在改善液壓和氣動(dòng)裝置的過(guò)程中，應(yīng)用各種新材料也是一個(gè)非常重要的手段。下面是介紹幾種有關(guān)的新材料以供了解發(fā)展的動(dòng)態(tài)。
新材料的概念
所謂新材料是指新金屬材料、高性能高分子材料、精密陶瓷材料和復(fù)合材料等多種材料。這些新材料與電子技術(shù)、生物技術(shù)將是21世紀(jì)工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的主要支柱之一。目前的新材料體系大致上可按照以下方法分類(lèi)：
新金屬材料
這種新材料是從以往的金屬材料發(fā)展形成的。對(duì)以往的金屬材料：如鐵、鋁等材料，現(xiàn)在主要利用它們的高強(qiáng)度、延展性和導(dǎo)電性等性能。而對(duì)于新金屬材料則要利用它們的機(jī)械、熱、電和磁等各種功能。
高性能高分子材料
這是由原來(lái)的有機(jī)材料發(fā)展形成的。現(xiàn)在對(duì)原來(lái)的塑料等有機(jī)材料，主要是利用它們的重量輕、易加工和絕緣等各種性能。而對(duì)于高性能高分子材料則要利用它的機(jī)械、熱、電、光學(xué)、生物、分解和化學(xué)等功能。
精密陶瓷材料
這是由原來(lái)的無(wú)機(jī)材料發(fā)展形成的。現(xiàn)在對(duì)玻璃和一般陶瓷等無(wú)機(jī)材料，主要是利用它們的高硬度性、耐熱性、耐腐蝕性等各種性能。而對(duì)精密陶瓷則要利用它的機(jī)械、熱、電、光學(xué)、生物、分解和化學(xué)等功能。
復(fù)合材料
這是一種由兩種以上不同材料復(fù)合而成的新材料。復(fù)合材料大致上又可以分為高分子基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料等類(lèi)型。經(jīng)過(guò)不同材料的復(fù)合，使它們具有非常好的性能或?yàn)闈M足特殊需要的性能。現(xiàn)在主要是應(yīng)用這類(lèi)材料的機(jī)械和熱的功能。
各種傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)
所謂傳動(dòng)裝置是將電或流體等動(dòng)力轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作去驅(qū)動(dòng)負(fù)載的機(jī)構(gòu)。目前所使用的動(dòng)力源主要是電、油壓和氣壓等裝置。
隨著技術(shù)的發(fā)展，傳動(dòng)裝置的使用范圍也迅速擴(kuò)展。為適應(yīng)新應(yīng)用領(lǐng)域?qū)鲃?dòng)裝置的高性能和多功能要求，開(kāi)發(fā)了多種利用新材料特性的傳動(dòng)裝置。
形狀記憶合金傳動(dòng)裝置
這種裝置是將熱變?yōu)榱Γㄗ冃危Ｋ熊涹w型和骨架型之分。使用材料是Ti-Ni合金。特點(diǎn)是反應(yīng)較慢，輸出/重量比大。
金屬氫化物傳動(dòng)裝置
這種裝置是將熱變?yōu)閴毫ΑＫ谢钊秃筒y管型之分。使用材料是La-Ni合金。特點(diǎn)是反應(yīng)較慢，輸出/重量比大。
超聲波傳動(dòng)裝置
這種裝置是將電變?yōu)榱Γㄗ冃位蛘駝?dòng)），它有駐波型和行波型之分，特點(diǎn)是扭矩大。
磁性流體傳動(dòng)裝置
這種裝置是將磁性變?yōu)檎承粤黧w之后，再與外部壓力源一起變?yōu)閴毫ΑＪ褂貌牧鲜谴判粤Ｗ优c母液，可用于液體控制閥和人工肌肉。
電氣粘性流體傳動(dòng)裝置
這種裝置是將電能變?yōu)檎承粤黧w之后，再與外部壓力源一起變?yōu)閴毫Α？捎糜趧?lì)振器和電場(chǎng)閥。使用材料有二氧化硅和石油等。特點(diǎn)是輸出功率大。
壓電傳動(dòng)裝置
這種裝置是將電變?yōu)榱Γㄗ冃危Ｋ貌牧鲜菈弘娫寞B層。特點(diǎn)是反應(yīng)靈敏、壓力大、變位小。
機(jī)械-化學(xué)作用傳動(dòng)裝置
這種裝置是將pH變?yōu)榱Γㄗ冃危Ｋ貌牧鲜歉叻肿与娊赓|(zhì)。特點(diǎn)是反應(yīng)較慢。
光-機(jī)械傳動(dòng)裝置
這種裝置是將光變?yōu)榱Γㄗ冃危Ｋ貌牧鲜桥嫉胶铣筛叻肿印?/p>
壓電傳動(dòng)裝置
這是一種利用壓電效應(yīng)使裝置動(dòng)作的傳動(dòng)裝置，特點(diǎn)是可以控制微小的變位。它與常用傳動(dòng)裝置的性能對(duì)比如表1所示。
表1壓電與常用傳動(dòng)裝置的性能對(duì)比
類(lèi)別振幅精度產(chǎn)生動(dòng)力反應(yīng)速度
氣缸
100mm100μm0.1MPa10s
油壓缸100mm10μm100MPa1s
音圈電動(dòng)機(jī)1mm0.1μm30kg1ms
壓電0.1mm0.1nm30MPa0.1ms
壓電傳動(dòng)裝置的分類(lèi)
*直線變位型：這種類(lèi)型又可分為車(chē)板型和疊層型兩種形式。
*彎曲變位型：這種類(lèi)型又可分為單表面幾何形狀型、雙表面幾何形狀型和多
表面幾何形狀型等幾種形式。
直線變位型是利用壓電元件表面內(nèi)所產(chǎn)生的變位。彎曲變位型是利用表面
外的變位。
壓電傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)
從總體上看，可將壓電傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)歸納如下：
*可實(shí)施微小變位的高精度控制。
*產(chǎn)生的動(dòng)力較大。
*能量變換率高。
*受電磁干擾小。
*反應(yīng)速度快。
*因是固體傳動(dòng)裝置而不受狀態(tài)的影響。
壓電傳動(dòng)裝置的應(yīng)用范圍
正由于它具有上述特點(diǎn)，所以可在以下各種裝置中使用。
利用它控制微小變位
*固定式驅(qū)動(dòng)：可用于超精密顯微鏡的載物臺(tái)、透射顯微鏡的掃描器生產(chǎn)線中
質(zhì)量檢測(cè)控制器、可變反射鏡、微型機(jī)械手、激光偏轉(zhuǎn)器、用于修正切削誤
差的裝置、錄像機(jī)自動(dòng)跟蹤裝置、油壓控制閥、電空調(diào)節(jié)器、激光干涉計(jì)和
光纖接合器。
*自行式驅(qū)動(dòng)：可用于超精密顯微鏡的載物臺(tái)、透射顯微鏡的掃描器、微型機(jī)
械手和驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)的傳動(dòng)裝置。
作為壓力源
*固定式驅(qū)動(dòng)：可用于沖擊式打字機(jī)械頭、噴墨式打字機(jī)械頭、控制偏光的裝
置、繼電器、快速緩沖器、照相機(jī)快門(mén)、點(diǎn)字讀取裝置。
*跳躍式驅(qū)動(dòng)：可用于沖擊式打字機(jī)械頭和彈鍵繼電器。
*振動(dòng)式驅(qū)動(dòng)：可用于快速緩沖器、壓電電動(dòng)機(jī)、壓電泵、壓電風(fēng)扇、超聲波
霧化器、超聲波測(cè)量裝置和壓電工件加料器。
其中固定式傳動(dòng)裝置的一部份被固定，負(fù)載是在與傳動(dòng)裝置相接合的狀態(tài)下被驅(qū)動(dòng)。通常因這種方式的驅(qū)動(dòng)行程不是很長(zhǎng)，只作為一般方式被推廣應(yīng)用。自行式是傳動(dòng)裝置本身在移動(dòng)狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)負(fù)載。雖然移動(dòng)速度不是很快，但移動(dòng)距離可以很長(zhǎng)。這種方式現(xiàn)在受到廣泛關(guān)注。跳躍式是負(fù)載以飛行的方式運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)裝置可以用四個(gè)數(shù)量級(jí)增幅的方式變位。振動(dòng)式是對(duì)傳動(dòng)裝置施加交流電后激發(fā)的機(jī)械振動(dòng)，并以這種機(jī)械振動(dòng)控制負(fù)載運(yùn)動(dòng)。
作為沖擊式打字機(jī)械頭的動(dòng)力源時(shí)，是用細(xì)金屬絲頭部通過(guò)色帶對(duì)紙張沖擊打印出圓點(diǎn)，再由圓點(diǎn)組合成文字。這種打字機(jī)可對(duì)普遍紙打字，同時(shí)還可以復(fù)寫(xiě)，所以現(xiàn)在已廣泛使用。
形狀記憶合金傳動(dòng)裝置
形狀記憶合金的特性
即使對(duì)物質(zhì)施以低溫塑性變形那樣的大變形，加熱之后仍可回復(fù)到變形前的形狀，則稱為形狀記憶效果，因有的金屬具有這種特性，所以把這類(lèi)金屬稱為形狀記憶金屬。現(xiàn)在常用的形狀記憶合金是Ti-Ni合金。
形狀記憶效果是一種稱為熱彈性型馬氏體變態(tài)的金屬固相變太現(xiàn)象。這種固相變能只在限定的溫度范圍內(nèi)發(fā)生變形，并實(shí)施熱能和彈性能的變換。類(lèi)似氣體被封閉在內(nèi)部的氣缸那樣，可以看作是固體狀態(tài)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)材料。
變態(tài)點(diǎn)及形狀記憶合金的變化
形狀記憶金屬在低溫和高溫條件下具有各自不同的穩(wěn)定相。低溫時(shí)為馬氏體相，高溫時(shí)為奧氏體相。隨著溫度上升和下降，形狀記憶合金也從馬氏體相向奧氏體相轉(zhuǎn)化，或者相反。這時(shí)材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也隨上述變化發(fā)生變化。從奧氏體相向馬氏體相的變化稱為馬氏體變態(tài)。這種變態(tài)的開(kāi)始點(diǎn)是溫度開(kāi)始下降的Ms點(diǎn)，當(dāng)溫度下降到Mf點(diǎn)即變態(tài)過(guò)程結(jié)束。從馬氏體相向奧氏體相的變化再稱為逆變態(tài)或常規(guī)逆變態(tài)。逆變態(tài)的開(kāi)始點(diǎn)是溫度開(kāi)始上升的As點(diǎn)，當(dāng)溫度升高到Af點(diǎn)時(shí)變態(tài)過(guò)程結(jié)束。Ms、Mf和As、Af點(diǎn)即為變態(tài)點(diǎn)。
如果在溫度變化的同時(shí)對(duì)形狀記憶合金施加重力，那么當(dāng)形狀記憶合金通過(guò)As點(diǎn)后即開(kāi)始收縮，可使由重力伸長(zhǎng)的狀態(tài)回復(fù)到原來(lái)的初始狀態(tài)。當(dāng)溫度達(dá)到Af點(diǎn)時(shí)，收縮過(guò)程結(jié)束。同樣當(dāng)溫度下降時(shí)，在重力作用下，形狀記憶合金又會(huì)從Ms點(diǎn)開(kāi)始伸長(zhǎng)，溫度降低到Mf點(diǎn)時(shí)伸長(zhǎng)過(guò)程結(jié)束。
不同形狀記憶合金的變態(tài)點(diǎn)溫度不同，比較大可差幾十度。例如可用于制造眼鏡架，具有很大彈性的超彈性合金的Af點(diǎn)低于室溫。一般形狀記憶合金的Af點(diǎn)都高于室溫。
作為傳動(dòng)裝置的形狀記憶合金
形狀記憶合金的變化量很大，Ti-Ni系列合金可復(fù)原的變形量是在張力作用下原材料伸長(zhǎng)到10%。此值是一般金屬?gòu)椥宰冃蔚膸资揭话俦丁?/p>
當(dāng)用Ti-Ni系列形狀記憶合金作為傳動(dòng)裝置時(shí)，為了能充分地實(shí)施往復(fù)動(dòng)作，循環(huán)溫度的寬度應(yīng)超過(guò)60℃-80℃。因變態(tài)溫度區(qū)域處于高溫時(shí)易于放熱，可實(shí)施高速動(dòng)作。
應(yīng)用實(shí)例
在放電加工中，用形狀記憶合金作為驅(qū)動(dòng)電極作上、下運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。位于被加工工件與電極接觸部位的形狀記憶合金被通電加熱后，就可以自動(dòng)調(diào)節(jié)電極與被加工件之間的距離，保持加工所需的好佳放電狀態(tài)。
再舉一例子是用于自動(dòng)噴水消火裝置，在初期對(duì)防火較為有效。但在高層住宅中易生誤，有時(shí)小火也會(huì)使其動(dòng)作。使用形狀記憶合金的自動(dòng)噴水消火裝置，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)對(duì)形狀記憶合金線加熱而使張力增大，水壓克服彈簧力打開(kāi)導(dǎo)閥。活塞型主閥內(nèi)部壓力通過(guò)導(dǎo)閥使水壓將主閥打開(kāi)，大量水流立即噴出。當(dāng)周?chē)鷾囟认陆担螤钣洃浐辖饛埩οВ瑥椈身斪∷畨簩?dǎo)閥關(guān)閉，主閥內(nèi)部壓力恢復(fù)，水就停止噴出。導(dǎo)閥打開(kāi)時(shí)的溫度是形狀記憶合金的As點(diǎn)和Af點(diǎn)之間的溫度，大約為70℃。導(dǎo)閥關(guān)閉時(shí)的溫度是Ms和Mf點(diǎn)之間的溫度，大約為40℃。
QMR系列電磁不銹鋼
由于油壓和氣動(dòng)裝置領(lǐng)域中電磁閥的需求量不斷增長(zhǎng)，需要一種能適應(yīng)多種用途的新材料。以往使用的電磁材料主要是電磁軟鐵和3%硅鋼。這種材料的主要問(wèn)題是難以進(jìn)行切削加工和易生銹，而上述兩種裝置恰恰是用于易生銹的環(huán)境中。以往也采取了防銹電鍍的表面處理和防腐蝕處理，但仍然希望開(kāi)發(fā)一種本質(zhì)上能防銹和防腐蝕的材料。另外，電磁軟鐵雖然具有良好的磁性能，但因固有阻抗低而使用交流電時(shí)有消耗功率大的問(wèn)題。
新開(kāi)發(fā)的QMR系列電磁不銹鋼為了使它具有電磁特性、軟磁性和固有高阻抗而添加了Si、Al元素，為了具有耐腐蝕性而添加了Cr元素，為了具有易切削性而添加了Pb元素。除此之外，改變合金成分的平衡可使其具有耐磨性，在進(jìn)行冷鍛時(shí)可使硬度下降。
按照使用要求，QMR系列電磁不銹鋼有4個(gè)品種。下面對(duì)它們的特點(diǎn)分別作一介紹。
QMR1L
這種材料為了有效地提高耐腐蝕性而添加了少量Cr。它適合于制作在輕度腐蝕環(huán)境中使用的油壓機(jī)鐵芯。因在潮濕環(huán)境中的防銹性能很好，所以也適合于制作需具有防銹性能的零部件。又因具有高硬度（HRB85），所以用作電磁閥鐵心時(shí)的耐磨性很好，有利于延長(zhǎng)電磁閥的使用壽命。固有阻抗較高，為0.86μΩ·m，所以用于交流的耗電少，用于直流的磁通密度高。由于添加了Pb，切削性能得到改善。與3%硅鋼相比，鉆孔時(shí)間可減半，令生產(chǎn)效率提升。
QMR2L
這種材料是專門(mén)為了適合冷鍛加工而開(kāi)發(fā)的。為適用于冷鍛而將Si的含量減少到好低限度。添加A1之后使固有阻抗增大，為0.73μΩ·m,耐腐蝕性能也得到改善。由于這種材料的冷鍛性能好，所以一次冷鍛的變形量很大，模具的負(fù)荷小，還不需要中間退火，所以即使形狀很小或很復(fù)雜的零件也都能進(jìn)行冷鍛。現(xiàn)在主要用于制作汽車(chē)電子控制式燃料噴射裝置的噴嘴。
QMR3L
這種材料也適合于冷鍛。固有阻抗比QMR2L高，為0.81μΩ·m。磁性能也很好，還具有優(yōu)于13Cr不銹鋼的防腐蝕性能。現(xiàn)在主要用作氣動(dòng)電磁閥或各種流體控制裝置中的鐵芯材料。
QMR5L
這種材料的耐腐蝕性好好，固有阻抗達(dá)到0.99μΩ·m。適用于制作空氣、煤氣、水和油等流體控制閥中的零部件。用交流時(shí)的耗電少。其他的特點(diǎn)是硬度高、易進(jìn)行切削加工。除了電磁閥之外，它還有廣泛的用途。例如用作近幾年迅速普及的ABS傳感器檢測(cè)回轉(zhuǎn)次數(shù)線圈的極靴。
表2所示是幾種材料的性能對(duì)比。
表2新、舊材料性能對(duì)比
鋼種主要成份磁特性固有阻抗耐腐蝕性易切削性
電磁軟鐵Fe優(yōu)差差差
3%硅鋼Fe-3Si優(yōu)中差差
QMR1LFe-7Cr-2Si-0.6A1-Pb系列優(yōu)良中優(yōu)
QMR2LFe-10Cr-1.2A1-Pd系列優(yōu)良良良
QMR3LFe-13Cr-0.3Si-1.0A1-Pb系列良良良良
QMR5LFe-15Cr-1.5Si-1.0A1-Pb系列良優(yōu)優(yōu)優(yōu)
鋼種冷鍛特性耐磨性用途介紹
電磁軟鐵優(yōu)差各種電子部件
3%硅鋼良優(yōu)各種電子部件
QMR1L中優(yōu)電磁閥鐵芯（油壓），交流線圈
QMR2L優(yōu)中電磁閥鐵芯，汽車(chē)電子部件
QMR3L良良電磁閥鐵芯，汽車(chē)電子部件
QMR5L中優(yōu)電磁閥鐵芯，各種傳感器
鎂合金壓鑄材料
好初使用鎂合金壓鑄件是為了減輕重量。后來(lái)發(fā)現(xiàn)它還適合于作為防止電磁波干擾的自動(dòng)化辦公機(jī)器和音響設(shè)備中的零部件，所以應(yīng)用得到了推廣，現(xiàn)在還用于制作移動(dòng)電話和計(jì)算機(jī)外殼等零部件，有很好的前景。
材料特性
鎂合金的比重是1.8。它是實(shí)用金屬中比重好輕的材料，是鋁合金的2/3，是鋅合金的1/3，是鋼材的1/4。尺寸穩(wěn)定性好，壓痕抗力強(qiáng)，且易切削加工。無(wú)論是從比強(qiáng)度和比彈性率等來(lái)看，都是一種性能很好的材料。
現(xiàn)在，又對(duì)它的耐腐蝕性，延伸韌性和高溫強(qiáng)度特性等作了改進(jìn)。
在壓鑄成形時(shí)，完全具備壓鑄件的優(yōu)良性能，例如：
*生產(chǎn)效率高。
*尺寸精度高和穩(wěn)定性好。
*可成形各種形狀復(fù)雜的薄壁零部件。
*壓鑄件表面光滑。
*可作涂覆和電鍍等各種表面處理。
鎂合金壓鑄件還有它獨(dú)特的性能。
*因熱容量小，壓鑄成形周期短。
*壓痕抗力強(qiáng)。
*吸收振動(dòng)的性能很好。
*易于用切削方法加工。
*與鐵的親和性小，可成形壁特別薄的零部件。
*慣性小，作傳動(dòng)裝置時(shí)可快速起動(dòng)和停止。
加工要點(diǎn)簡(jiǎn)述
鎂合金熔解
在空氣中的鎂合金熔料會(huì)冒出白煙，必須用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。常用的保護(hù)氣體是六氟化硫磺（SF6），可采用下列氣體比例：
*0.3%SF6+99.7%干燥空氣；
*0.3%SF6+75%25%干燥空氣+25%酸氣。
壓鑄機(jī)械
鎂合金材料需用熱室壓鑄機(jī)成形。但也與成形鋅合金的熱室壓鑄機(jī)不同。它增設(shè)了熔解保護(hù)爐（附加熔料保護(hù)裝置）和注射機(jī)構(gòu)。
壓鑄成形技術(shù)參數(shù)
*充填時(shí)間：與一般材料相同。壁厚為1.5mm的充填時(shí)間為0.006-0.008s，壁
厚3mm的充填時(shí)間為0.034-0.038S。
*熔料通過(guò)澆口的速度：由于鎂合金的熱容量比鋁合金小，加之與鐵的親和力
較弱，所以熔料通過(guò)澆口的速度可比鋁合金快。一般制件的速度為30-
50m/s，小型薄壁件為50m/s，大型制件為為30-40m/s。
*鑄造壓力：一般為25-35MPa，對(duì)表面狀態(tài)要求較高時(shí)為45-55MPa，致密性要
求較高時(shí)為55-70MPa。
*熔料溫度：通常為620-640℃。
*模具溫度：通常為250-300℃。
為保持模具溫度需用模具溫度調(diào)節(jié)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
后加工
由于用于成形鎂壓鑄件的模具與其他合金壓鑄件相同，所以按照使用要求需要進(jìn)行后加工。與其他壓鑄件一樣，要對(duì)它去除澆口和澆道發(fā)料，對(duì)某些部位還要進(jìn)行切削加工的特點(diǎn)是速度快和動(dòng)力小，只需要切削鋼材動(dòng)力的1/10和鋁合金的1/2即可。但作高速切削時(shí)易起火，所以必須使用發(fā)火點(diǎn)很高的礦物油，或噴射液體碳酸氣進(jìn)行低溫切削。
好后還可以作防腐蝕、涂覆和電鍍等各種表面處理。處理方法其本上與其他合金材料相同。
公司網(wǎng)站：http://www.cpw859.cn/
