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    职业教育项目课程开发的反思与未来进路

    作者:职业教育
    发表于:2019-06-21
    职业教育项目课程开发的反思与未来进路 

     原创: 王鲁艺,赵蒙成 中国职业技术教育

     

         一、“四新”背景下我国职业教育项目课程开发存在的问题

     

         (一)职业教育项目课程目标定位偏低

     

         随着高新技术的发展和国家经济水平的增长,许多劳动密集型企业纷纷转型升级,向自动化、“互联网+”、智能制造等方向发展。新兴的高新技术产业对智能制造人才的需求非常迫切。“四新”背景下更加强调人的创新能力、批判能力和迁移能力,而目前职业院校对于这些方面关注不够,对人才培养目标定位偏低,学生毕业后往往从事技术含量较低的工作,在就业市场缺乏竞争力。

     

         以智能制造业的机器人制造课程为例,职业院校对课程目标定位往往是简单的机器人操作和编程,从当前产业需求看,机器人的发展解决的是劳动力的问题,但从长远来看,人工智能制造将是未来发展方向,简单的操作和编程无法适应未来发展需要。在“四新”背景下,各行各业的人才需求定位会越来越高,职业院校必须顺应这一趋势,培养能够适应产业发展的人才。

     

         (二)职业教育项目课程中的原理知识缺乏系统性

     

         “四新”背景下,社会对劳动力素质产生了更高的要求,目前,许多企业员工和职业院校老师都逐渐意识到原理知识对学生适应未来世界的重要价值。职业教育项目课程虽然强调在实际任务中学习,但并不忽视理论知识的学习,而是要求将理论知识融入实际的任务操作过程中,以项目为载体,在工作过程中将相关的知识传递给学生,在动手实践中更加直观地理解原理知识,从而更好地应对复杂多变的实际工作。但目前职业教育项目课程的开发往往只关注学生的动手操作,忽视原理知识在工作过程中的渗透,学生对操作背后的原理知识及其重要性缺乏认识。目前在职业教育项目课程的教学过程中,原理知识要么以学科逻辑呈现,要么在操作中零散涉及,缺乏系统性学习,严重影响学生对基本原理的把握,进而影响学生的迁移能力。

     

         (三)教师参与职业教育项目课程开发阻力重重

     

         随着高新产业、智能制造产业的兴起,新兴专业层出不穷,但新兴专业往往缺乏相应的职业教育项目课程。因此,目前许多职业院校要求教师参与职业教育项目课程的开发。

     

         首先,参与职业教育项目课程开发的教师通常是骨干教师,这些教师既要完成教学任务,又要完成研究任务,分身乏术。

     

         其次,对新兴专业而言,教师的知识背景与专业不完全对口,对与专业相关的产业缺乏深入了解。新兴专业更加强调与企业的接轨,而学校教师缺少企业经历、感性经验和实践知识,无法将企业的一线生产经验融合成项目教学案例,进而融入教学和课程中。

     

         再者,有些教师虽然专业能力较强,但对职业教育项目课程开发的原理缺乏准确理解。有学者以某国家精品课为例,指出在一些课程教学团队中,教学经验丰富的老师通常缺乏课程理论和方法,且呈现出实践经验越丰富,对课程理论和方法越轻视的趋势。职业院校教师一方面缺少支持和培训,企业实践机会和时间少;另一方面也缺少课程专家在课程开发理论方面的帮助和建议,从而影响了职业教育项目课程开发的质量。

     

         (四)学校实训项目与企业差异较大

     

         职业教育项目课程更重视学生在工作过程中的体验,因此,实训项目是保证职业教育项目课程质量的基础。学校的实训项目通常包含完备的操作条件和完整的操作流程,学生只要按部就班操作就能完成项目,然而,在真实的工作情境中更考验学生面对突发状况的应变能力,因此,学生在进入企业后通常需要重新培训。总的来说,目前职业院校的实训项目存在三种情况:

     

         一是学校的实训设备与企业的真实设备相比过于滞后。二是一些职业院校在设备投入上一味求新。部分设备比企业的生产设备还要超前,学校老师甚至需要“边学边教”,忽视实际需求,造成资源的极大浪费。三是学校实训项目的培训重点与企业的实际需要存在错位,也缺乏企业一线生产员工的参与,往往接触不到企业的核心技术,造成学生习得的实践操作技能与企业的实际工作需要相脱节。

     

         (五)职业教育项目课程开发缺少企业一线员工深度参与

     

         职业教育项目课程开发团队是决定课程开发质量的基础。然而,目前的职业教育项目课程开发团队缺乏完备性,尤其是来自企业一线员工的参与远远不够。

     

         一方面,课程开发团队在企业人员的参与方面遇到较大的阻力,从成本收益的角度来看,企业缺乏参与课程开发的利益驱动,对内部核心技术往往采取严格的保密措施,且一线员工在时间安排上缺乏灵活性,在课程开发的过程中缺少时间保障,这使得企业员工参与职业教育项目课程开发流于表面。另一方面,许多职业院校对企业一线员工参与课程开发重视不够,在职业教育项目课程的开发中忽略与企业的联系。目前,职业教育项目课程开发缺少企业一线员工的参与是造成职业教育项目课程脱离实际的重要原因。

             《教育现代化2035》此前就明确:“健全国家教材制度,统筹为主、统分结合、分类指导”。专家透露,将建立以国家教材委统筹为主、分级负责的教材管理体制,依托相关机构定期开展教材质量抽检,推进教材不断修订更新,淘汰不合格教材,保障并提高教材质量。主要还是以国家教材委统筹为主,重点是解决陈旧老化,提倡校企“双元”合作开发。职业教育教材建设与管理已进入“国家议程”,正在加紧统筹研究编制。

            除了“节奏快”,还要“融合深”。根据《国家职业教育改革实施方案》,我国将建设一大批校企“双元”合作开发的国家规划教材,倡导使用新型活页式、工作手册式教材,并配套开发信息化资源。鼓励职业院校与行业企业探索“双主编制”,及时吸收行业发展新知识、新技术、新工艺、新方法,编写一批精品教材。

         二、职业教育项目课程开发的知识生产状况

     

         针对 “四新”背景下我国职业教育项目课程开发存在的现实问题,相关研究亟待取得新的突破。那么,我国对职业教育职业教育项目课程开发的研究现状如何?已经生产的知识是否足以支撑“四新”背景下职业教育职业教育项目课程开发的实际需要?

     

         (一)关于职业教育项目课程开发的内涵和开发原则

     

         “项目”“职业教育项目课程”和“职业教育项目课程开发”等概念是引导职业教育项目课程开发实践的基本概念,我国学者对其本质内涵进行了较为深入的探讨。

     

         (1)“项目”指的是“有结构的项目,即具有相对独立性的客观存在的活动模块,在这一活动中,通过完成工作任务,制作出符合特定标准的产品。”可见,职业教育中所说的项目是一种相对独立的活动,其过程是以工作任务为基础展开的,最终指向是形成某种产品。

     

         (2)“职业教育项目课程”是“以典型产品或服务为载体让学生学会完成完整工作过程的课程模式。”

     

         (3)职业教育项目课程开发“是将某一个典型工作任务转化为学习任务而形成的教学项目(或模块化教学单元)设计,是包容实践知识、理论知识与教学情境等内容的系统、立体、全景式的教学设计。”换言之,职业教育项目课程开发是以项目为载体进行课程设计,职业教育项目课程并非单纯强调学生的操作实践,同时也十分重视知识的掌握。与传统学科课程的模式不同,职业教育项目课程强调将知识和技能整合到“工作过程”中,使学生在工作任务的情境中建构知识,最终形成综合性职业能力。

     

         (4)职业教育项目课程开发要遵循以职业能力为主线、以职业生涯为背景、以社会需求为依据、以工作结构为框架、以工作任务为线索的六项原则。也有学者提出了职业教育项目课程开发的典型性、系统性和规范性三原则。

     

         具体来讲,项目的选择要具有典型性,职业教育项目课程设计和教学逻辑要有系统性,职业教育项目课程研发要具有规范性。

     

         (二)关于项目的来源和开发主体

     

         研究表明,项目来源单一是职业教育项目课程开发面临的突出问题。职业教育项目课程中的项目大部分是教师根据课程内容自己设计的,还有部分项目来自典型的产品或服务,而来自企业的项目几乎为零。与企业疏离无疑会制约职业教育项目课程的有效性。

     

         当然,也有学者指出企业的项目固然具有真实性的特点,但对教学来说,学校中的项目更为重要的是其教学价值,因此,项目的选取要考虑到载体的多方面价值,包括对学生情感态度、价值观、专业知识与技能的训练等,来源于企业的项目不一定符合课程教学要求,课程中的项目在企业中也不一定真实。还有学者建议学校可以提供一些具体的项目要求, 同时成立公司承揽项目,加大校企合作的力度, 鼓励专业教师进入企业锻炼,丰富项目资源。

     

         课程开发的主体应该是作为一线教育者的教师,学校应从制度方面保障教师有效参与职业教育项目课程的开发。研究表明,教师参与专业课程开发一方面有利于教育观念的更新,提高科研能力、课程开发能力以及团队凝聚力等,另一方面更有助于教师明确专业培养目标和新型课程体系的构建。在职业教育项目课程开发中,选择有企业实际工作经历、教学经验丰富的教师负责职业教育项目课程开发,可以降低课程开发的难度。除了教师,企业的岗位专家和课程专家在课程开发中也不可或缺,岗位专家在工作任务分析中能够发挥基础性作用,课程专家在理论引领、课程内容的组织与表达乃至整个职业教育项目课程开发活动中的组织与协调等方面扮演着主要作用。

     

         (三)关于职业教育项目课程的开发流程

     

         职业教育项目课程开发的流程即职业教育项目课程的设计过程,对此有两种略有差异的观点:第一种观点比较宽泛,认为职业教育项目课程开发包括四个步骤,即基于市场调研确定课程目标、分析工作任务、分析课程结构以及职业教育项目课程的建设。第二种观点以工作过程为导向更为详细地分析确定了职业教育项目课程开发的流程,依次为“市场需求调研、工作任务分析、职业能力分析、课程结构分析、专业教学标准开发、课程标准开发、教学设计、教材开发以及其他教学资源开发”。

     

         因此,概括地说,职业教育项目课程开发的流程包括这些步骤:组织课程开发团队,在市场调研的基础上确定岗位群,根据岗位群分析工作任务以及学生的职业能力和职业素养,整合知识和能力,按照工作逻辑构建职业教育项目课程。具体而言,研究者普遍认为,要通过社会人才市场需求调研来确定岗位群,且有一定的前瞻性,把握市场和行业的发展趋势。工作任务分析就是通过对本专业职业岗位进行细分,从而确定每个职业岗位典型工作任务,明确工作结构及能力要求,并形成相应的工作任务分析表,头脑风暴法是最为有效的方法之一。另外,工作任务的描述对职业教育项目课程开发也至关重要,有学者指出,对工作任务的描述要像企业任务书的形式那样具体细致。

     

         关于“分析和描述职业能力”,研究者认为,专业课程体系的确定要以树立学生的能力为本位,明确学生毕业后能做和要做的事,通过对职业岗位的分析,确定专业的主要能力、通用能力及辅助能力,以通用能力为基础,有针对性地培养职业能力。

     

         企业专家根据工作经验确定职业能力后,职业教育项目课程开发专家还要对职业能力进行更加具体的描述。之所以强调职业能力的描述具体性,是由于宽泛的描述对指导学生形成实际能力没有太大价值,因此,职业能力要联系工作任务,描述要具体清晰。

     

         关于“课程体系设计”,研究者普遍主张职业教育项目课程的设置要打破原有的学科体系,通过分析工作任务确定职业教育课程体系。从工作结构向课程结构转化时,要根据工作任务的相关性组织课程。项目的结构设计要以“能力为主线、项目为明线、知识为暗线”为原则进行。

     

         就课程展开的模式而言,其基本原则是要根据项目性质确定,项目之间的关系通常有并列式、递进式、循环式、分段式和对应式等类型。还有研究者提出了“倒三角”模式,主张课程从实践到理论、从具体到抽象逐步展开,任务这种课程模式虽然切入点小,但是由于具体、切合学生的实际生活,因此容易激发学生的兴趣。由此可见,课程展开的顺序并不是单一和固定不变的,应根据专业特点选择最有利于学生学习的课程展开模式。

     

         三、职业教育项目课程开发研究的反思与未来取向

     

         由上述分析可以看出,虽然我国对职业教育项目课程开发的研究取得一定进展,但近年来相关研究渐趋平淡,似乎该研究领域已无须深耕。然而,对职业教育项目课程开发的研究实际上还远远未臻成熟,在“四新”迅速改变经济发展方式和工作环境的背景下,职业教育的职业教育项目课程势必面对新的挑战,其内涵和操作模式急需与时俱进。在剖析“四新”对工作的性质、岗位、方式、手段等方面的影响的基础上,笔者认为职业教育职业教育项目课程开发可以因循以下路径:

     

         (一)职业教育项目课程开发需要理性考量

     

         目前,“泛项目化”问题较为普遍。职业教育项目课程开发首先要考虑的问题是哪些类型的课程适合项目化。根据职业教育项目课程的特点,工作过程、任务清晰的专业比较适合采用项目化的方式,而文化基础课,尤其是人文类课程则不适合职业教育项目课程。这就要求在进行课程开发时,首先应加强对职业教育项目课程适用性的理论研究,依据正确的理论对职业教育项目课程的适用范围进行明确标示,同时在操作中应仔细分析课程性质,必要时要进行充分调研,科学对比不同课程模式的效果,从而决定是否采用职业教育项目课程的形式。“四新”将会促使职业教育的课程体系更加多元化、复杂化,理性对待职业教育项目课程的定位问题将更加凸显。

     

         (二)课程目标急需精确厘定

     

         “四新”将驱使职业教育人才培养目标的内涵发生根本性变化,职业教育项目课程开发的目标也需要相应的改变。

     

         其一,职业教育项目课程开发目标应瞄准培育学生的基本素养,满足其职业生涯长远发展的需要。当下高新科技的发展一日千里,使得企业和行业中的职业岗位具有很大的不确定性,蜕变的速率与传统工业时代不可同日而语。因此,职业教育项目课程开发在教学目标定位时切忌短视,应把重点置于长远目标,充分理解社会发展的大趋势和工作世界变革的基本趋向,在深入调研的基础上对行业、企业的人才需求进行预测。

     

         其二,职业教育项目课程开发往往以满足行业、企业的中低端人力资源需求为己任,强调课程对养成学生岗位工作技能的贡献,而学生个性化成长和发展的需要被有意忽视了。但是,教育的根本目的是培养全面发展的“人”,而不是劳动机器,职业教育也不例外。工作技能仅仅是学生发展的一个向度,忽略学生健康全面的发展背离了教育的应然目的。在“四新”背景下,职业教育的职业教育项目课程开发在指向学生的关键工作能力的同时,必须更加注重优良品格和正确价值观的养成,更加重视培养学生的职业素养与综合素养,在专业教育中有效融合职业道德教育,从而助力学生的全面发展。

     

         (三)重视原理性知识的价值、组织和表达

     

         在高新技术的驱动下,行业与职业、生产技术、岗位工作技能等快速更新迭代,这对学生应用知识解决新问题的能力、自主学习能力、创新能力等提出更高的要求,因此,在职业教育项目课程开发中原理性知识的价值愈发凸显。

     

         传统的课堂讲授貌似是对原理知识的系统传授,但实际上这种去情境化的干瘪讲授枯燥乏味,难以引起学生兴趣,不能帮助学生系统地理解和内化知识。与此相反,项目化的课程与教学将原理性知识融入完成项目任务的情境化过程中进行学习,一方面能锻炼学生的操作技能,另一方面还能够促使学生体验所学知识的价值、认知知识应用的具体条件,激发其学习兴趣,从而加深学生对原理性知识的理解,提高其知识运用能力。但必须注意,职业教育项目课程可能会导致知识的碎片化,从而影响学生系统、牢固地掌握原理性知识。因此,关于在职业教育项目课程开发中如何组织、整合、呈现原理性知识,还需要结合现代教育技术手段的运用,进一步进行深入研究。

     

         (四)关注虚拟性职业教育项目课程的真实化

     

         高新技术的教学所需要的设备往往费用不菲,而且更新周期短,职业院校难以购买大批量的昂贵设备,也担心没有操作经验的学生贸然使用可能会损坏设备,因此非常提倡虚拟教学,以满足大规模教学的需要。再者,在高级技术手段的支撑下,虚拟教学可以相当“真实”地展示工作流程和操作细节,还可以根据学校的实际需要科学设计、灵活变通,具有较高的教育教学价值。

     

         当然,虚拟教学也存在诸多不足之处:如果虚拟的职业教育项目课程设计不当,或者课程开发人员对实际生产过程以及技术一知半解,不能把实际工作环境中的真实有效元素恰当地植入课程,就会导致职业教育项目课程失真。另外,虚拟的职业教育项目课程常常聚焦于特定的工作环节与操作技术,孤立于实际工作情境,这容易导致对学生进行某种特定技能的机械操练,制约学生对原理性知识的情境化理解、迁移和运用,以及对真实工作环境的必要感知。

     

         这就要求职业教育项目课程开发团队切实理解、准确把握工作过程、岗位任务、操作技术,努力做到虚拟性课程内容与真实情境的有效匹配;同时注重虚拟性职业教育项目课程与实训、顶岗实习等课程的协同配合,帮助学生把真实经验与虚拟学习融会贯通,在实际经验的基础上理解虚拟教学的内容,同时通过虚拟性职业教育项目课程去升华直接经验,从而避免虚拟职业教育项目课程的失真、变形现象。

     

         (五)强化对职业教育项目课程开发效果的评价

     

          对职业教育项目课程的开发如何进行评价?迄今关于这方面的研究比较少。这是职业教育项目课程开发研究中的明显短板,也是制约该研究领域持续推进的瓶颈问题。

     

         在“四新”背景下,评价研究缺失的消极影响愈加彰显。为了确保职业教育项目课程能够适切学生发展和企业聘用人才的需要,为了应对职业院校不断开设新兴专业的需要,也为了避免浪费课程建设资源,补齐评价研究这一短板迫在眉睫。

     

         研判职业教育项目课程开发的质量,首先应考察其是否真正改善了教学,能否更有效地培养学生的工作能力和职业素养、更有效地促进学生掌握原理性知识,对学生优良品格和正确价值观的养成是否有所裨益。其次,应努力拓展评价覆盖的时空场域。职业教育项目课程不仅要服务于在校学生的学习,也应有利于学生长远的职业生涯发展,而不能仅仅着眼于即时的岗位工作技能。应当在先进技术手段的支持下,采用多种方式收集毕业生数年的工作状况的数据,运用大数据挖掘的统计技术追踪毕业生职业生涯的发展状况,衡量职业教育项目课程对学生长远发展的贡献度,从而科学描述职业教育项目课程的关键要素和有效样态,为提升职业教育项目课程开发质量提供指导。

     

         (六)强调多方合作,保障职业教育项目课程开发的质量

     

         在一定程度上我国职业院校的职业教育项目课程开发呈现出一种吊诡状态:理论研究喧嚣热闹,实际开发肤浅马虎;学校在对外的宣传展示中提倡、重视,校内真实的开发却放任自流、粗放操作,一些所谓的“职业教育项目课程”甚至是个别教师闭门造车的“产品”。究其原因,课程开发共同体缺位是直接的因素。

     

         职业教育项目课程开发不仅要求教师熟悉企业的工作过程,具备丰富的一线教学经验,而且需要投入大量的时间与精力,职业院校的许多教师并不具备参与职业教育项目课程开发的经验和能力,由于教学以及管理学生的任务繁重,也缺乏充足的时间和精力,因此,绝大部分教师对之缺少发自内心的积极性。在很多地方,课程开发专家更是稀缺。

     

         当前我国职业教育的校企合作基本上还停留在信息沟通的浅表化层面,对于职业教育项目课程开发,企业难以提供合适的人员,由于利益不大也缺少参与热情。这些障碍导致很难组建或运作强有力的课程开发团队。

     

         因此,要保证职业教育项目课程开发的质量,就必须在“利益相关者”理论的引领下构建高效的课程开发共同体。职业院校应在管理体制上有所创新,包括遴选适切的教师、进行必要的培训、降低参与教师的教学工作量标准、给予他们必要的经济报酬、在评奖评优活动中予以倾斜,等等,激发教师参与课程开发的动力;职业院校还可以通过项目招标等途径,积极寻求与课程开发专家的合作。

     

         在“四新”背景下,许多企业具有深度参与校企合作的潜在需求,政府有关部门应努力做好顶层设计和机制创新,比如对深度参与职业院校人才培养过程(包括职业教育项目课程开发)的企业给予有吸引力的奖赏。这样的奖赏包括但不限于经济利益激励,培育、鼓励教育型企业的发展,等等,从而促使企业的潜在需求转化为现实需求。作为推动企业积极参与职业教育项目课程开发的原动力,政府制订相关的政策并认真执行至关重要。企业也应更新观念、创新体制,把参与职业教育项目课程开发视作自身人力资源工作的一部分,切实保障参与员工的各项利益。概言之,只有协调各方利益、切实构建课程开发共同体,职业教育项目课程开发才能真正得到落实,这是该领域的后续研究应重点关注的一个主题。

     

         本文摘自《中国职业技术教育》2019年第11期,如有转载请注明出处。

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     首先说下问题里提到的渗碳和提高硬度这两事。渗碳就是增加钢铁制品的碳含量,我们现在通常把含碳量0.3—0.6%左右的叫中碳钢,之上到2%左右都是高碳钢,再高就是生铁,之下到0.1%是低碳钢,再下去就熟铁了。钢的含碳量越高就越硬。古代通常都采取表面渗碳,以提高钢铁制品的坚硬度。   除渗碳外,淬火也是提高硬度的重要技术,一般在渗碳之后进行——插播扯个闲话。在实际操作中,尤其是做热处理的老师傅,淬字一概读zan,四声。你要读cui,他会来纠正你。我问过不少老师傅,都一样的答案,就是据说是自来就是这么读的,不是错别字。而且这种读法只存在于钢铁和热处理行业中。这事的具体缘由我没考据过,也是个很有意思值得探究的小学问题。   回正题,我国古代怎么渗碳呢?   我们从古代传承下来以及从日本等地传承的古法冶炼和锻造的操作中,可以知道至少分两大类。   一类是在冶炼时渗碳。 如日本刀匠一直使用至今的古法冶炼,其实就是较原始的使用木炭燃料进行闷烧获得海绵铁的技术。由于木炭温度最多只能达到1200度左右,因此这种冶炼通常要把木炭覆盖在矿石上连续烧好几天。而燃烧是会让钢铁失碳的,但覆盖木炭进行闷烧这种手段,使得一些未燃烧的一氧化碳经过反应,最终成了渗碳过程,部分地局部地补充了含碳量。但也由于这种冶炼方式的原因,得到的海绵铁成品成分非常复杂,还有不少有害杂质,各部位含碳量当然更不一样。所以铁匠们会把成品海绵铁砸开,然后凭经验挑出含碳量接近的部分归类,在分别用于不同的用途。这是最原始也最常见的冶炼渗碳技术之一。   有关这种冶炼法和日本刀的关系,我专门写过一篇长文,有兴趣的同学可以看下:日本刀——低温冶炼、锻造和淬火技艺的颠峰之作 - 汗青论史 - 知乎专栏   还有一类是在冶炼得到成品钢铁后,在锻造过程中进行渗碳。 这个过程中的手段就多了,我说的非常有意思的事情也出现在这个阶段。   手段之一,是对制品进行固体渗碳。如日本刀制造时,在折叠锻打钢铁时,会在工件外包裹纸张和草木灰及泥浆等进行锻打,这是一种渗碳手法。纸张草木灰都是渗入剂,泥浆则是分散剂,可防止碳渗入物黏结不匀、以及帮助析出炭黑。   我国明代《天工开物》里记载的制针方法,也是固体渗碳,但和日本刀制造过程中的渗碳技术比,这是属于非常(gao)高(da)端(shang)的外热式箱体渗碳技术,科技树的高度不可同日而语。   这种技术,是把工件整好形,放入坩埚等容器中,然后盖上木炭、豆豉、土末,在容器外加热。木炭、豆豉自然都是渗碳用,土末依然是分散剂。这种渗碳技术的好处,是工件得到的渗碳非常均匀且稳定,且碳势很高,效率和效果都相当好。其实这种技术到现代也还在用的,就是所谓的“焖钢法”。   另外还有些和日本刀锻造过程中的渗碳技术一样的做法,但用的材料不一样。如明代的《物理小识》里说,要用大酱和硝涂抹工件,然后进行热处理——不要小看这点不同,就这一点点不一样,事情的性质就变了。   大酱和豆豉的材料是一样的,但硝是含氮的,所以这种渗碳技术就是碳氮共渗技术,大酱和硝是共渗介质——神(hu)奇(you)吧,用木炭豆豉泥浆是一种技术,一换成大酱和硝就成另外一种原理都不同的技术了。   另外还有用油脂、动物角和毛发指甲,以及自然灰也就是碳酸钠(这是很好的是催渗剂)等等一起进行渗碳的。实际上这种技术到现在也还在大量应用,一般用机油和碳黑等材料制成的膏剂对工件进行涂抹,然后进行渗碳处理,叫膏体渗碳。   手段之一是固体渗碳,那么之二自然就是液体渗碳了。   我想一定有很多人想知道古代那些神兵利器尤其是那些名剑都去哪里了吧?这就要说了。   《吴越春秋》里有记载制造我国古代著名宝剑“干将”的过程。从这个记载里,可以知道干将因为“金铁之精”不能“销”,于是投入毛发和指甲,然后再让人投入大量木炭,最终“金铁之精”溶化而成剑。这其实是一种比较原始的液体渗碳技术。   在青铜器盛行的年代,出现了一把钢铁剑,当然是毫无疑问的宝剑了 ,削那个青铜如泥这绝不是传说。但问题在于钢铁器太容易腐蚀了,一不小心就烂成渣。从干将的记载看,我认为中国古代,尤其是春秋战国到西汉的绝大多数名剑,都因为是钢铁器所以才称雄一时,但也恰恰因为它们是钢铁器,又很快地被时间之河侵蚀因而彻底消亡——这就是为什么干将莫邪纯钧湛卢等等绝代名剑都不见后世的根本原因。   再就是著名的灌钢法了 。这种技术是把生铁当渗碳剂使用,对熟铁进行渗碳,得到合适含碳量的钢。所以这种技术都是先制备好熟铁,然后将生铁溶化淋到熟铁工件上进行渗碳。这种技术在我国文献里记载相当详细,如《天工开物》。   南北朝时期的著名刀匠綦毋怀文造宿铁刀的技术也是一种渗碳技术。《北史》的记载是这样的:“又造宿铁刀,其法烧生铁精以重柔鋌,数宿则成刚。以柔铁为刀脊,浴以五牲之溺,淬以五牲之脂,斩甲过三十札。”从“烧生铁精以重柔鋌,数宿则成刚”一句看,这依然是把生铁当渗碳剂用,且很可能他最终造出来的是某种花纹钢产品。   在渗碳技术之余,是古人对催化介质的不断认识和创新。   譬如干将用毛发指甲,以及明代文献记载中大量使用牛羊角及其灰烬、油脂、自然灰,还有箬皮灰、青盐、砂等等,都是这类。这些东西,动物毛发之类都是含氮的,氮能降低钢铁的临界温度,加大淬透性,并提高渗碳速度和工件表面硬度,是非常重要的渗碳介质。这些演变,都是渗碳技术里的一个分支发展,就是碳氮共渗技术。   中国古代造刀剑一直都有投入动物毛发指甲乃至骨骼的传统,而传说中以身殉炉的也不少,这些做法在本质上就是增氮渗碳法——其实古人跳炉子是真有科学道理的……   说完渗碳说淬火。   这个就比较简单了,古代一般就三种。   单一介质淬火。这不用多说了吧,把烧到温度的工件往水或油里一滋,完事。   第二是双液淬火。也就是用不同的液体淬火。前面说的綦毋怀文在造宿铁刀时,“浴以五牲之溺,淬以五牲之脂”,就是盐淬、油淬的双液淬火。这种淬火产品,硬度当然合格就不说了,关键是其耐磨和弹性也很好。   第三就是敷土烧刃了。这种技术本质上还是单一介质淬火,但问题在于它在工件外不需要淬火的部位加了含碳泥土进行包裹,需要淬火的部位一般有一层非常薄的膏剂,通常含有大量的碳氮成分,等膏剂干后,进行淬火。这种做法在唐时还有,之后失传。日本则一直保持了下来,日本刀就是这么淬火得到刃纹的。

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    钢铁中金相组织结构:铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、贝氏体、魏氏组织,一文识尽!

    目前,金相技术仍是材料科学与工程领域最广泛应用、易行有效的研究检验方法,金相检验则是各国和ISO国际材料检验标准中的重要物理检验项目类别。   现代材料可以分为四大类——金属、高分子、陶瓷和复合材料。尽管目前高分子材料飞速发展,但金属材料中的钢铁仍是目前工程技术中使用最广泛、最重要的材料,那么到底是什么因素决定了钢铁材料的霸主地位呢。下面就为金粉们详细介绍吧。 钢铁材料性能的多样性与其组织结构多样性密不可分。奥氏体、铁素体、珠光体、马氏体、贝氏体以及各种第二相等构成了钢铁材料复杂多变、缤纷多姿的组织世界。   钢铁由铁矿石提炼而成,来源丰富,价格低廉。钢铁又称为铁碳合金,是铁(Fe)与碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)以及其他少量元素(Cr、V等)所组成的合金。通过调节钢铁中各种元素的含量和热处理工艺(四把火:淬火、退火、回火、正火),可以获得各种各样的金相组织,从而使钢铁具有不同的物理性能。   将钢材取样,经过打磨、抛光,最后用特定的腐蚀剂腐蚀显示后,在金相显微镜下观察到的组织称为钢铁的金相组织。钢铁材料的秘密便隐藏在这些组织结构中。   在Fe-Fe3C系中,可配制多种成分不同的铁碳合金,他们在不同温度下的平衡组织各不相同,但由几个基本相(铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C)组成。这些基本相以机械混合物的形式结合,形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。常见的金相组织有下列八种:   1. 铁素体   碳溶于α-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为铁素体, 属bcc结构,呈等轴多边形晶粒分布,用符号F表示。其组织和性能与纯铁相似,具有良好的塑性和韧性,而强度与硬度较低(30-100 HB)。   在合金钢中,则是碳和合金元素在α-Fe中的固溶体。碳在α-Fe中的溶解量很低,在AC1温度,碳的最大溶解量为0.0218%,但随温度下降的溶解度则降至0.0084%,因而在缓冷条件下铁素体晶界处会出现三次渗碳体。随钢铁中碳含量增加,铁素体量相对减少,珠光体量增加,此时铁素体则是网络状和月牙状。   2. 奥氏体   碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体,具有面心立方结构,为高温相,用符号A表示。   奥氏体在1148℃有最大溶解度2.11%C,727℃时可固溶0.77%C;强度和硬度比铁素体高,塑性和韧性良好,并且无磁性,具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关,一般为170~220 HBS、 =40~50%。   TRIP钢(变塑钢)即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材,利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性,并改善了钢板的成形性能。碳素或合金结构钢中的奥氏体在冷却过程中转变为其他相,只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后,奥氏体才能残留在马氏体的间隙中存在,其金相组织由于不易受侵蚀而呈白色。   3. 渗碳体   渗碳体是碳和铁以一定比例化合成的金属化合物,用分子式Fe3C表示,其含碳量为6.69%,在合金中形成(Fe,M)3C。渗碳体硬而脆,塑性和冲击韧度几乎为零,脆性很大,硬度为800HB。在钢铁中常呈网络状、半网状、片状、针片状和粒状分布。   4. 珠光体   由铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为珠光体,用符号P表示。其力学性能介于铁素体和渗碳体之间,强度较高,硬度适中,有一定的塑性。   珠光体是钢的共析转变产物,其形态是铁素体和渗碳体彼此相间形如指纹,呈层状排列。按碳化物分布形态又可分为片状珠光体和球状珠光体二种。   (1)片状珠光体:又可分为粗片状、中片状和细片状三种。   (2)球状珠光体:经球化退火获得,渗碳体成球粒状分布在铁素体基体上;渗碳体球粒大小,取决于球化退火工艺,特别是冷却速度。球状珠光体可分为粗球状、球状、细球状和点状四种珠光体。   5. 贝氏体   是钢的奥氏体在珠光体转变区以下,Ms点以上的中温区转变的产物。贝氏体是铁素体和渗碳体的机械混合物,介于珠光体与马氏体之间的一种组织,用符号B表示。   根据形成温度不同,分为粒状贝氏体、上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下)。   粒状贝氏体强度较低,但具有较好的韧性;下贝氏体既具有较高的强度,又具有良好的韧性;粒状贝氏体的韧性最差。贝氏体形态多变,从形状特征来看,可将贝氏体分为羽毛状、针状和粒状三类。   (1)上贝氏体:上贝氏体特征是:条状铁素体大体平行排列,其间分布有与铁素体针轴平行的细条状(或细短杆状)渗碳体,呈羽毛状。   (2)下贝氏体:呈细针片状,有一定取向,较淬火马氏体易受侵蚀,极似回火马氏体,在光镜下极难区别,在电镜下极易区分;在针状铁素体内沉淀有碳化物,且其排列取向与铁素体片的长轴成55~60度角,下贝氏体内不含孪晶,有较多的位错。   (3)粒状贝氏体:外形相当于多边形的铁素体,内有许多不规则小岛状的组织。当钢的奥氏体冷至稍高于上贝氏体形成温度时,析出铁素体有一部分碳原子从铁素体并通过铁素体/奥氏体相界迁移到奥氏体内,使奥氏体不均匀富碳,从而使奥氏体向铁素体的转变被抑制。这些奥氏体区域一般型如孤岛,呈粒状或长条状,分布在铁素体基体上,在连续冷却过程中,根据奥氏体的成分及冷却条件,粒贝内的奥氏体可以发生如下几种变化。   1)全部或部分分解为铁素体和碳化物。在电镜下可见到弥散多向分布的粒状、杆状或小块状碳化物;   2)部分转变为马氏体,在光镜下呈综黄色;   3)仍保持富碳奥氏体。   粒状贝氏体中的铁素体基体上布有颗粒状碳化物(小岛组织原为富碳奥氏体,冷却时分解为铁素体及碳化物,或转变为马氏体或仍为富碳奥氏体颗粒)。羽毛状贝氏体,基体为铁素体,条状碳化物于铁素体片边缘析出。下贝氏体,针状铁素体上布有小片状碳化物,片状碳化物于铁素体的长轴大致是55~60度角。   6. 魏氏组织   它是一种过热组织,由彼此交叉约60度角的铁素体针片嵌入钢铁的基体而成。粗大的魏氏组织使钢材的塑性、韧性下降,脆性增加。亚共析钢加热时因过热而形成粗晶,冷却时又快速析出,故铁素体除沿奥氏体晶界成网状析出外,还有一部分铁素体从晶界向晶内按切变机制形成并排成针状独自析出,这种分布形态的组织称为魏氏组织。过热过共析钢冷却时渗碳体也会形成针状自晶界向晶内延伸而形成魏氏组织。   7. 马氏体   碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。马氏体有很高的强度和硬度,但塑性很差,几乎为零,用符号M表示,不能承受冲击载荷。马氏体是过冷奥氏体快速冷却,在Ms与Mf点之间的切变方式发生转变的产物。   这时碳(和合金元素)来不及扩散只是由γ-Fe的晶格(面心)转变为α-Fe的晶格(体心),即碳在γ-Fe中的固溶体(奥氏体)转变为碳在α-Fe中的固溶体,故马氏体转变是“无扩散”的根据马氏体金相形态特征,可分为板条状马氏体(低碳)和针状马氏体。   (1)板条状马氏体:又称低碳马氏体。尺寸大致相同的细马氏体条定向平行排列,组成马氏体束或马氏体领域;在领域与领域之间位向差大,一颗原始奥氏体晶粒内可以形成几个不同取向的领域。   由于板条状马氏体形成的温度较高,在冷却过程中,必然发生自回火现象,在形成的马氏体内部析出碳化物,故它易受侵蚀发暗。   (2)针状马氏体:又称片状马氏体或高碳马氏体,它的基本特征是:在一个奥氏体晶粒内形成的第一片马氏体片较粗大,往往贯穿整个晶粒,将奥氏体晶粒加以分割,使以后形成的马氏体大小受到限制,因此片状马氏体的大小不一,分布无规则。   针状马氏体按一定方位形成。在马氏体针叶中有一中脊面,碳量越高,越明显,且马氏体也越尖,同时在马氏体间伴有白色残留奥氏体。   (3)淬火后形成的马氏体经过回火还可以形成三种特殊的金相组织:   1)回火马氏体:指淬火时形成的片状马氏体(晶体结构为体心四方)于回火第一阶段发生分解—其中的碳以过渡碳化物的形式脱溶—所形成的、在固溶体基体(晶体结构已变为体心立方)内弥散分布着极其细小的过渡碳化物薄片(与基体的界面是共格界面)的复相组织;   这种组织在金相(光学)显微镜下即使放大到最大倍率也分辨不出其内部构造,只看到其整体是黑针(黑针的外形与淬火时形成的片状马氏体(亦称“α马氏体”)的白针基本相同),这种黑针称为“回火马氏体”。   2)回火屈氏体:淬火马氏体经中温回火的产物,其特征是:马氏体针状形态将逐步消失,但仍隐约可见(含铬合金钢,其合金铁素体的再结晶温度较高,故仍保持着针状形态),析出的碳化物细小,在光镜下难以分辨清楚,只有电镜下才可见到碳化物颗粒,极易受侵蚀而使组织变黑。   如果回火温度偏上限或保留时间稍长,则使针叶呈白色;此时碳化物偏聚于针叶边缘,这时钢的硬度稍低,且强度下降。   3)回火索氏体:淬火马氏体经高温回火后的产物。其特征是:索氏体基体上布有细小颗粒状碳化物,在光镜下能分辨清楚。这种组织又称调质组织,它具有良好的强度和韧性的配合。铁素体上的细颗粒状碳化物越是细小,则其硬度和强度稍高,韧性则稍差些;反之,硬度及强度较低,而韧性则高些。   8. 莱氏体   铁碳合金中的共晶混合物,即碳的质量分数(含碳量)为4.3%的液态铁碳合金,在1480℃时,同时从液体中结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物称为莱氏体,用符号Ld表示。   由于奥氏体在727℃时转变为珠光体,故在室温时莱氏体由珠光体和渗碳体组成。为区別起见将727℃以上的莱氏体称为高温莱氏体(Ld),727℃以下 的莱氏体称为低温莱氏体(L'd)。莱氏体的性能与渗碳体相似,硬度很高塑性差。

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    引起注塑件翘曲、弯曲和扭曲的原因及防止办法

    注塑翘曲变形是指注塑制品的形状发生畸变而翘曲不平,偏离了制件的形状精度要求,它是注射模设计和注射生产中常见的较难解决的制品缺陷之一。 随着塑料工业的发展,特别是电子信息产业的发展,对塑料制品的外观和使用性能要求越来越高。如笔记本及掌上电脑,扁薄手机等塑壳制件,翘曲变形程度已作为评定产品质量的重要指标之一,越来越受到模具设计者的关注与重视。希望在设计阶段预测出塑料件可能产生的翘曲原因,以便优化设计,减小产品的翘曲变形,达到产品设计的精度要求。 1、翘曲变形产生的原因 翘曲变形是制品在注射工艺过程中,应力和收缩不均匀而产生的。脱模不良,冷却不足,制件形状和强度不宜,模具设计和工艺参数不佳等也使塑件发生曲变。 模温不匀,塑件内部温度不均匀。 塑件壁厚差异和冷却不均匀,导致收缩的差异。 塑件厚向冷凝压差和冷却速差。 塑件顶出时温度偏高或顶出受力不匀。 塑件形状不当,具有弯曲或不对称的形状。 模具精度不良,定位不可靠,致使塑件易翘曲变形。 进料口位置不当,注射工艺参数不佳,使收缩方向性明显,收缩不均匀。 流动方向和垂直于流动方向的分子链取向性差异,致使收缩率不同。 凸凹模壁厚向不对称冷却,冷却时间不足,脱模后冷却不当。 2、模具结构对注塑件翘曲变形的影响 在模具设计方面,影响塑件翘曲变形的因素主要有三大系统,分别是浇注系统、冷却系统与顶出系统等。 1).浇口的设计 注塑模浇口是整个浇注系统的关键部分,它的位置、形式和浇口的数量直接影响熔料在模具型腔内的填流状态,导致塑料固化、收缩和内应力的异变。常用的浇口类型有侧浇口、点浇口、潜伏式浇口、直浇口、扇形浇口以及薄膜型浇口等。 浇口位置的选择应使塑料的流动距离最短。流动距离越长,内部流动层与外部冻结层之间的流动差增加,这样冻结层与中心流动层之间流动和补缩引起的内应力愈大,塑件变形也随之增大; 反之,流动距离越短,从浇口到制件流动末端的流动时间越短,充模时冻结层厚度减薄,内应力降低,翘曲变形也会因此减小。 如精密薄壁较大塑件,使用一个中心浇口或一个侧浇口,因径向收缩率大于周向收缩率,成型后的塑件会产生较大的扭曲变形;若改用多个点浇口或薄膜型浇口,则可有效地防止翘曲变形,因此设计时须进行流动比计算校核。 当采用点浇口成型时,同样由于塑料收缩的异向性,浇口的位置、数量都对塑件的变形程度有很大的影响。 对扁平箱形塑件在不同浇口数目的分布试验:采用15%玻璃纤维增强PA66,重量为1450g的塑件,沿四周壁流动方向上设有许多加强肋。采用基本相同的工艺参数。浇口方式:(a)直浇口,(b)5~4个点浇口,(c)9~8个点浇口。试验结果,按b设置浇口具有最好的效果,满足设计要求。按c设计的浇口比直浇口还差,翘曲变形量超出设计要求3.6~5.2mm。 多浇口能使塑料的流动比(L/t)缩短,从而使模内熔料密度和收缩更趋均匀。同时,塑件能在较小的注射压力下充满模腔,减少塑料的分子取向倾向,降低内应力,减少塑件的变形。 2).冷却系统的设计 1.在注射过程中,塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀,这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。 如精密扁平状较大塑壳件模具型腔、型芯的温度相差过大,冷模腔面的熔体很快冷却下来,而贴近热模腔面的料层则会继续收缩,收缩的不均匀将使塑件翘曲。因此,注塑模的冷却系统设计应严格控制型芯、型腔的温度平衡。 对精密扁平状塑壳件,成型收缩率较大而易变形的材料,生产试验表明,温差不宜超过 5°~8°。 其次,还应考虑塑件各侧温度的一致,即保持型芯、型腔各处温度均匀一致,使塑件各处的冷却速度均衡,收缩均匀,有效防止变形的产生。在未完全冷却时顶出,顶杆的顶推力往往使成型制件变形,所以未充分冷却就勉强脱模会产生变形。对策是在模腔内充分冷却,等完全硬化后方可顶出。也可以降低模具温度、延长冷却时间。然而,有的模具的局部冷却不充分,在通常成型条件下还有时不能防止变形。这种情况应考虑变更冷却水的路径、冷却水道的位置或追加冷却梢孔,尤其应考虑不用水冷,采用空气冷却等方式。 冷却系统的设计在理论计算的基础上,应经严格的工艺试模确定。因此,模具上冷却水孔的设置至关重要。 管壁至型腔表面距离确定后,应尽可能使冷却水孔之间的距离小,必要时采用疏密不均的排列形式,即料温高处冷却水孔排密一些,料温低处冷却水孔排稀疏一些,以维持冷却速度基本相同。同时,由于冷却介质的温度随冷却水道长度的增加而上升,冷却回路的水道长度不宜过长。 3).顶出机构的设计 如果顶出机构布置不平衡,造成顶出力的不均衡而使塑件变形。顶出机构的设计直接影响塑件的变形。有的制件的脱模性不良,采用顶杆强行脱模而造成变形。对不易变形的塑料制件,这时不是产生变形而是产生裂纹。因此,在设计顶出机构时应力求与脱模阻力相平衡。顶杆的截面积不宜太小,以防塑件单位面积受力过大而产生变形。 对于ABS和聚苯乙烯制件,这种变形是以被推项部位的发白表现出来(参照开裂、裂纹、微裂和发白)。其消除方法是改善模具的抛光、使其易于脱模,有时使用脱模剂也可改善脱模。最根本的改进方法是研磨型芯、减小脱模阻力,或增大拔模斜度,在不易顶出部位增设顶杆等,而变更顶出方式则更重要。 顶杆的布置应尽量靠近脱模阻力大的部位。对于精密扁平状塑壳件,应尽可能多设顶杆以减少塑件的变形,并采用顶杆脱模与推件板脱模相结合的复合脱模机构。 用软质塑料来生产大型深腔薄壁的塑件时,由于脱模阻力较大,而材料又较软,如果完全采用机械式顶出方式,将使塑件产生变形,若改用多元件联合或气(液)压与机械式顶出相结合的方式效果会更好。 3、充模冷却与翘曲变形 熔融的塑料在注射压力的作用下,充入模具型腔并在型腔内冷却、凝固。在这个过程中,温度、压力、速度三者相互耦合作用,对塑件的质量产生较大的影响。 较高的压力和流速会产生高剪切应力,引起平行于流动方向和垂直于流动方向的分子取向的差异,形成塑件较大的内应力。温度对翘曲变形的影响主要体现在以下几个方面: 塑件内外表面温差会引起热应力和热变形; 塑件不同区域之间的温度差引起不均匀收缩; 不同的温度状态会影响塑料件的收缩率。 因此,严格控制适宜的注射工艺参数是减少翘曲变形的重要手段。 4、制件收缩与翘曲变形 注塑件翘曲变形的直接原因在于塑件的不均匀收缩。对翘曲变形分析而言,收缩本身并不重要,重要的是收缩的差异。在注塑成型过程中,熔料在注射充模阶段由于聚合物分子沿流动方向的排列使塑料在流动方向上的收缩率比垂直方向的收缩率大,而使注塑件产生翘曲变形。 成型应变造成的变形主要是由成型收缩在方向上的差异、壁厚的变化所产生的。因此,提高模具温度、提高熔料温度、降低注射压力、改善浇注系统的流动条件等均可减小收缩率在方向上的差值。可是,只变更成型条件大多难以矫正过来,这时就需改变浇口的位置和数目例如成型长杆件时要从一端注入等。 有时必需改变冷却水道的配置;较长薄片类制件更容易变形,有时需变更制件的局部设计在其上翘一侧的背面设置加强筋等.利用辅助工具冷却来矫正这种变形大多是有效的。不能矫正时,就必须修正模具的设计了。其中,最重要的是应注意使制品壁厚一致。在不得已的情况下,只好通过测量制品的变形,按相反的方向修正模具,加以校正。 一般均匀收缩只引起塑料件体积上的变化,只有不均匀收缩才会引起翘曲变形。结晶型塑料在流动方向与垂直方向上的收缩率之差较非结晶型塑料大,而且其收缩率也较非结晶型塑料大。因此,结晶型塑料件翘曲变形的倾向较非结晶型塑料大得多。 5、残余热应力与翘曲变形 在注射成型过程中,残余热应力是引起翘曲变形的一个重要因素,由于残余热应力对制件翘曲变形的影响非常复杂,模具设计通常借助注塑CAE软件进行分析和预测。 6、结晶性塑料 缩率较大的树脂,一般是结晶性树脂(如聚甲醛、尼龙、聚丙烯、聚乙烯及PET树脂等)比非结晶性树脂(如PMMA树脂、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂及AS树脂等)的变形大,另外,由于玻璃纤维增强树脂具有纤维配向性,变形也大。 由于融点温度范围狭窄多数产生变形,并且往往是难以修正的。结晶性塑料的结晶度随冷却速度的不同而变化,即急剧冷却结晶度降低、成型收缩率减小,而缓慢冷却结晶度升高、成型收缩率增大。结晶性塑料变形的特殊矫正法就是利用这—性质。 实际上使用的矫正法是使动、静模有一定的温差。就是采取使翘曲的另一面产生应变的温度,即可矫正变形。有时这个温差高达20℃以上,但必须十分均匀地分布。必须指出,在设计结晶性塑料成型制件及模具时,如不预先采取特别的防止变形的手段,制件会因变形而无法使用,仅使成型条件达到上述各项要求,大多数情况仍然不能矫正变形。 7、娇正制品翘曲的方法 影响精密扁薄形塑料制件翘曲变形的因素有很多,模具的结构、塑料材料的热物理性能以及注射成型过程的工艺参数均对制件的翘曲变形有不同程度的影响。因此,对制件翘曲变形机理的试验研究必须突出重点综合考虑诸多的因素。 从模具中取出的制品如果要矫正,简单的办法就把要矫正的制品放在矫正的工具上,在翘曲的地方加上重物,但必须明确决定重物的重量同所放的位置。 或把翘曲的制品放在矫直器上,一同放入制品热变形温度附近的热水中,简单地用手矫直。但要注意热水的温度不能太高,否则会使制品的变形更加历害。 翘曲矫正后不可在制品上留有斑痕。

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    注塑制品的翘曲变形,我们如何去把握控制

    宁波宁海检验检疫局进一步深入了解后获知,由于该企业实行计件工资管理,员工为图速度擅自调整注塑机工艺参数,将冷却时间由7秒下降为5秒,致使PP盖子翘曲变形,直接导致客户功能需求无法实现。   据了解,导致注塑产品翘曲变形的影响因素较多,除塑料原料性能外,最主要的因素便是注塑机工艺参数的设定,其中保压压力、熔体温度、注射时间和冷却时间等均会不同程度地影响注塑件成型。   为此,提醒相关企业,一是严格树立质量立企意识,明确企业是产品质量第一责任人,加强员工培训。二是科学设定生产工艺,生产前需根据产品结构、材料异同分别制作注塑工艺表,结合试模首件验证确保工艺参数适宜充分。三是实施生产过程质量管控,针对注塑工序等关键控制程序加强工艺参数和产品特性的监视和测量,杜绝因工艺不良、操作不当等原因造成的产品翘曲变形质量问题。   一、翘曲变形   是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状,它是塑料制品常见的缺陷之一。出现翘曲变形的原因很多,单靠工艺参数解决往往力不从心。结合相关资料和实际工作经验,下面对影响注塑制品翘曲变形的因素作简要分析。   二、模具的结构对注塑制品翘曲变形的影响。   在模具方面,影响塑件变形的因素主要有浇注系统、冷却系统与顶出系统等。   1.浇注系统   注塑模具浇口的位置、形式和浇口的数量将影响塑料在模具型腔内的填充状态,从而导致塑件产生变形。   流动距离越长,由冻结层与中心流动层之间流动和补缩引起的内应力越大;反之,流动距离越短,从浇口到制件流动末端的流动时间越短,充模时冻结层厚度减薄,内应力降低,翘曲变形也会因此大为减少。一些平板形塑件,如果只使用一个中心浇口,因直径方向上的收缩率大于圆周方向上的收缩率,成型后的塑件会产生扭曲变形;若改用多个点浇口或薄膜型浇口,则可有效地防止翘曲变形。   当采用点浇口进行成型时,同样由于塑料收缩的异向性,浇口的位置、数量都对塑件的变形程度有很大的影响。   另外,多浇口的使用还能使塑料的流动比(L/t)缩短,从而使模腔内熔体密度更趋均匀,收缩更均匀。同时,整个塑件能在较小的注塑压力下充满。而较小的注射压力可减少塑料的分子取向倾向,降低其内应力,因而可减少塑件的变形。   2. 冷却系统   在注射过程中,塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀,这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。   如果在注射成型平板形塑件(如手机电池壳)时所用的模具型腔、型芯的温度相差过大,由于贴近冷模腔面的熔体很快冷却下来,而贴近热模腔面的料层则会继续收缩,收缩的不均匀将使塑件翘曲。因此,注塑模的冷却应当注意型腔、型芯的温度趋于平衡,两者的温差不能太大(此时可考虑使用两个模温机)。   除了考虑塑件内外表的温度趋于平衡外,还应考虑塑件各侧的温度一致,即模具冷却时要尽量保持型腔、型芯各处温度均匀一致,使塑件各处的冷却速度均衡,从而使各处的收缩更趋均匀,有效地防止变形的产生。因此,模具上冷却水孔的布置至关重要。在管壁至型腔表面距离确定后,应尽可能使冷却水孔之间的距离小,才能保证型腔壁的温度均匀一致。   同时,由于冷却介质的温度随冷却水道长度的增加而上升,使模具的型腔、型芯沿水道产生温差。因此,要求每个冷却回路的水道长度小于2米。在大型模具中应设置数条冷却回路,一条回路的进口位于另一条回路的出口附近。对于长条形塑件,应采用直通型水道。(而我们的模具大多是采用S型回路----既不利于循环,又延长周期。)   3. 顶出系统   顶出系统的设计也直接影响塑件的变形。如果顶出系统布置不平衡,将造成顶出力的不平衡而使塑件变形。因此,在设计顶出系统时应力求与脱模阻力相平衡。另外,顶出杆的截面积不能太小,以防塑件单位面积受力过大(尤其在脱模温度太高时)而使塑件产生变形。   顶杆的布置应尽量靠近脱模阻力大的部位。在不影响塑件质量(包括使用要求、尺寸精度与外观等)的前提下,应尽可能多设顶杆以减少塑件的总体变形(换顶杆为顶块就是这个道理)。   用软质塑料(如TPU)来生产深腔薄壁的塑件时,由于脱模阻力较大,而材料又较软,如果完全采用单一的机械顶出方式,将使塑件产生变形,甚至顶穿或产生折叠而造成塑件报废,如改用多元件联合或气(液)压与机械式顶出相结合的方式效果会更好(以后会用到)。   三、塑化阶段对制品翘曲变形的影响   塑化阶段即由玻璃态料粒转化为粘流态熔体的过程(培训时讲过原料塑化的三态变化)。在这个过程中,聚合物的温度在轴向、径向(相对螺杆而言)温差会使塑料产生应力;另外,注射机的注射压力、速率等参数会极大地影响充填时分子的取向程度,进而引起翘曲变形。   四、充填及冷却阶段对制品翘曲变形的影响   熔融态的塑料在注射压力的作用下,充入模具型腔并在型腔内冷却、凝固。此过程是注射成型的关键环节。在这个过程中,温度、压力、速度三者相互耦合作用,对塑件的质量和生产效率均有极大的影响。较高的压力和流速会产生高剪切速率,从而引起平行于流动方向和垂直于流动方向的分子取向的差异,同时产生“冻结效应”。“冻结效应”将产生冻结应力,形成塑件的内应力。   温度对翘曲变形的影响体现在以下几个方面:   (1) 塑件上、下表面温差会引起热应力和热变形;   (2) 塑件不同区域之间的温度差将引起不同区域间的不均匀收缩;   (3) 不同的温度状态会影响塑料件的收缩率。   五、脱模阶段对制品翘曲变形的影响   塑件在脱离型腔并冷却至室温的过程中多为玻璃态聚合物。脱模力不平衡、推出机构运动不平稳或脱模顶出面积不当很容易使制品变形(前面已经讲过)。同时,在充模和冷却阶段“冻结”在塑件内的应力由于失去外界的约束,将会以“变形”的形式释放出来,从而导致翘曲变形。   六、注塑制品的收缩对翘曲变形的影响   注塑制品翘曲变形的直接原因在于塑件的不均匀收缩。如果在模具设计阶段不考虑填充过程中收缩的影响,则制品的几何形状会与设计要求相差很大,严重的变形会致使制品报废(即收缩率的问题)。   除填充阶段会引起变形外,模具上下壁面的温度差也将引起塑件上下表面收缩的差异,从而产生翘曲变形。对翘曲分析而言,收缩本身并不重要,重要的是收缩上的差异。   在注塑成型过程中,熔融塑料在注射充模阶段由于聚合物分子沿流动方向的排列使塑料在流动方向上的收缩率比垂直方向的收缩率大,而使注塑件产生翘曲变形(即各向异性)。   一般均匀收缩只引起塑料件体积上的变化,只有不均匀收缩会引起翘曲变形。结晶型塑料在流动方向与垂直方向上的收缩率之差较非结晶型塑料大,而且其收缩率也较非结晶型塑料大,结晶型塑料大的收缩与其收缩的异向性叠加后导致影响结晶型塑料件翘曲变形的倾向较非结晶型塑料大得多。   七、残余热应力对制品翘曲变形的影响   在注射成型过程中,残余热应力是引起翘曲变形的一个重要因素,而且对注塑制品的质量有较大的影响。由于残余热应力对制品翘曲变形的影响非常复杂,这里就不赘述。   八、金属嵌件对制品翘曲变形的影响   对放嵌件的注塑制品,由于塑料的收缩率远比金属的大,所以容易导致扭曲变形(有的甚至开裂);为减少这种情况,可先将金属件预热(一般不低于100℃),再投入生产。   九、结论   影响注塑制品翘曲变形的因素有很多,模具的结构、塑料材料的热物理性能以及成型过程的条件和参数均对制品的翘曲变形有不同程度的影响。因此,对注塑制品翘曲变形的处理必须综合考虑上述因素。

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    注塑件出现了翘曲,来这里看解决方案

      注塑件出现了翘曲,来这里看解决方案   塑品出现翘曲的原因很多,例如出模太快、模温过高、模温不均及流道系统不对称等。   其中两种最大的可能性为:   1. 塑件薄厚不均或转角不够圆滑,因而不能平均冷却收缩,导致翘曲变形。   2. 有些平板型塑件,为了表面美观,流道浇口得设 在浇口边角上。而射胶时,熔融塑料只能由一端 高速射入模腔内,因此被凝固于模腔内的塑料,均被拉直往同一方向之排列状态(称为取向), 此时塑件之内应力很大;脱模时这些份子又被拉 回原来的状态,因而产生变形。   为了使熔融塑料能顺利充填模腔,其设计要尽量避免以下各点:   同一塑件中厚薄相差太大;   存有过度锐角;   缓冲区过短,使厚薄转变相差悬殊。   从浇口分析,模具的设计要保证塑料能顺利进入模腔,故分流道要避免采用直角转弯形式,转弯点比较适合采用弧形过渡区,因此短而粗的分流道最理想,有助于减少流体阻力及流体取向现象。   但要考虑的问题是过大的浇口会增加流道废料,亦影响塑件的外观。另外在担心浇口过大导致废料增多可以考虑添加一定比例的凯杰硅酮粉,来增加原料的流动性来减少流体阻力,保证浇口出料正常,防止成品变形。   另外为了避免塑料填充时紧密程度不同,导致脱模困难而引起变形,添加一定比例的脱模润滑剂可以提高成品脱模成功率。分流道的截面形状大小就要随射料量及产品形状而改变。产品较难成型的部分分流道加粗后,主流道也应相对加大,使主流道截面积等于引流道截面积总和。   工艺上解决方案:   1. 成品顶出时尚未冷却 →降低模具温度→延长冷却时间→降低原料温度   2. 成品形状及厚薄不对称 →脱模后以定形架固定→变更成形设计   3. 填料过多 →减少射出压力、速度、时间及剂量   4. 几个浇口进料不平均 →更改浇口   5. 顶出系统不平衡 →改善顶出系统   6. 模具温度不均 →调整模具温度   7. 靠近浇口部分的原料太松太实 →增加或减少射出时间

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    注塑模具塑件翘曲(变形)怎么解决

      注塑模具塑件翘曲(变形)怎么解决   翘曲指的是塑件的形状与图纸的要求不一致,如图3-33~图3-35所示,也称变形。翘曲通常是因塑件的不均匀收缩而引起的,但不包括脱模时造成的变形。   导致塑件成型后翘曲的原因及相应的解决方法有以下几点。   ①分子取向不均衡,如图3-36所示。为了尽量减少由于分子取向差异产生的翘曲变形,应创造条件减少流动取向或减少取向应力,有效的方法是降低熔体温度和模具温度,在采用这一方法时,最好与塑件的热处理结合起来,否则,减小分子取向差异的效果往往是短暂的。热处理的方法是:塑件脱模后将其置于较高温度下保持一-定时间再缓冷至室温,即可大量消除塑件内的取向应力。   ②冷却不当。塑件在成型过程中冷却不当极易产分子取向方向生变形现象, 如图3-37所示。设计塑件结构时,各部位的断面厚度应尽量-致。塑件在模具内必须保持足够的冷却定型时间。对于模具冷却系统的设计,应注意将冷却管道设置在温度容易升高、热量比较集中的部位,对于那些比较容易冷却的部位,应尽量进行缓冷,以使塑件各部分的冷却均衡。   ③模具浇注系统设计不合理。在确定浇口位置时,不应使熔体直接冲击型芯,应使型芯两侧受力均匀;对于面积较大的矩形或扁平塑件,当采用分子取向及收缩大的塑料原料时,应采用薄膜式浇口或多点式浇口,尽量不要采用侧浇口;对于环形塑件,应采用盘形浇口或轮辐式浇口,尽量不要采用侧浇口或点浇口;对于壳形塑件,应采用直浇口,尽量不要采用侧浇口。   ④模具脱模及排气系统设计不合理。在模具设计方面,应合理设计脱模斜度、顶杆位置和数量,提高模具的强度和定位精度;对于中小型模具,可根据翘曲规律来设计和制造反翘模具。在模具操作方面,应适当减慢顶出速度或顶出行程。   ⑤工艺设置不当。具体的表现有:模具、机筒温度太高;注射压力太高或注射速度太快;保压时间太长或冷却时间太短。应针对具体情况,分别调整对应的工艺参数。   ⑥塑件结构不合理,如:壁厚不均,变化突然或壁厚过小;制品结构造型不合理,没有加强结构来约束变形。

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    注塑生产大型注塑件产生变形的原因,教你快速找到解决的技巧

      注塑生产大型注塑件产生变形的原因,教你快速找到解决的技巧   大尺寸平面状的塑件,其面积大,收缩量也就很大。由于大型塑件的分子定向排列较为严重,加上模具冷却也不均匀,致使塑件各方向的收缩率出现不一致,导致单薄的大平面塑件注塑成型后很易发生变形和扭曲的现象。有时大平面注塑件的某一面设计有支承筋,则此时的注塑件一定还会朝着有支承筋的一面弯曲。   要彻底解决大平面塑件变形的问题确实是个难题,在生产中我们总结了一些较为有效的措施来改善变形的问题。   ①将模具改成多点式浇口(通常都是三板模),相应地,选用锁模力达到24t以上注塑机,大平面塑件的浇口数最好达到4点以上。这样可以减轻分子定向排列的程度,减各向收缩不一致的差距。   ②适当提高模具温度,ABS塑料通常保持在60℃以上,以降低塑件的冷却速度,减小因过快冷却引起的变形,同时可降低分子定向排列的程度。   ③最重要的一项是,增大注射或保压压力,并大大地延长注射或保压的时间,使注塑件的尺寸增大,减小它的收缩量,变形的程度因此会得到明显的改善。因此,延长注射或保压的时间(如延长10~15),已成为我们解决变形问题常用的重要手段。   ④如果以上三项措施都未能达到理想的效果,则只能采取脱模定型的办法了。因为这种工艺运用较为困难,因此需要注意以下几点。   首先,要将塑件提早脱模,然后趁塑件仍处于几十摄氏度高温的状态下,放在工作台上用夹具定型,注意定型夹具的设计需要合适。同时还要考虑塑件的回弹程度,通常12h之后回弹才会基本停止,而且脱模温度越低回弹量就越大。   最后要强调的是,必须注意注塑件的包装和摆放问题。这点相当重要,不然上述的切努力都将前功尽弃。一般情况下,可以将注塑件侧着装箱,当然也要根据注塑件的形状来决定摆放的形式。绝不能让塑件互相挤压,也不能让注塑件的某个部位悬空,否则注塑件摆放几天之后就会开始变形。

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    平面注塑件变形问题的解决技术与技巧

    要彻底解决大平面注塑件变形的问题确实是个难题,在生产中我们总结了一些较为有效的措施来改善变形的问题: 平面注塑件面积大,收缩量也就很大。由于大型注塑件的分子定向排列极为严重,加上模具冷却也不均匀,使得注塑件各方向的收缩率出现不一致,致使单薄的大平面注塑件很易发生变形和扭曲的现象。塑件形状较大又较薄的大平面,没有设计加强肋为防止变形,塑件应有加强肋的设计。大平面注塑件的某一面设计有支承骨,这时的注塑件一定还会朝着有骨的一面弯曲。 要彻底解决大平面注塑件变形的问题确实是个难题,在生产中我们总结了一些较为有效的措施来改善变形的问题: 一.将模具改成多点式入水(通常都是三板模),24安机以上的大平面注塑件最好达到4点以上。这样可以减轻分子定向排列的程度,减小各向收缩不一致的差距。 二.适当提高模具温度,ABS料通常保持在60℃以上,以降低注塑件的冷却速度,减小因激冷过渡造成的温差变形,同时可降低分子定向排列的程度。 三.最重要的一项是,增大射胶或保压压力,并大大地延长射胶或保压的时间,使注塑件的尺寸增大,减小它的收缩量,变形的程度因此会得到明显的改善。因此,延长射胶或保压的时间(如延长10至15秒),已成为我们解决变形问题常用的重要手段。 四.若以上三项措施都未能达到理想的效果,只有采取出模定型的办法了。因为一般人都运用得不是很好,所以需要一点技巧。 首先,要将注塑件提早出模,然后,乘其仍处于几十度高温的状态下(应该仍然很烫手,这点很关键),放在工作台上用夹具定型,关键,是定型夹具的设计需要合适。同时还要考虑注塑件的回弹程度,通常12小时之后回弹才会基本停止,而且出模温度越低回弹量就越大。所谓矫枉必须过正,所以生产时要研究压过正的量。   最后要强调的是,必须注意注塑件的包装和摆放问题。这点确实相当重要,不然我们的一切努力都将前功尽弃。一般情况下,可以将注塑件侧着装箱,当然也要根据注塑件的形状来决定摆放的形式。总之,不能让注塑件互相挤压,也不能让注塑件的某个部位悬空,否则注塑件摆放几天之后就会开始变形。

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