性和滲透能力大大加強，液相金屬很容易填充入高熔點顆粒間的孔隙；同時，液相原子自身的擴散速度和高熔點固相顆粒在液相中的擴散都加快，傳質也加快，通過顆粒邊界溶解圓潤化和固溶沉淀等作用進一步優化顆粒的形狀和重排位置[6-8]。此外，由于壓坯局部區域成分非均勻性和液相的凝固收縮，使某些區域液相金屬流失，形成孔洞。

3.結論

1、采用不同粉末配方、不同激光工藝參數對金剛石微粉壓坯進行燒結試驗研究表明：光斑直徑為8.5mm時，在激光功率550W、掃描速度1100mm/min燒結條件下，微粉工具具有最佳的燒結性能。

2、借助掃描電鏡（SEM）對燒結件進行了微觀分析知：高熔點金屬顆粒通過凝固的低熔點Cu-Sn粘結在一起，粉末顆粒間的孔隙基本已全部被填滿，燒結體具有良好的致密性和抗拉性能。從而提高燒結體耐磨性能。

參考文獻

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關鍵詞液膜;液膜分離;金屬離子

中圖分類號 X703.1文獻標識碼 A文章編號 1674-6708(2009)05-0064-02

Lquid membrane separation technique and progress of liquid membrane separation technique in treatment of wastewater containing metal ion

XIAO Jiali,MAO Xiulong

Dpartment of Chemical Engineering,SiChuan University,ChengDu 6102O7,China

Abstract The liquid membrane separation technique is presented.The progress of research in the application of liquid membrane technique to the recovery and extraction of metal ions. The problems that restrict the commercialization of liquid membrane technique and it research directions are presented.

Keywords liquid membrane;liquid membrane separation technique;metal ion;surfactant;carrier

1 液膜分離的特點

液膜是指兩液相間形成的界面――“膜相”, 通過它將兩種組成既不同但又互相混溶的溶液然后分開,經選擇性滲透,使物質達到分離提純的目的。

液膜過程與溶劑萃取過程具有較多相似之處。液膜與溶劑萃取一樣,都由萃取與反萃取兩個步驟組成。但是,溶劑萃取中的萃取與反萃取是分步進行的,而液膜過程的萃取與反萃取分別發生在膜的兩側界面,溶質從料液相萃入膜相,并擴散到膜相另一側,再被反萃入接收相,由此實現萃取與反萃取的“內耦合”液膜傳質的“內耦合”方式,打破了溶劑萃取所固有的化學平衡,所以,液膜過程是一種非平衡傳質過程。

與傳統的溶劑萃取相比,液膜的非平衡傳質具有如下3個優點:1)傳質推動力大,所需分離級數少。從理論上講,只需一級即可實現完全萃取。2)試劑消耗量少,流動載體(萃取劑) 在膜的一側與溶質絡合,在膜的另一側將其釋放。載體在膜中猶如河中的“渡船”,將溶質從膜的一側“渡”到另一側。膜載體的“渡船”功能表現為溶質的膜滲透速率與膜載體濃度不成比例。研究中發現,大幅度改變載體濃度對提取率之影響甚小。載體在膜內穿梭流動,使之在傳遞過程中不斷得到再生,其結果是所需膜載體的濃度大大降低,并使液膜體系中膜相與料液相之比例亦可降低,具有顯著的經濟意義。3) “上坡”效應,或者溶質“逆其濃度梯度傳遞”的效應,溶質從液膜低濃度側向高濃側傳遞的效應,這是由于在膜兩側界面上分別存在著有利于溶質傳遞的化學平衡關系,這兩個平衡關系使溶質在膜內順其濃度梯度而擴散,界面兩側化學位的差異導致溶質透過界面而傳遞。液膜的這一特性使其在從稀溶液中提取與濃縮溶質方面具有優勢。

與固體膜相比,液膜的優點如下:1)傳質速率高。溶質在液體中的分子擴散系(10-6 ~10-5 cm2/s) 比在固體中( < 10-8 cm2/s) 高幾個數量級,而且,在某些情況下,液膜中還存在對流擴散,所以,即使是厚度僅為微米級的固體膜,其傳質速率亦無法與液膜比擬。2)選擇性好。固體膜往往只能對某一類離子或分子的分離具有選擇性,而對某種特定離子或分子的分離,則性能較差。

2 液膜分離技術處理金屬離子

金屬回收是資源綜合利用的重要組成部分,對于建立循環型經濟、保證資源永續、減少環境污染、節省能源、提高經濟效益具有重要的意義。隨著科技的進步以及資源的不斷減少,將會有越來越多資金和人力放到回收廢液中的金屬離子的工作中去。

1)含銅廢水

在濕法冶鋅中,浸出料液中含有銅、鎘等雜質,王向德等以DIPSA(3,5一二異丙基水楊酸)、TIBPS(三烷基硫化磷)、煤油、硫酸乳狀液膜體系去除浸出液中銅雜質。實驗結果表明,處理后的浸出液中銅離子濃度小于0.5mg/L,而鋅的損失率不到0.5%,可以達到濕法冶鋅的工藝要求。以LIX98為流動載體的乳狀液膜提取低品位藍銅礦浸出液中Cu2+。在最佳試驗條件下,Cu2+ 提取率幾近100%,純度可達99%以上,富集濃度為18~19mg/L。另外,在處理電路板刻蝕廢液,銅的回收率高達99%以上,處理后的廢水中銅濃度小于0.5mg/L,達到了排放標準。

2) 含鋅廢水

液膜法處理含鋅廢水研究,以實現工業應用,王士柱等在料液酸度較低情況下以T154、T120、稀硫酸液膜體系,處理量為50m3/d,可將含鋅濃度為550mg/L的廢水,降至5mg/L左右,基本上符合排放標準,且處理回收1kg鋅所需要的費用要小于1kg鋅的價值。

3) 含鉛和鎘廢水

梁舒萍等以LMS-2(R ―SO3H,R 為C4的烯烴共聚物)、P5O7(2-乙基己基磷酸甲酯)、檸檬酸、煤油組成液膜體系,處理含Pb2+mg/L的水樣,Pb2 +的除率可達94%。

以TRPO(混合三烷基氧膦)、氫氧化鈉液膜體系,處理氰化鍍鎘廢水,處理后的廢水氰和鎘的含量同時降至排放標準以下。另外,以Span-80、P204 為鹽酸的液膜體系,處理含鎘為100mg/L的工業廢水,處理后的廢水中含鎘量降至0.1mg/L以下。

近年來,湯兵等以DIPSA(3.5-二異丙基水楊酸)、TIBPS(三烷基硫化膦)為載體,(NH4)2S為沉淀劑組成液膜體系,利用液膜內相結晶技術處理濕法煉中氧化鋅酸性浸除液,鎘的回收率達98.1%,從高鋅低鎘體系中較好低實現了鋅、鎘分,并在內水相中直接的到鎘鹽產品。

4)含鉛廢水

早期的學者以二苯并-18-王冠-6-(王冠醚)作為萃取載體進行研究,取得了理想的效果, 但這種液膜構型價格較為昂貴,很難應用到工業過程中去。經實驗研究表明,利用磷酸三丁酯(TBP)作為萃取載體,Span-80及L-113B分別作為表面活性劑,對料液中濃度為6.04×10-4mol/L的Na2P2O7含鉛溶液進行分離提取,可使鉛的濃度降低到6.14×10-6mol/L,萃取率達99%以上。

為了提高鉛離子在膜相中的溶解度和選擇性,在有機相中引入一定量的流動載體TBP,這樣同外水相中所萃溶質的離子形式結合配合物后,在膜相中呈電中性,內水相中反應試劑為8×10-6mol/L的Na2P2O7溶液,可為遷移提供驅動力。這種II型促進遷移一方面提高了溶質遷移的傳質通量,另一方面在這種離子泵作用下,可將滲透溶質從低濃度的料液向高濃度的液膜中遷移,從而提高萃取率。

近期Rania Sabry等以span-80為表面活性劑,D2EHPA為載體,磷酸作為萃取相進行研究,在最佳條件下,對鉛離子的萃取率可達99%~99.5% 。

5)含鉻廢水

電鍍廢水中的鉻以陰離子形式存在,可用中性胺或季銨鹽作為載體,例如叔胺、TOA(三辛胺)等,也有用TPB(磷酸三丁酯)為流動載體,以Span-80為表面活性劑,中性油作膜體溶劑,內相用NaOH溶液時為偶合同向遷移,在外相界面上的離子交換反應為:

[2H+ +Cr2H2-7](7) + 2R3N(0) ― [(R3NH)2Cr2O7](0)

4OH-(1) + [(R3NH)2Cr2O7](0) ― [2Cr2O42- + 3H2O] (i)+ 2R3N(0)

若用季胺鹽為載體,內相用酸時是偶合異向遷移,在外相界面上的離子交換反應為:

Cr2O72- + 2R3NHX(2) ― 2X(W)-+ (R3NH)2Cr2O7(0)

在內相界面上的離子交換反應是上述反應的逆轉,即:

2X(W)-+ (R3NH)2Cr2O7(0)― Cr2O72- + 2R3NHX(2)

偶合遷移過程中,外相液酸度對過程是很重要的。

李思芽等人利用液膜處理高濃度六價鉻廢水(1 500mg/L),經過處理后水中六價鉻含量低于0.5mg/L,達到了排放標準,并經過破乳后回收液中Cr6+濃度可達20g/L。

6)含鈾廢水

Kulkarni以煤油為膜溶劑,span-80為表面活性劑,TOPO為載體,碳酸鈉為內向溶液處理鈾離子濃度為600mg/L的廢液(同時含Ca2+、Fe3+、Mg2+),萃余液中鈾離子含量低于50mg/L,這一結果在提高鈾濃縮物純度的研究上具有重要的意義。

3 結論

液膜分離作為一種新型的化工單元分離手段,在節約能源、資源綜合利用以及保護環境等方面日益顯示其強大的生命力。隨著技術的進步,膜價格、膜污染以及膜重復利用將不再成為制約膜發展的因素。可以預見,21世紀的膜技術將在同其它學科交叉結合的基礎上, 將會形成一門比較完整、系統的學科,并將在人類社會的發展史上起到不可替代的重要作用。

參考文獻

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關鍵詞：大斷面；快速；掘進；數值模擬

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.106

國內的煤礦工程大多屬于地下開采，煤礦巷道的環境比較特殊、巷道圍巖應力多變，使得在采礦掘進作業以及維修方面有難度，巷道掘進的成本大、工程量大、不夠安全。如今煤礦掘進已經實現33%的機械化作業，大幅增加了巷道的掘進量、月進尺以及年進尺的長度。隨著煤炭等基礎能源的需求量增加，大斷面巷道的快速掘進會越來越多，必須通過采用新思路、新方法、新技術，增加大斷面巷道的施工進度，促進煤炭企業的長遠發展[1]。

1 FLAC3D數值模型

采用拉格朗日有限差分數值模擬的方法構建數學模型，通過求解連帶方程來模擬工程中應力的變化。該模型能夠有效地應用在巖土工程和采礦工程中，清晰地顯示工程中各處巖石的受力情況。在施工過程中該模型的應用比較廣泛，無論是時間上還是空間上，巷道圍巖的應力情況都能夠明確顯示，針對干擾巷道穩定性的各種因子，制定解決方案。與測量、理論和物理模擬相比，數值模型能通過模擬巖體的各種結構特性，如邊值、構造面等，來模擬采礦工程的提前量，預測可能發生的情況。由于模擬的結果精確有效，該模型已經應用到了包括采礦業在內的各種巖土工程中。

根據設計要求試驗工作面運輸順槽斷面選為矩形，毛寬 5.6m，毛高4.4m，艨5.4m，凈高4.3m，開口位置為工作面運輸順槽運輸聯絡巷處。為保證模擬結果能夠觀測到巷道開挖及不同錨桿預應力條件下巷道圍巖應力的擴散狀態，模型大小應在各方向均大于巷道開挖的影響半徑（一般為巷道直徑的 3～5 倍范圍）。同時，考慮到計算機的運算速度，特將模擬范圍設定為長×寬×高=60m×5m×35.5m 的區域，劃分網格為90×20×61個，共生成109800個區域以及 118482 個節點。

2 分析錨桿的支護參數

2.1 確定錨桿的最佳直徑

巷道圍巖的控制程度與錨桿提供給圍巖的支護阻力有關，該阻力與錨桿的直徑又有很大關系[3]。在錨桿的長度和材料固定不變時，錨桿的直徑成為影響錨桿支護阻力大小的直接因素。對支護的相關理論進行綜述，并結合實際的實驗數據發現：錨桿半徑的平方與支護的阻力以及支護系統的強度成正比例的關系。此外，施工也會影響錨固力的大小，通過對錨桿直徑和鉆孔進行匹配發現，如果直徑和鉆孔的參數接近的話，安裝會存在難度；但是當數據差距較大時，錨桿工作的阻力也會有所降低。

本文研究以試驗煤層頂板為例，為強度較低的砂質泥巖。按照圍巖的地質情況以及試驗工作面運輸順槽的現場維護條件，將試驗工作面運輸順槽頂板的錨桿明確為高強度的Φ20mm左旋螺紋鋼；兩幫錨桿為高強度的Φ18mm玻璃鋼。分析地質條件以及工作面的數據后發現，錨桿的直徑參數保持不變時，影響支護的主要因素為錨桿的間排距和長度。FLAC3D數值模型可以模擬錨桿的間排距和長度，模擬的結果作為參考，用來優化試驗工作面運輸順槽的支護參數。

2.2 確定錨桿的最佳長度

研究錨桿的最佳長度時，將錨桿的間排距設定為1000×1000，錨桿的直徑設定為Φ20mm，幫錨桿的直徑設定為Φ18mm，此外也設定好其它的參數和影響因素。在此基礎上在改變錨桿長度的過程中觀察巷道的穩定性，最穩定的狀態即為錨桿的最佳長度。借鑒臨近輔運上山的支護效果，來微調選取的錨桿長度，并制定多種不同錨桿長度的支護方案。

數值模擬結果顯示分為三種應力場，分別為垂直應力分布、錨固應力場以及頂幫錨桿圍巖應力場。由于錨桿會影響對頂板應力場的觀測，為了更精確系統地觀測、對比分析，上圖中沒顯示錨桿。根據垂直應力分布圖可以看出，這幾個方案的應力分布存在規律相似的情況，水平方向上的應力降低區發展深度較小，應力升高區比較明顯，垂直方向上的應力降低區發展深度較大，但是不存在應力升高區。根據錨固應力場圖可以看出，在對錨桿施加預緊力后，巷道和錨桿成為一個統一的整體，錨桿對巷道的支護力度增加，應力區在圍巖附近呈“倒凹”型，錨桿長度增加后，壓應力區的厚度和范圍也有所增大，擴大錨桿的作用范圍后增加了錨桿的支護程度，控制了巷道圍巖的變形程度。同時，錨桿中上部和兩錨桿之間中部圍巖的壓應力逐漸減小?？梢缘贸鲱A緊力一定時，錨桿的長度越大，預應力的作用越小，錨桿的支護作用越弱。所以，要想維持較好的支護效果，應當增加施加的預應力，并適當地降低錨桿的長度[3-4]。

3 結論

（1）在設定預緊力的情況下，通過設定頂錨桿的不同長度、模擬幫錨桿的配對方式發現，錨桿的長度越大，預應力的作用越小，錨桿的支護作用越弱。要想維持較好的支護效果，應當增加施加的預應力，并適當地降低錨桿的長度。通過觀測圍巖的變形程度發現，為了維持錨桿對巷道支護的最佳作用，需要減小頂板的下沉量，因此微調增加了頂錨桿的長度，將頂錨桿的最佳長度確定為 2.4m，預估經濟效益以及對圍巖的控制效果后，將幫錨桿的最佳長度確定為2.0m。

（2）錨桿的軸向應力分布呈現出規律相似的三個階段，分別為高應力階段、應力急劇減小階段以及小應力階段。從1.4m位置到錨桿端部，錨桿的軸向力數值已經很小，但仍然有減小的趨勢，在頂錨桿2.4m、幫錨桿2.0m位置以后，軸向力基本減小為零，可見錨桿的長度到達一定程度后，過長的那段對錨固已經不起作用。

參考文獻：

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[關鍵詞]EPC模式；有色金屬工程；投標報價；風險；

中圖分類號：TU723 文獻標識碼： A

引言

隨著我國有色金屬行業相關企業對海外礦業市場業務的不斷開拓，國外有色金屬工程項目的總承包進程加快、力度加強。但是，由于國外有色金屬工程EPC總承包的周期長，參與方多，受到政治、經濟、技術、自然環境等諸多因素影響，綜合使得投標企業承擔的項目風險隨之增大。如何根據國際的市場規則、合同規則、項目管理規則對項目所在地法律規定、稅收等方面帶來的風險進行控制處理，從而增強工程設計方案及實施方案的完整性及預見性，并最終在充分的投標報價上予以體現，以期獲取利潤，成為我國企業進行國外有色金屬工程項目EPC總承包亟待解決的關鍵問題。

基于此，本文將分析目前國際比較通用的《（EPC）/交鑰匙工程合同條件》與《FIDIC施工合同條件》，探討出國際EPC項目所共有的主要風險因素，并圍繞有色金屬工程項目通過專家調查法等進行嘗試性地補充與梳理風險因素，在實用性基礎上給出EPC模式下國外有色金屬工程項目投標報價時應關注的風險因素及可采取的風險應對措施，研究成果為有色金屬工程項目風險管理提供重要的參考和依據。

一、概述

1.1有色金屬工程項目概述

有色金屬工程項目是指針對各種有色金屬進行采礦、選礦、冶煉及深加工的各類工程項目，具有以下特點：

（1）專業復雜性高。有色金屬工程項目從前期礦山勘察到最終的冶煉產出金屬產品涉及到地質、采礦、選礦、冶金、自動化、總圖、環保、建筑及結構、水電、暖通、技經及概算等眾多專業。

（2）工程項目持續時間較長。一個包含完整采礦、選礦、冶煉工藝流程的有色金屬工程項目，從前期現場考察、可行性研究、初步設計及開展施工圖設計、到正式開工建設直至建成投產，這可能需要幾年時間。

1.2EPC總承包概述

EPC總承包即：“設計-采購-施工”（Engineering，ProcurementandConstruction，簡稱EPC）是一種包括設計、采購以及施工在內的總承包模式[3]，屬于一種交鑰匙項目。工程總承包企業需按合同約定承擔設計、采購、施工等工作，并需要對工程項目的質量、工期、造價及安全作出全面負責。EPC總承包具有以下特點：（1）項目整體經濟性較高；（2）EPC總承包商在項目實施過程中處于核心地位；（3）業主工作量大幅降低。

2風險分析

本研究將采用初始清單法、風險調查法及專家調查法對EPC模式下國外有色金屬工程建設項目投標報價的風險因素進行識別。基本的研究思路：首先，根據《設計、采購、施工（EPC）/交鑰匙工程合同條件》與《FIDIC施工合同條件》，識別出EPC模式下一般工程建設項目共有的風險因素；其次，針對有色金屬工程項目采用專家調查法等進行補充與修正；最后，分類整理得出EPC模式下國外有色金屬工程項目風險清單，如表1。對于特殊的有色金屬工程項目類型可能會產生其特殊的風險因素，這些內容在本文中均不做特殊討論。

圖1風險清單

3風險應對

EPC模式下國外有色金屬工程項目承包商在投標時的風險應對措施包括以下方面：

（1）深入調查項目所在地的政治、經濟情況及法律法規?？偝邪淘谕稑藭r需要深入調查其政治、經濟方面的穩定狀態，可以將相應的風險費用計入投標報價中。例如：工程項目所在地的海關清關手續情況、進出口及外匯管制情況、建設及后續的投產運營是否必須雇傭當地勞工等。在調查之后，記錄存檔，并將相應的風險費記入投標報價[4]。

（2）提高現場勘查及考察的全面性及技術含量。有色金屬工程項目承包商在時間及費用等條件允許的狀況下，應提高現場考察的全面性及技術含量，不僅應詳細考察、證實現場的地質地基、水文氣候、地下管線等條件，而且還應該詳細考察諸如稅費政策、用工政策、市場價格水平、運輸條件及建設條件等關鍵報價因素。

（3）仔細研究業主所要求的EPC模式范圍。EPC模式范圍相當于業主的任務書，詳細記錄了設計任務、廠房建設及安裝內容、基礎設施建設等工作范圍等，是總承包的基本依據。因此，必須對其進行仔細研究，如有必要可展開質疑，尤其是對工程范圍、擬定功能、檢驗標準等重要部分，更應明確表達，以求減少因“工程范圍不明確”，“擬定功能未達到”等問題給造成不必要的損失。

（4）技術標中適當增加供貨商名錄。有色金屬工程項目的設備費占總造價相當大的比重，如果供貨商產生供貨問題將直接影響到項目的進度及成本，造成承包商的損失。因此，承包商在投標時可在技術標中適當增加供貨商名錄，這樣在某些供貨問題發生時，承包商可通過選擇名錄中的其他供貨商降低自身風險。

（5）對依據基礎設計完成的投標報價予以修正。商務標是在項目投標階段的基礎設計基礎上框算得到的，通常與項目完工后的最終設計產生相當大比重的誤差，為彌補該部分誤差、考慮一定的利潤空間以及部分不可預見費用，在國外有色金屬工程項目的投標報價中可按照一定系數將該項費用計入，以化解這項風險。

4結語

本研究采用一定的風險識別方法，以FIDIC合同條件為研究基礎，識別出風險因素清單，并據此提出相應的應對措施，研究結果給出了我國有色金屬工程相關企業在EPC模式下國外工程項目投標報價時應借鑒之處。

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[4]安立志.EPC總承包項目的風險管理研究[D].北京：華北電力大學，2007.

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關鍵詞：選擇性激光燒結；高分子粉末材料

中圖分類號： F406 文獻標識碼： A

0前言

目前 SLS 高分子粉料的制備工藝處于行業保密狀態，沒有完整、公開的工藝流程可供參考，本文根據高分子粉末的制備方法，通過資料分析，總結出了低溫粉碎法和溶劑沉淀法兩種可行的 SLS 高分子粉料的制備方法和工藝流程。合理的工藝參數組合是獲得良好成型質量的關鍵，成型工藝參數的設置和材料的性能有關，

1選擇性激光燒結材料的概況

燒結材料是 SLS 技術發展的關鍵環節，它對燒結件的成型速度和精度及其物理機械性能起著決定性作用，直接影響到燒結件的應用以及 SLS 技術與其他快速成型技術的競爭力。因此，在 SLS 技術方面有影響力的公司如 3D（DTM）、EOS 公司都在大力研究并提供激光燒結材料，有很多科研機構和一些從事材料生產的專業公司也加入到激光燒結材料的研究開發當中。目前已開發出多種激光燒結材料，按材料性質可分為以下幾類：金屬基粉末材料、陶瓷基粉末材料、覆膜砂、高分子基粉末材料等。金屬基粉末材料主要有兩大類，一類是用聚合物作粘結劑的金屬粉末，包括用有機聚合物包覆金屬粉末材料制得的覆膜金屬粉末及金屬與有機聚合物的混合粉末。另一類是不含有機粘合劑的金屬粉末，這類金屬粉末可用大功率的激光器直接燒結成致密度較高的功能性金屬零件和模具。金屬粉末的直接燒結成型因工藝簡單而倍受關注，但因燒結溫度高，用激光燒結成型有較大的難度。陶瓷粉料的燒結溫度很高，難以直接用激光燒結成型，因此，用于 SLS 工藝的陶瓷基粉末材料是加有粘結劑的陶瓷粉。在激光燒結過程中，利用熔化的粘結劑將陶瓷粉末粘結在一起，形成一定的形狀，然后再通過后處理以獲得足夠的強度。目前陶瓷基粉末的激光燒結工藝尚不成熟，還沒有實現商品化。

2 選擇性激光燒結高分子粉末材料分類

2.1熱塑性塑料粉

熱塑性塑料粉又可分為晶態和非晶態兩類，非晶態由于從熔融狀態到固態沒有結晶過程，故收縮率較低，成型工藝易于控制。玻璃化溫度 Tg、粘流溫度 Tf和材料的熔融指數是非晶態材料成型的三個重要的工藝控制參數。Tg與 Tf差值對成型過程材料的收縮變形有很大影響，而熔融指數直接影響成型零件的密度和強度。晶態成型粉料的特點是材料本身的模量和強度較高，同時在熔點以下粉末顆粒不會粘接，因而易于控制成型溫度，獲得較高密度的成型件。結晶類材料的缺點是從熔體到固體存在結晶相變，材料的收縮變形大，因此必須設法在燒結時給予補償。對此類材料的成型，控制結晶的過冷區和速率是關鍵。現在已投入使用的結晶類成型粉料還不多，一般只是尼龍及共聚尼龍的粉料，由于結晶類成型材料具有較高的強度和韌性，有較大的發展潛力。

2.2熱固性塑料材料

熱固性塑料粉的成型過程是在激光的熱作用下，材料分子間發生交聯反應使粉體顆粒彼此粘接。最常用的熱固性材料是環氧樹脂和酚醛樹脂，此類材料一般不能單獨使用，它們可以作為粉末顆粒間的粘結劑。因此樹脂顆粒在母體材料表面的包覆狀態是至關重要的。熱固性樹脂的優點是零件變形小，尺寸穩定，價格低廉，缺點是固化反應時間一般高于激光掃描停留時間，因此來不及充分反應，零件的初始強度往往較低，需要做后期固化處理?，F在較成熟的熱固化成型材料是覆膜樹脂砂，可用于鑄造成型的型芯和型殼。

3選擇性激光燒結高分子粉料燒結件的用途

由于 SLS 技術的靈活性和快捷性，它的應用領域幾乎包括了制造領域的各個行業，在醫療、藝術、人體工程、文物保護等行業也得到了越來越廣泛的應用。

3.1制造業領域

在制造業特別是航空、航天、國防、汽車等重點行業，其核心部件一般均為金屬零件，而且相當多的金屬零件是非對稱性的、有不規則的曲面或結構復雜且其內部又含有精細結構。這些零件的生產常采用鑄造或解體加工的方法。在鑄造生產中，模板、芯盒、壓鑄模的制造往往是用機械加工的方法完成的，有時還需要鉗工進行修整，不僅周期長、耗資大，而且從模具設計到加工制造是一個多環節的復雜過程，略有失誤有時甚至要全部返工。特別是對一些形狀復雜的鑄件，如葉片、缸體等模具的制造更是一個難度相當大的問題，在加工技術與工藝可行性方面仍有很大困難。可以設想，如果遇到此類零件的樣品或小批量生產，其制造周期、成本及風險是相當大的。

3.2新產品開發過程中的設計驗證與功能驗證

RP 技術可快速地將設計的 CAD模型轉換成物理實物模型，這樣可以方便地驗證設計人員的設計思想和產品結構的合理性、可裝配性、美觀性，發現設計中的問題可及時修改。如果用傳統方法，需要完成繪圖、工藝設計、工裝模具制造等多個環節，周期長、費用高。如果不進行設計驗證而直接投產，則一旦設計失誤，將會造成極大的損失。例如，家電及通訊產品的外形、結構設計，裝配試驗、功能驗證，模具制造等；為客戶提品樣件，進行市場宣傳等，快速成型技術已成為并行工程和敏捷制造的一種技術途徑。

3.3醫療、人體工程、文物保護領域

醫療器械的設計、試產、試用。以醫學影像數據為基礎，把 CT 掃描信息實物化，利用 RP 技術制作人體器官模型作為醫療專家的可視模型，進行模擬手術或對特殊病變部分進行修補，人體骨關節的配制，文物的仿制等。

4 結語

目前，國內使用的 SLS 高分子粉料僅限于 PS、PA、PC 等粉料，大多數是各研究單位針對自己研發的 SLS 設備而研制的，成本較高，對設備的依賴性強，并且成型性能不穩定，成型件表面粗糙，表面硬度和強度不高。成型粉料和成型工藝是獲得良好燒結成型質量的關鍵，SLS 高分子材料和工藝的改進研究仍有以下工作要做： 1.需要研制出更多種類、不同用途的粉料，逐步擴大 SLS 技術的工業應用領域。SLS 成型粉料的開發和生產應向商品化、系列化、規模化方向發展。國內目前尚無專業的快速成型材料制造商和銷售商，各快速成型技術的研發單位開發的粉料品種比較單一，工藝適應性較差，不便于推廣應用。2.開發高性能、低成本、低污染的高分子粉料，改變目前價格昂貴制約工業應用的現狀。

參考文獻

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[關鍵詞]水霧化；預合金粉末；應用；問題

中圖分類號：TQ164 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0151-01

1 引言

最近幾年，在我國的金剛石制品中，金屬預合金粉末的重要性日益凸顯，在所有的金屬預合金粉末中，水霧化預合金粉末占據了4/5，與普通的預合金粉末相比，水霧化預合金粉末具有較多優勢，比如成分多元化、活性較高、產量較高、價格相對較低等，所以得到了普遍應用。在我國金屬粉末發展緩慢的現狀下，國內的超硬材料制品如果不創新很難實現長遠發展，預合金粉末的出現很好地緩解了這一問題，為超硬材料制品的發展提供了新的機遇。在我國，霧化預合金粉末的發展則需要揚長避短，強化在質量穩定性、冷壓成型性及應用指導方面的研究開發，才能突破應用瓶頸，實現全產業的規?；茝V應用，形成有民族特色的產業發展道路。

2 目前的發展及應用情況

我們都知道，金屬預合金粉末需要經過科學的制備才能投入應用，制備過程是不允許出現差錯的，常用的制備方法比較多元化，目前已經投入使用的預合金粉末大都是通過化學共沉淀法、霧化法以及電解法等制備的，其中應用范圍最廣的則是水霧化制備法制備出的預合金粉末，其可以分為兩種，一種是基礎二元合金，另一種則是較為專業的三元及以上合金。由于目前市場上應用量較大的是基礎二元合金FeCu30、FeCu40，所以大多數生產廠家以此類合金為主要生產對象。

現在市場上普遍應用的是基礎二元合金，主要是由于其生產流程簡單并且價格相對較低，生產出的超硬材料質量較高，便于使用，占據整個市場應用的一半以上。具體應用現狀見下表1。

3 發展過程中存在的一些問題

盡管水霧化預合金粉末在我國的發展迅速，但我們不難發現其在應用過程中依然存在一些問題，比如質量是否穩定、磨損程度如何、制品質地是否均勻等。其中影響其在超硬材料中應用的主要因素是自身的顆粒數量較大，制約其自身的冷壓成型，還有就是其余金剛石之間的磨損適配較難。

4 發揮金屬預合金粉末對超硬材料的作用

在沒有創新之前，我國的超硬材料制品一直以來都是應用單質金屬粉末進行生產，直到出現了預合金粉末，特別是價格較低的水霧化預合金粉末出現之后，引領了我國超硬材料制品的新發展。然而要想實現新型預合金粉末對超硬材料的高效應用，我們仍然需要不斷完善，大力推廣，以求其更好的發揮對超硬材料的作用，具體做法如下：

4.1充分發揮細顆粒粉末對超硬材料的作用

上文中已經提到了，細顆粒粉末能夠更好的提升預合金粉末的作用，使生產出來的超硬材料制品質地更加均勻、穩定，還能進一步降低胎體的磨損程度。當然任何事物都有一個度，顆粒過細也不好，其粒度的控制必須考慮制品現行的壓制工藝裝備、模具結構型式、燒結工藝裝備等方面的特點及與其它種類粉末配合應用時在粒度、化學活性等方面的匹配性?，F階段，國內主要以-200/- 300目的粉末為主，- 400目以細的粉末用量較少。隨著霧化技術工藝的進步，細顆粒合金粉末的成品率會逐步提高，生產成本也會逐漸下降，-400目以細合金粉末的應用比例會逐步提高，并將發揮更大的應用潛力，這也是水霧化預合金粉末的一個重要發展方向之一。

4.2 充分發揮低氧高活性粉末對超硬材料的作用

影響預合金粉末燒結活性的因素有很多，其中比較重要的因素是合金自身的結構、粒度以及氧含量等。最后一項氧含量直接關系到合金粉末的穩定與否，也影響著合金燒結活性的高低。針對不同的合金來說，氧含量數值是不同的，鐵一銅基礎類水霧化預合金粉末的氧含量通?？刂圃?000 X 10-6左右。無論是預合金粉末還是單質金屬粉末，其氧含量越低，燒結活性越高，越有利于獲得高質量的燒結胎體。但氧含量的控制，必須考慮生產、包裝、運輸、儲藏、制品工藝等多種因素，將其控制在穩定合適的范圍內。低氧、高活性是水霧化預合金粉末的漸進發展方向之一。

4.3 充分發揮高冷壓成型性粉末對超硬材料的作用

要想不斷提升水霧化預合金粉末在超硬材料制品的應用，我們還需要解決冷壓成型差的問題。對此我們可以充分發揮自動冷壓機的作用，提升生產效率，確保生產質量，提升成品的持續高質量生產，提升其冷壓成品率。目前，各類水霧化預合金粉末的松裝密度普遍偏高，通常為3. 0-4. 2g/cm3，因而限制了其在配方中的應用比例一般不超過45%，對于松裝密度>3. 5 g/cm3的粉末，其應用比例更低。因而，減少球狀/類球狀粉末顆粒數目，降低松裝密度，改善粒度分布狀態，以獲取良好的冷壓成型性，是水霧化預合金粉末而臨的首要問題，也是今后應著力改善的重點發展方向。

4.4 充分發揮低錫/無錫化粉末對超硬材料的作用

在傳統的金屬粉末中，錫元素是必要組成成分之一，在經過改良后的預合金粉末中也含有少量的錫元素，這樣做的主要目的就是提升胎體與超硬材料制品之間的磨損適配性，原理就是加入錫元素后能夠提升預合金粉末的燒結活性，完善其組織結構，降低燒結溫度，提升磨損技能。但Sn的加入，也同樣帶來了很大的負而影響：顯著降低了燒結胎體的抗沖擊能力及高溫熱硬性，尤其是對工程薄壁鉆頭、地質鉆頭及鋼筋混凝土切割鋸片等對胎體的強韌性、熱硬性、磨損性要求較高的制品，Sn的負而影響尤為顯著。因此，從提高燒結胎體的綜合機械性能（強度、硬度、耐磨性等）的角度出發，獲取細顆粒、高活性的低錫/無錫化預合金粉末，也是今后水霧化預合金粉末的重要發展趨勢。

5 總結

綜上所述，水霧化預合金粉末有著普通單質金屬粉末不可比擬的優點，其中最突出的優點就是價格較低，質量較為穩定，把其應用在超硬材料制品中能夠增加超硬材料制品的發展機遇，為超硬材料制品的推廣奠定了扎實的基礎。但是它在發展過程中也出現了一些問題，這些問題的出現制約著其自身的應用，水霧化預合金粉末的應用遠遠比不上單質粉末在超硬材料制品中的應用廣泛，要想更好地發揮其在超硬材料制品中的應用還需要我們的共同努力。

參考文獻

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你知道嗎，每次“因”與“果”的相互轉換，都有助于我們做出很多發明作品。

在木材加工過程中，難免會產生刨花和鋸末，如果棄之不用，很可惜。一位研究人員反過來設想：何不將刨花和鋸末還原為木材？結果，通過再加工而成的新型木材刨花板、鋸末板出現在我們的生活中。

人們在金屬加工領域移用還原技術，將金屬加工過程中產生的各種碎料與屑末加工成粉末，發明了一種全新的制坯技術——“熱電靜壓”。

所謂“熱電靜壓”，是在高溫高壓下將金屬粉末直接壓注成零件毛坯的一種新工藝。其過程是，將金屬粉末填入一個包套內，然后送入熱靜壓機中，用壓縮的氬氣作介質，施加100～2000個大氣壓，并將溫度升至1000℃～1700℃，經過數小時以后，合金粉末熔結成尺寸接近零件尺寸的毛坯。這樣，只要稍作切削加工就可得到零件，從而大大節約了原材料，降低了成本。

家具制造行業再移用“熱電靜壓”技術又生產出可以一次成型的壓模家具。

以“果”溯“因”，以相類的“果”去反推那些相類的未知原因，再以“因”推斷多個結果，在諸多因果轉換中，我們可以發現創意，進而發明出創新作品。

在研究問題或創新發明過程中，我們不妨試一試這種因果互易的方法——因果互易創新法。不過在運用時，我們可以從以下幾個方面來把握：

1.回歸變易

回歸變易，即依照逆時間的次序去思考問題。

例如，當新潮家具涌向市場時，有識之士卻瞄準仿古家具；當電子手表在市場上處于飽和狀態時，一些廠家將改造過的機械手表推向市場，受到了追求特色的人士青睞；當港臺歌曲風行大陸之際，中國唱片公司順著時間之鏈反推，變“果”為“因”，推出新時代的頌歌，創下當年錄音磁帶發行的新紀錄。

2.功能交易

功能變易，就是從產品性能、質量等功能要素方面進行變易思考。例如質高耐用消費品曾很受特定消費群的喜愛，但有商家推出一次性餐具、一次性打火機、一次性鋼筆等，也在消費市場上占有很大的席位。

3.結構變易

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1 試驗

1. 1 W-10Cu 粉末的性能檢測

本試驗采用廈門虹鷺鎢鉬工業有限公司自主研發的超細 W-10Cu 復合粉末，并對其性能進行表征。其化學成分檢測結果如表 1 所示。通過掃描電鏡( SEM) ( S3400N 型) 觀察 W-Cu復合粉末的微觀形貌，如圖 1 所示?？梢钥闯龇勰┑牧綖?400 ～ 600nm，但團聚比較嚴重，從照片中較難區分出 W 相和 Cu 相。對復合粉末的顆粒截面進行掃描電鏡( BSECOMP) 分析( 見圖 2) ，可以看出，在一個團聚的小顆粒中 W 相和 Cu 相均勻交錯分布。W-10Cu 超細復合粉末的物理性能如表 2 所示，其中粉末粒度分布采用激光粒度分析儀( Maste-rsizer 2000，Malvern) 檢測。

1. 2 喂料制備

在超細 W-10Cu 復合粉末的喂料制備過程中采用石蠟-聚合物體系的粘結劑，該粘結劑的成分包括51wt% 的石蠟、30wt% 的聚丙烯、16wt% 的聚乙烯以及 3wt%的硬脂酸。喂料的裝載量( 喂料中金屬粉末所占的體積分數) 由轉矩流變儀確定?；旌锨粌葴囟仍O定為 155℃，轉子轉速為 60rpm。由于此超細W-10Cu 復合粉末的流動性較差，故在喂料制備過程中其裝載量從較低的 40vol%開始捏練，即最初將1 012. 2g W-10Cu 復合粉末和 80g 粘結劑加入混合腔內，通過每次向混合腔內添加一定量的金屬粉末來逐步提高其裝載量( 每次添加 1vol%) ，試驗表明該粉末的臨界裝載量為 47vol%。為了使喂料在注射過程中具有較好的流動性，在注射試驗中實際裝載量為 45vol%。

1. 3 注射成形

將做好的喂料通過特定的模具分別注射成測量熱膨脹系數和熱導率系數所需的試樣毛坯。注射所用設備為德國 Arburg 公司制造的 All rounder 360S型注射機，注射過程中的工藝參數如表 3 所示。

1. 4 脫脂和燒結

注射后的生坯先后通過溶劑脫脂和熱脫脂 2 步脫脂過程: 1) 將注射生坯于 37℃完全浸入正庚烷內保持 12h，在這一過程中，有近 48. 9%的粘結劑從生坯內脫除; 2) 將溶劑脫脂后的生坯放入脫脂爐內，在 500℃ 和 900℃ 分別保溫 90min，升溫速率為1. 5℃ / min，脫脂氣氛為 H2。經此 2 步驟得到脫脂坯，將脫脂坯分別在 1 300℃、1 350℃、1 400℃ 和 1450℃ 的峰值溫度下保溫 90min，升溫速率為 3. 0℃ /min，燒結氣氛為 H2，考察粉體的致密化行為。

1. 5 性能檢測

W-10Cu 燒結體的密度采用阿基米德法 ( H2O介質) ( AL204 model，Mettler Toledo) 測量，并計算出其相對密度; 通過將燒結體進行切割、打磨、拋光以及腐蝕等處理后對其進行微觀形貌分析; 利用激光閃光法( LFA 447 Naoflash，Netzsch) 測量燒結體在室溫下的熱擴散系數，從而計算出其熱導率; 通過熱膨脹分析儀( Unitherm 1 161V，Anter) 測量其熱膨脹系數; 同時對比分析滲 Cu 工藝和通過超細復合粉末 MIM 工藝得到的 2 種 W-10Cu 復合材料性能的差別。

2 結果與分析

2. 1 燒結溫度對致密度的影響

圖 3 所示是脫脂坯分別在 1 300℃、1 350℃、1400℃ 和 1 450℃ 燒結后所得制品的密度曲線。從圖3 可以看出，隨著燒結溫度的升高，W-Cu 合金的密度呈現先升后降的變化趨勢。在 1 400℃以下時，隨著溫度的升高，W-Cu 合金的密度逐漸上升，而當溫度超過1 400℃以后，其密度反而開始降低。分析造成這一現象的原因可能是由于當溫度過高時，Cu 相從W 基體中滲出，造成 W 相發生偏析及孔洞的生成，導致致密度下降。因此，1 400℃是最佳的燒結溫度，此時經注射成形的 W-10Cu 合金一次燒結后密度達到17. 16g / cm3，相對致密度為99.31%，已基本全致密。

2. 2 注射成形制品和滲 Cu 制品的微觀結構對比

圖 4 和圖 5 分別是采用超細復合粉 MIM 和傳統滲 Cu 2 種工藝所得制品的金相照片和掃描電鏡照片?？梢钥闯? 利用超細 W-10Cu 復合粉末經注射成形得到的燒結樣幾乎無孔洞且兩相分布均勻，燒結后 W 晶粒的尺寸為 2 ～3μm，Cu 相則均勻地分布在 W 晶粒之間并形成 Cu 網絡。由于 W-10Cu 燒結體中 Cu 的體積分數相對較低( 19. 3vol%) ，使得滲 Cu 過程變得困難。因此，通常采用較粗的 W 粉制成 W 骨架，使其中含有利于Cu 滲入的連通通道。從圖中可以看出，W 晶粒為 5～ 15μm。在合適的滲 Cu 工藝下，所得合金也幾乎無孔洞存在。對比 2 種工藝所得制品的微觀結構，可以發現，采用超細 W-Cu 復合粉 MIM 得到的燒結制品中 W、Cu 兩相分布相對更加均勻，這有利于其熱學性能的提高。

2. 3 W-10Cu 燒結體的熱學性能

將超細復合粉末 MIM 所得制品( 1 400℃燒結)和滲 Cu 制品分別加工成測試樣進行檢測，熱導率的檢測結果如表 4 所示?？梢钥闯觯M管滲 Cu 樣和注射樣的相對密度都超過 99%，但注射樣的導熱系數為 215W/( m•K) ，遠高于滲 Cu 樣的 180W / ( m•K) ，這主要是由于其微觀結構的差別引起的。圖 6 為 2 種不同成形方式所得合金的熱膨脹系數隨溫度的變化曲線?？梢钥闯?，隨著溫度的逐漸升高，2 種不同成形方式所得合金的熱膨脹系數均呈現出先降低再逐漸升高的趨勢，且都在 150℃ 左右達到最低值，隨后 2 者都開始逐漸升高，注射樣比滲 Cu 樣的熱膨脹系數更穩定，變化幅度更小。文獻［16］報道的 MIM W-10Cu 的熱導率在209 ～220W / ( m•K) ，熱膨脹系數為 6. 7 × 10－ 6℃－ 1，與本研究的結果基本一致。

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關鍵詞：粉末材料 藥型罩 石油射孔彈

一、引言

石油射孔彈是油氣田開發過程中使用的一種用于溝通油井套管和油氣層的爆炸物。其作用是在油井套管、水泥環和油氣層之間產生一條油氣流動的通道，使油氣沿此通道進入油井套管中。隨著石油天然氣開采技術的深入發展，油氣層類型更復雜，為了提高油氣井的產能，必須提高射孔彈的性能。

二、計算模型及材料模型

1.計算模型

石油射孔彈的爆炸作用過程是一種多物質相互作用的大變形運動，它包括裝藥爆炸、藥型罩壓垮、射流形成及拉伸等過程，用Lagrange方法難以準確模擬。因此，本文采用多物質ALE方法和運動網格法來進行模擬。而對于ALE方法而言，除了聚能裝置外，還需建立足以覆蓋整個射流范圍的空氣網格。有限元網格模型采用1/4結構，并在模型的邊界節點上施加壓力流出邊界條件，避免壓力在邊界上的反射。

計算模型采用某型射孔彈，殼體外徑44mm，內徑36mm，采用50°-47°錐角變壁厚藥型罩。

2. 材料模型

裝藥壓裝炸藥，其中HMX含量為97%，其主要參數分別為：ρ=1.8g/cm3，D=7.94km/s，PCJ=31GPa，數值模擬中，炸藥采用JWL狀態方程來精確描述在爆炸驅動過程中爆轟產物的壓力、體積和能量特性：

三、計算結果分析

圖1給出了用LS-DYNA程序計算的粉末藥型罩材料射流形成及其穿靶動態過程。對紫銅和粉末藥型罩射孔彈進行數值模擬后（圖2）分析得知，粉末材料的藥型罩的穿孔深度相比紫銅藥型罩大大提高，模擬結果可以看出（圖3）：該粉末藥型罩在槍壁上產生的孔徑較小，在套管上產生的射孔直徑較大，這種效果更適合油田的實際開采要求。在有槍身射孔器射孔之后，射孔槍一般要從井中取出，在套管上產生的射孔孔眼則是產油的主要入口，因此，大孔徑射孔彈設計的主要目的就是在一定的穿深條件下，盡可能在套管上產生足夠大的孔眼。在一定的裝藥量前提下，產生的總能量基本相當，所以適當減小在射孔槍壁上產生的孔徑，把能量用于增大套管上的射孔孔眼的設計，對大孔徑射孔彈而言是比較合理的。

由上面分析結果可知，銅、鈦和鉍粉末材料可以作為藥型罩材料，它在破甲穿孔方面比傳統的銅藥型罩具有更優的擴孔能力，孔深和孔徑均比常規藥型罩產生的射流效果明顯，而且能夠實現無杵體的特殊要求，粉末材料的這一特殊性能使其在石油射孔彈上的應用成為可能。

對三種粉末材料進行了分析之后發現，鈦的成分對其藥型罩穿孔影響最大，而壓裝密度和均勻性對射流的穩定性影響較為明顯，因此為了研究材料對穿深的影響，根據鈦的成分（質量百分數分別為60%、50%和40%）的不同設計了三種粉末材料配方，對不同配比的藥型罩進行了數值分析計算，結果見圖4。不同材料配比藥型罩形成的射流對穿深的影響較為明顯，最大穿深達183mm（配比1），配方3則穿深較小，僅152mm。這是由于鈦合金本身優質的耐熱性高、韌性好以及與炸藥的沖擊阻抗匹配等特點所決定，在添加一些鉍和紫銅以及其它材料成分，能改善其射流的穩定性和穿孔性能。

四、結論

本文運用LS-Dyna軟件對粉末藥型罩的射流成型和穿靶過程進行了數值模擬研究，與常規紫銅藥型罩相比，穿深具有較大幅度的提高，且粉末藥型罩不會發生杵堵現象。同時對銅鈦鉍三種不同粉末材料在不同配比下的藥型罩進行了數值模擬計算，計算結果顯示，不同配比對穿深的影響較為明顯，穿深相差較大（約31mm左右）。研究結果對射孔彈藥型罩設計提供一定的參考，為其材料的選擇和優化提供設計依據。

參考文獻：

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【關鍵詞】綠色制造；機械制造工藝；開發策略

中圖分類號：S220.6

1.綠色制造概述

1.1概念

綠色制造.又被稱為環境意識制造或面向環境的制造，是一個系統地考慮環境影響和資源效率的現代制造模式。綠色制造的目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸.使用到報廢處理的整個產品生命周期中，對環境的負面影響最小.資源效率最高.并使企業經濟效益和社會效益協調優化。這里的環境包含了自然生態環境.社會系統和人類健康等因素。

1.2綠色制造的結構體系

綠色制造的核心內容是產品制造過程中，使用綠色材料和清潔能源，通過綠色設計.生產綠色產品.最終建立具有可持續性的產品生產和消費模式。綠色制造主要由三大部分組成：綠色設計.清潔生產和綠色再制造。

2.綠色機械制造工藝的類型

2.1節約資源的工藝技術

原材料（尤其是一些不可再生的金屬材料）的大量消耗.將不利于全社會的可持續發展.因此.機械工業應積極推廣資源消耗少的綠色工藝技術，通?？刹扇∫韵戮G色工藝技術。

2.1.1綠色材料

綠色設計與制造所選擇的材料既要有良好的使用性能.又要與環境有較好的協調性。為此，可改善機電產品的功能.簡化結構.減少所用材料的種類：選用易加工的材料、低能耗、少污染的材料，可回收再利用的材料，采用天然可再生材料。

2.1.2少無切削技術

隨著新技術、新工藝的發展，精鑄、精鍛、擺輾等成型技術和工程塑料在機械制造中的應用日趨成熟，從近似成型向凈成型方向發展。有些成型件不需要機械加工，就可直接使用.不僅可以節約傳統毛坯制造時的能耗、物耗，也大大減少了產品的制造周期和生產費用。

2.1.3節水制造技術

水這種寶貴的資源在機械制造中起著重要的作用。但由于我國北方缺水，從綠色可持續發展的角度，應積極探討節水制造的新工藝。

2.1.4新型刀具材料

減少刀具材料消耗，尤其是復雜、貴重刀具材料的磨耗是降低物料消耗的另一重要途徑，對此可采用新型刀具材料，發展涂層刀具。

2.1.5回收利用

綠色設計與制造，非?？粗貦C械產品廢棄后的回收利用，它使傳統的物料運行模式從開環式變為部分閉環式。產品生產廠家對回收可再利用的元器件，進行選擇、回收和再利用等處理。

2.2節省能源的工藝技術

加工過程中要消耗大量的能量，這些能量一部分轉化為有用功，而大部分則轉化為其他能量形式而消耗掉。消耗掉的能量總是伴隨著各種各樣的有害損失。目前，可采取以下綠色技術。

技術節能。加強技術改造，提高能源利用率，如采用節能型電機，淘汰能耗大的老式設備。

工藝節能。改變原來能耗大的機械加工工藝，采用先進的節能新工藝和綠色新工裝。

管理節能。加強能源管理，及時調整設備負荷，消除滴、漏、跑、冒等浪費現象，避免設備空車運轉等。

適度利用新能源?？稍偕?，無污染的新能源是能源發展的一個重要方向。

綠色設備和制造裝備將向著低能耗，與環境相協調的綠色設備方向發展。現在已出現了干式切削加工機床、強冷風磨削機床等。綠色化設備減少了機床材料的用量，優化了機床結構，提高了機床能效，不使用對人和生產環境有害的工作介質。

2.3環保型工藝技術

生產過程是一個輸入輸出系統，當系統輸入所要求的要素時，系統輸出除最終產品外，還會輸出對環境、操作者等有影響或危害的物質，如廢液、廢氣、廢渣、噪聲等。環保型工藝技術就是通過一定的工藝手段，使其盡可能減少或完全消除，提高系統運行效率。可從以下方面考慮：

2.3.1減少大氣污染

2.3.2減少水污染

2.3.3減少其他污染

3.綠色制造工藝的開發策略

由于切削和磨削是目前獲得零件尺寸和形狀的主要手段，其主要優點是可以得到極高的尺寸和形狀精度，以及很小的表面粗糙度，其主要缺點是浪費原材料，加工效率低，對零件的表面材料性質有一定影響，且能耗大，切（磨）屑難于處理，即使能處理，其處理成本也很高，對環境又有污染（切、磨削液的用于排放、加工中揮發的煙霧等）。因此，對綠色機械加工工藝（干式切削、干式磨削等）的研究既具有理論意義，又具有廣泛的實際意義。

3.1采用電子技術改造舊機床

舊機床改造的主要目的是：提高機床的加工精度和效率，減輕操作勞動強度、擴大機床的功能，提高自動化程度和工作可靠性等。通常采用的電子技術有：數顯技術.可編程序控制器（PLC）技術，數據技術，變領調速技術等。

3.2干切削技術

材料切削是常規的機械制造工藝，通常是有切削液條件下的濕切削。實踐證明，使用和清除切削液的費用已明顯高于刀具的費用，此外還有切削液的環境污染問題干切削技術在不使用切削液的條件下進行。切削液傳統的排屑、冷卻、作用己逐漸由刀具設計與制造及其它方法所代替。

3.3冷輾擴技術

最初的冷輾擴技術只能做到輾擴和成型，達不到精度要求。隨著數控和比例技術的發展以及材料性能的改進，冷輾擴工藝得到了重視和發展。

80年代末出現了一種新的機型。其工作原理是一個用于生產外輪廓的驅動的外模具（輾壓輪）和――個用于生產內輪廓的被動的內模具（芯軸）在滑座的運動下由支撐輪擠壓在一起。套圈壁受輾壓而局部開始向徑向和切向滾動，并最終在整個直徑上變薄，使得套圈擴徑并成型。與傳統方法相比，這一方案不采用壓力控制，而是通過計算機數控根據輪廓，材料和直徑來控制壁由厚變薄。這一改進不僅擴大了應用范圍，更提高了加工精度。套圈的圓柱度由原來的0.5毫米縮小到0.04毫米.直徑公差過去為0.2毫米.現在小于0.08毫米。可以說，冷輾擴工藝步驟少.節約原材料。

4.金屬粉末注射成型工藝

金屬粉末注射成型（MIM―――MetalPowderInjectionMoulding）是傳統粉末冶金工藝與塑料成型工藝結合的新型工藝。該工藝的基本過程是：金屬粉末與有機粘結劑均勻混合成具有流變性的膏狀混合物，然后在注射機上注射成型。得到的成型毛坯經過脫除粘結劑和燒結，燒結后的零件進行磨光和表面硬化處理。該工藝不僅具有工序少，無切削或少切削、經濟效益高等優點，而且克服了傳統粉末冶金工藝材料密度低、材質不均勻、機械性能低、薄壁不易成型和結構件復雜的缺點。適合于注射成型的材料非常廣泛，如碳鋼、合金鋼、工具鋼、不銹鋼、難熔合金、硬質合金、碳化硅、高比重合金、高溫合金等。還可根據用戶的要求進行材料配方研究，制造任意組分的合金材料。

【參考文獻】：

【1】王江慧.綠色制造技術在機械加工中的應用【J】.硅谷，2009，（05）

【2】孫建彪.發展綠色制造勢在必行明【J】寧夏機械，2006，（02）.