第一篇：汽车安全气囊技术及其发展趋势分析

汽车安全气囊技术及其发展趋势

【摘要】本文简述了汽车安全气囊的发展过程，在探讨安全气囊基本原理、种类和国外应用现状的基础上，对国内安全气囊应用现状和发展特征进行分析，并提出了现有的问题和解决方法，最后介绍了汽车安全气囊的近年的技术进步和发展前景。【关键词】安全气囊；发展；技术进步；汽车 汽车安全气囊的发展概况

1．1国外安全气囊的发展概况

1953年8月18日, 美国人约翰赫特里特获得了“汽车缓冲安全装置”的美国专利。他在1952年的一次事故后, 萌发了设计撞车安全装置的想法。在一次事故中,他为躲避一个障碍物而猛打方向盘,并进行制动,他和妻子都用手臂本能地保护坐在前座中间位置上的女儿。这次事故后他意识到必须有一个更好的装置来保护乘员,两周之后他绘好了设计图纸交给了代理人,这份图纸确定了今天安全气囊的雏型。但是,由于当时技术水平的限制,还不能完全把这种想法或专利付诸实施。后来,德国默谢台斯公司开始实现这种设想,它在自己生产的部分汽车上安装了安全气囊。而美国通用汽车公司首先采用现代气囊系统。从1985 年起,在全部供应美国市场的汽车上都安装了这种安全系统。随后,又出现了第一个保护驾驶员旁前排座乘员头部的气囊[2]。

最初出现的安全气囊，在今天看来是过于简单:正面装有传感器，只有正驾驶位享有安全气囊，而副驾驶位对于来自侧面的碰撞，则束手无策。当美国参议院通过公路死伤减少条例，确认了安全气囊的作用后，美国政府规定从1995年9月1日以后制造的轿车前排座均应装备安全气囊，另外，还要求1998年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊。

近十年来，双气囊已取代了单气囊，而且最新一代的智能安全气囊采用双级控制，即:如果碰撞强度低，则气囊只充气到总量的百分之七十，若碰撞的强度高，安全气囊则完全膨胀。当前世界上开发、生产汽车安全气囊较为成熟的国家有美国、德国、日本。目前国外生产的中高级轿车，大多数有安全气囊，有些轿车已将安全气囊列入必装件。在许多豪华汽车配置中，安全气囊技术被大量采用，有正面，有侧面，数量也由最初的一、二个，增加到八个甚至十个[3]。

1.2 国外安全气囊市场现状

全球各地区的气囊市场发展情况、发展程度不同。例如，北美、西欧、日本气囊市场已比较成熟，而巴西气囊的装配率还不到1/3。另外，正面碰撞气囊基本普及，而其在侧撞、滚翻、行人保护和儿童乘员保护方面的应用则是新的研究方向［12－16］[4]。在欧洲，奥托立夫公司是主要的安全气囊供应商。在前驾驶员座、前乘客座、侧面和侧面帘状安全气囊市场占有率达40％～55％,其最大的客户是福特汽车集团，其次为雷诺、日产和其他的日本汽车制造商。除欧洲外，日本安全气囊龙头为高田公司（包括在德国的高田公司）和丰田的成员组织Toyoda Gosei。德国高田公司的主要客户有通用汽车、宝马、本田和戴姆勒·克莱斯勒。在美国，安全气囊领域的主要供应商为天合和德尔福，天合的客户为丰田、大众、戴·克、福特和通用等。天合在北美的市场份额为25％左右，德尔福在北美的市场份额为20％左右。

2.1 国内安全气囊应用现状 2.1.1 国内安全气囊的发展概况

在我国, 汽车安全气囊的起步较晚, 开始于九十年代。主要生产厂家: 石家庄久乐汽车安全设备公司、锦州锦恒汽车安全系统股份有限公司、锦州和昌汽车安全气囊有限公司、广东省珠海市生生赫达有限公司与西安庆华电器制造厂等等。

我国最早研究开发汽车安全气囊企业之一:家庄久乐汽车安全设备有限公司,现已形成年产A型（驾驶位)、B 型（副驾驶位)安全气囊10万套的生产能力。石家庄久乐汽车安全设备有限公司开发、生产的久乐安全气囊, 采用了复式点火装置的智能电子式+机械式,更加提高了安全气囊的可靠性。久乐气囊独具黑匣子记忆功能,即可对撞车事故记录分析,并具有自检即安全气囊性能检查、计算机通讯等功能。其各项性能指标已基本达到国际先进水平。1996年底组建的锦恒汽车安全系统股份有限公司,近三年来先后与同行业领先的美国BREED公司、德国西门子约束系统公司和一汽集团长春汽车研究所等进行合作,并投资2500 万元人民币引进了美国BREED公司两条模块生产线,建成了具有世界先进水平的产品研发中心。目前，这家公司已开发了与富康系列轿车相匹配的单侧式安全气囊、与红旗系列轿车相匹配的双侧安全气囊等产品。投资1.5亿元人民币的二期技术改造工程已于202_ 年9 月份开始。目前已达到单班年产三十万套安全气囊的生产规模, 是中国规模最大的汽车安全气囊生产基地。

锦州和昌汽车安全气囊有限公司是辽宁和昌汽车安全气囊集团的核心企业,是目前国内集汽车安全气囊科研、设计、生产、经营为一体的高新技术企业。和昌公司拥有过亿元总资产、8项安全气囊方面的专利技术和一批国家级专家。近期由该公司和清华大学联合开发的HCQ-2型数字化汽车安全气囊智能控制器,通过了国家机械局的鉴定,被称为是涉及到实车碰撞理论、神经元、模糊数学以及实用数学等学科知识的、具有国际先进水平的产品。该公司还相继用桑塔纳、夏利、广东宏远大吉普车、山东荣城大吉普车、北京中华子弹头、富康、奥迪、红旗、北京吉普车等20几种车型与和昌气囊进行匹配,完成了实车、台车碰撞试验,试验规范和试验结果均符合美国FMVSS208和欧洲EEC和ECE标准[6]。

2.1.2 国内安全气囊市场现状

我国安全气囊市场连年增长，但增长速度趋缓。据汽车工业年鉴相关资料数据，202_年中国汽车销售879.5万辆，202_年汽车产销量突破900万，202_年突破1000万辆，202_ 年汽车销售规模将达到1263万辆。与此相对应，202_年，我国安全气囊市场需求量为440万套，202_年汽车安全气囊气市场需求量为528万套，202_年汽车安全气囊气市场需求量为968 万套,到202_年我国安全气囊总需求量将达到202_万套。分析认为，我国安全气囊市场增长趋缓的原因主要有两个:一是我国汽车总量增长减缓的影响；二是我国安全气囊的普及率提高很快，普及增长的市场效果在迅速减退。202_年，我国平均每辆轿车安全气囊只有0.07个，202_年0.40个，202_年1.20个，202_年1.69个。目前，我国在中高档轿车上基本普及了安全气囊。今后我国安装气囊市场需求的增长，一靠汽车产量增长拉动，二靠单辆轿车安全气囊应用数量的增长。因此，我国安全气囊增速放缓是必然趋势[7]。

[5]

我国安全气囊国产化稳步提高。我国汽车安全气囊产业发展的一个可喜变化就是国产化率的不断提高。202_年我国安全气囊的国产化率只有8.8％，到202_年我国安全气囊的国产化率已达到58．0％,4年间增长了5.6倍。

虽然近年我国汽车安全气囊的国产化程度在进一步提高，但在安全气囊核心技术方面主要还是靠引进国外技术，包括少数在安全气囊业务上做得比较成功的汽车电子公司也是如此。进口持续减少，出口形势喜人。安全气囊进出口市场高速增长，截止202_年12月末，累计进口数量为1432万套，进口金额为33452万美元；安全气囊出口1419万套，出口金额为19226万美元。202_年我国安全气囊装置进口3.1万套，202_年我国安全气囊装置进口达到最高峰，当年进口178万套，用汇1.57亿美元。此后，安全气囊装置的进口开始减少，202_ 年进口151万套，用汇1.25亿美元。从增长速度来看，在经历202_年的800％的增长高峰后，就开始迅速下降，到202_ 年增长速度只有12.8％。202_ 年，我国安全气囊装置进口形势又出现了新变化:进口数量和金额出现同比负增长。202_年，我国安全气囊装置进口数量、金额分别为167.8万套、1.41亿美元，同比增长分别为－5.74％、－10.3％。在进口数量不断减少的同时，安全气囊进口的平均单价也在逐年下滑。202_年，我国平均每套安全气囊装置的进口价格为123 美元，到202_ 年时价格已经下虽然我国安全气囊出口逐年增大，但产品大多为国外关键部件组装产品。在金融危机下外资企业看好中国市场潜力，更加大了市场开发力度。因此，提高国内企业的生产能力与研发水平刻不容缓。

平均安装个数下降，市场潜力巨大。我国汽车安全气囊的市场需求容量近年来在高位增长，但平均每辆车应用安全气囊的数量却有所减少。202_年奥尔威咨询统计了234．8万辆乘用车，应用安全气囊的数量是391万个，平均每辆车应用1.67个；202_年奥尔威咨询统计了556 万辆乘用车，应用安全气囊的数量是777万个，平均每辆车应用1.39个。202_ 年与202_ 年相比，平均安全气囊的应用数量反而减少了16.8％。奥尔威咨询分析认为，我国汽车安全气囊市场之所以出现“总量上升、个量下降”的现象，是与我国经济型轿车产量在近年的比重上升有关。奥尔威咨询粗略统计了我国生产经济型轿车的主要企业——天津一汽夏利、奇瑞汽车、浙江吉利、重庆长安铃木、哈飞汽车、昌河汽车、通用五菱、比亚迪汽车8家企业202_年和202_年产量，统计结果显示:202_年上述8家企业汽车产量合计为49.2万辆，占基本型乘用车总量的22.1％；202_年，这8家企业的产量合计为103.3万辆，占基本型乘用车总量的26.7％，比重增加了4.6个百分点。总体看来，我国“排量≤1.6 L 基本型乘用车”产量占全国基本型乘用车产量的比重，202_年为52.9％，202_年为62.7％，2年间增10个百分点。由于我国经济型轿车市场价格竞争激烈，厂家对标配安全气囊这种成本比重高的零部件态度谨慎，一些价格非常低的车型多数不装安全气囊或者选装安全气囊，即使是标配的也以标配1个安全气囊的车型占大多数。由此可见，202_ 年后，由于我国不带安全气囊或者安装气囊数量不多的经济型轿车比重的增加，导致了我国平均每辆车应用安全气囊数量的减少[8][9]。安全气囊的存在的问题和解决的方法

2.4 外置安全气囊的发展

在发动机罩和挡风玻璃之间的接合部位,富康(Volvo)还安装了一只外置式安全气囊, 用于防止受害人的头部撞到了挡风玻璃和前支柱上。此安全气囊是由一个安装在发动机罩前部的传感器激活的。当它被激活后,它的膨胀状态能够持续数秒之久,以便增强防护功效。膨胀的安全气囊只能遮盖挡风玻璃的下部,而且不会对驾驶员的视野有碍[15]。汽车安全气囊的发展的趋势

未来安全气囊技术的发展趋势, 将主要朝着以下几个方向发展: 3.1 智能化

随着电子信息技术的飞速发展,形形色色的智能技术在汽车上得到推广应用,智能化安全气囊就是其中之一。它是在普通安全气囊的基础上增设传感器和与之相配套的计算机软件而制成。其重量传感器能根据重量感知乘客是大人还是儿童,其红外线传感器能根据热量探测座椅上是人还是物,其超声波传感器能探明乘员的存在和位置等[16]。计算机软件则能根据乘客的身体、体重、所处位置和是否系安全带以及汽车碰撞速度及撞击程度等,及时调整气囊的膨胀时机、速度和程度,使安全气囊对乘客提供最合理有效的保护。这种气囊系统能够在汽车碰撞的一瞬间，根据碰撞条件和乘员状况来调节气囊的工作性能。它解决了安全气囊膨胀过快而对乘客造成的挤压伤害问题。杰戈娃汽车公司生产的轿车座椅上还装有一种德尔福传感器公司开发的乘客体重传感器和一个皮带扣夹张紧传感器, 可以指示乘客的体重和身材。这种传感器还可以指示出乘客是否使用了安全带。整个传感器系统将由神经网络控制。为保证精确地确定乘客的位置,采用了4个超声波传感器: 来自这些传感器的信息输送给神经网络, 然后计算出乘客的体重和位置、衣服穿戴的类型等。还能确定他们的精确位置, 身体向后仰还是向前倾。控制系统和传统的进行数字信号处理的微处理器结合使用。该系统提供两种膨胀的速度, 采用了TRW 公司开发的2 级安全气囊充气装置，由控制系统决定是否起动安全气囊。例如, 如果乘客的身驱支靠着仪表板，则不启动安全气囊[17][18]。如果需要展开安全气囊，一级和二级充气装置都将启动。这种新安全气囊的其中一个优点, 是比普通气囊展开的次数少。3.2 绿色环保化

目前汽车安全气囊中普遍使用了迭氮化钠(NaN3)。从环保和人体健康角度讲,迭氮化钠是一种有毒物质,其毒性是砷的近30倍。此外,从安全角度讲,迭氮化钠在被激活后释放的气体冲起气囊的同时,还会生成固态的钠,钠的化学性质非常活泼,特别是在与水接触时可以直接燃烧[19]。

因而,避免使用有潜在危险和有毒性的含钠物质,采用新型气体发生技术,使之符合环境保护的要求,是汽车安全气囊发展的一个方向。如TRW公司采用非叠氮化合物的推进剂作动力, 替代了原来安全气囊所用的固体氮化合物；有采用空气和氢的混合物的安全气囊,氢燃烧后产生的热气体,能以很快的速度充满安全气囊；也有其他采用氦气其膨胀的新型安全气囊系统。另外,最近法国地区发展规划和环境部建议，抓紧对汽车安全气囊进行技术改造, 今后,车辆安全气囊中的迭氮化钠将由推进剂代替,避免使用存在潜在危险和有毒性的含钠物质。而推进剂是火箭所使用的燃料,在特定条件下,它可以释放出强大的能量[20]。

3.3 虚拟技术化

采用计算机模拟的“虚拟技术”方式替代轿车实物碰撞

[21]

。它由一台超级计算机进行“虚拟试验”,从而一方面减少人力、物力、财力的消耗；另一方面也加快了产品的开发周期。超级计算机位于一间配有精密气候调控系统的机房中,进行模拟碰撞试验时,一方面测算轿车的设计对减少驾驶员和乘客受伤的风险能起多少作用,另一方面研究轿车受撞变形的方式,以及安全带和安全气囊之类防护系统应如何设计,才能达到最佳的防护效果。而各种运算都是以现实交通中发生的同类事故为依据进行的3.4 小型、轻型化

安全气囊总成将采用体积小的新型气体发生器,它采用压缩气体的混合式气体发生器及采用有机气体的纯气体式气体发生器。另外,安全气囊作为一个高度集成化的系统和模块, 德尔福传感器公司将推出了世界上最小的安全气囊模块,使方向盘既美观简洁,又有足够的空间来集成更多的控制系统。德尔福的技术可以提供高度紧凑型的乘员正面保护安全气囊, 而且气囊系统的盖板与方向盘的接缝非常细小,几乎看不出来；安装的位置也比较独特,且方向盘看上去更漂亮[23]。3.5 保护全方位化

安全气囊不再仅局限于保护驾驶员与前座乘员。现代汽车还将采用了窗帘一般的侧气囊, 这样即使是侧面被撞,车内乘员的安全也能得到充分的保证。如:侧翼气囊,它是置于车门两侧及车顶的气囊装置。来自侧翼撞击的力量必须足够大时才能触发气囊充气,仅是踢踹或撞击产生的能量还不足以造成气囊装置的触发。当侧面撞击发生时,撞击力虽被分散,但还有一部分由车门传至装有传感器的座椅上,就在门与传感器接触的刹那,火焰推动两个气体发生器,以高达每秒202_ 米的速度,差不多是七倍的音速为气囊充满氮气。它还可以在撞击发生的关键瞬间,自始至终地保护着人体的上身[24][25]。

[22]

。结束语

综上所述，现代汽车安全气囊产品的发展，应该符合新时代科技发展的要求, 应该最大限度的满足人们对它的要求, 从而充分体现出汽车的安全、舒适、方便、快捷等优越性能，向着全方位保护、智能化、绿色环保等方面发展。

参考文献

［1］秦贞俊,春霞.车用安全气囊的发展［J］.织导报,005（06）：18.［2］王妍伟,信玲.车安全气囊市场现状与发展前景［J］.业用纺织品,003（10）:2－65.［3］CHAN.rends in crash detection and occupant restraint technology［J］.Proceedings of the IEEE,007,5（2）:88－396.［4］K.AMACHANDRAN,T．A.FORDYCE,R.M.RAY, et al.The relationship between airbags and injuries［J］.SAE Paper,202_（1）: 231.［5］王建群,丁华荣.汽车安全气囊系统的控制原理［J］.电子,1996（8）:47－48.［6］D.F.HUELKE.The effects of belt use and driver characteristics on injury risk in frontal airbag crashes［J］.SAE Paper,202_（1）:155.［7］SNOZUMI.Development of occupant classification system for advanced airbag requirements［J］.Mitsubishi Motors Technical Review,202_（5）:61－64.［8］ K KATO,Y FUKYA, M MURAMATSU, et al.Development of driver side SRS knee airbag［J］.Mitsubishi Motors Technician Review,202_（5）:62－65.［9］ M.J.SMITH, H.A.KALETO, T.J.NOWAK, et al.Advancements in equipment and testing methodologies for airbag systems in response to changes to federal safety requirements.SAE Pape,202_（1）:497.［10］ Z.LU, P.C.CHAN.Out－of－position airbag load sensitivity study［J］.SAE Paper,202_（1）:847.［11］S.HONG H.JEONG, B.JOO, et al.Invisible knee airbag module development［J］.SAE Paper,202_（1）:497.［12］姚时俊.奔驰汽车安全气囊［J］.汽车与配件,202_（36）:55－60.［13］王文涛.国外汽车安全气囊研究开发现状［J］.汽车与配件,202_（45）:87.［14］王培.美国汽车安全气囊面面观［J］.商用汽车新闻,202_（6）:69－71.［15］张颖.汽车安全气囊技术及其发展趋势［J］.电子产品世界, 202_（17）:44． ［16］韩新江.智能化安全气囊技术系统的发展［J］.轻型汽车技术,202_（06）:27－28． ［17］吕子强.轿车安全气袋结构与维修.北京: 中国物资出版社,1996.［18］邹长庚.现代汽车电子控制系统构造原理与故障诊断.北京: 北京理工大学出版社, 1997.［19］陈家瑞.汽车构造.北京: 人民交通出版社, 1995.［20］庚晋, 周洁.安全气囊守护车旅的平安.中国汽车维修市场, 202_,(21): 36-39.［21］何文, 钟克华, 杨济区.汽车安全气囊技术的新发展.汽车研究与开发, 202_,(4): 33-37.［22］李东江.两次动作的双安全气囊系统.汽车与驾驶维修, 202_,(12): 74-75.［23］李维提,郭强,液晶显示应用技术[M],北京:电子工业出版社,202_.3 ［24］刘永智、杨开愚等,液晶显示技术[M]，成都:电子科技大学出版,202_.12 ［25］余理富,信息显示技术[M],北京:电子工业出版社，202_.12

第二篇：汽车安全气囊的使用保养注意事项

安全气囊，顾名思义是保障驾车人和乘客安全的，安全驾驶中，安全气囊是不会起作用的，一旦发生紧急情况尤其是正面碰撞，它就会起到保证您生命安全的作用。所以，了解和细心维修爱车的安全气囊也是您不可忽视的一件事。关于安全气囊可以看看新干线商城汽修师傅怎么说。

首先，安全气囊是一次性产品。在碰撞引爆后，安全气囊就不再具有保护能力，而须送回维修厂家重新更换一个新的气囊。因车型不同，安全气囊的价格也不相同。重新安装一套新气囊包括感应系统和电脑控制器，大致需要5000元到1万元左右。

其次，不要在气囊的前方、上方或近处放置物品。因为气囊会在紧急状况下引爆，所以不要在气囊的前方、上方或近处放置物品，以防引爆时被气囊抛射出去而伤害乘员。另外，在室内安装CD、收音机等附件时，要遵守厂家的规定，不要随意修改属于安全气囊系统范围内的零件和线路，以免影响气囊正常工作

第三，儿童使用气囊时更要注意。目前很多气囊都是针对成年人设计的，包括气囊在车内的位置、高度等。气囊在充气时，可能给前排儿童造成伤害。建议把儿童安排在后排中间位置并固定好。

最后，注意安全气囊的日常维修。车辆的仪表盘上装有安全气囊的指示灯，在正常情况下，点火开关转到ACC位置或者ON位置时，警告灯会亮大约四五秒钟进行自检，然后熄灭。若警告灯一直亮着，则表明安全气囊系统有故障，应立即维修，以免出现气囊失灵或误弹出的情况。

第三篇：电力系统仿真分析技术的发展趋势（本站推荐）

电力系统仿真分析技术的发展趋势

0 引言

随着化石能源逐渐枯竭，发展利用清洁能源和可再生能源成为世界各国的必然选择，也是新能源变革的主要内容。中国新能源变革的目标可以归纳为：以可再生能源逐步替代化石能源，提高化石能源的清洁高效利用水平，实现可再生能源(水能、风能、太阳能、地热能、生物质能)和核能利用在一次能源消耗占较大份额。在新能源变革形势下，电网的使命也将发生变化，智能电网是适应新能源变革和承担电网新使命的新一代电网。

中国自 21 世纪初就提出了建设特高压电网的设想，并逐步加以实施，近两年根据国际电力系统发展的最新动向，又进一步提出了建设智能电网的宏伟蓝图。中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节的现代电网。与此同时，随着电网规模的不断扩大，新能源、新设备的不断加入，当今电力系统已经日益变得复杂，这使得运行人员更加难于对其进行监视、分析和控制。近些年，国内外不断发生大规模的停电事故，这些事故都造成了很大的经济损失和社会影响，不断地为人们敲响警钟，也给电网的安全稳定运行提出了更高的要求。

在上述的大停电事故中，电力系统从第一次元件故障，到整个系统崩溃，一般会有一个较长的过程，如果这期间运行人员能够进行正确的处理，大停电是可以避免的。换言之，电网缺乏有效的在线监测和预警系统，不能及时掌握实时电网稳定情况并采取有效的控制措施是导致大停电事故发生的重要原因。

电力系统仿真分析是电力系统规划设计和调度运行的基础，涵盖的范围非常广泛，包括从稳态分析、动态分析到暂态分析的各个方面。根据实时电力系统动态过程响应时间与系统仿真时间的关系，可分为非实时仿真和实时仿真；根据仿真的数据来源，又可分为离线仿真、在线仿真。其中在线仿真是实现在线预警和决策支持的必要手段。

电力系统仿真分析涵盖电力系统、数学、计算机、通信等多学科技术领域，面对智能电网建设提出的要求，需要不断地引入先进的计算机和通信技术以及数学方法等，推动仿真分析技术在仿真的准确性、快速性、灵活性等方面的发展。

具体体现在以下几个方面：

1）可实现更大规模电网的仿真计算，同时仿真数据的粗细程度可根据需要自动调整。

2）仿真计算应具有更快的速度及更高的准 确性。

3）仿真计算应具备更多的功能，并与环境、经济等相关领域相结合。4）仿真建模应具备更大的灵活性，以适应智能电网中层出不穷的新元件、新设备建模的需要。

5）需加强对电力系统智能建模方法的应用以及仿真结果的智能化分析。6）电网自愈对实时决策控制的要求。要求能实时跟踪评价电力系统行为，一旦发生故障，立即进行快速仿真并提供决策控制支持，防止大面积停电，并快速从紧急状态恢复到正常状态。

7）仿真试验应具备更大的灵活性。未来的仿真试验将可实现对多个异地试验设备的同步测试。

8）仿真计算应适应新的计算模式，如云计算、协同计算等。

9）可实现智能人机交互仿真，显著提高用户操作的便捷性和仿真系统的使用效率。

10）数据融合技术在仿真分析中应用，提高对仿真分析中对多源海量数据的整合能力。

本文将依据计算机、网络、通信等技术当前和未来可能的发展，探讨和预测新的先进计算技术(如云计算等)及其在电力系统仿真分析中的应用。发展现状

1.1 电力系统仿真分析技术概述

如图 1 所示，电力系统仿真分析技术可分为电力系统建模、电力系统数字仿真分析方法、电力系统在线仿真分析和电力系统实时仿真等4项技术，其中电力系统建模技术包括建模方法和模型研究技术，电力系统数字仿真分析方法主要指针对各类仿真应用的基础方法，后2种技术则分别针对在线应用和实时应用。其中先进计算技术包括计算机及网络、与电力系统仿真分析相关的计算数学和计算模式这3项技术。下文分别描述上述各项技术的发展现状。

图1 电力系统仿真分析和先进计算技术分类

2）相关计算数学。

与电网仿真分析相关的计算数学领域既有传统的数值计算方法，也包括新兴的人工智能、模糊数学和概率类等方法。

1.2 电力系统建模技术

1）建模方法。

目前，电力系统建模方法研究以机理分析法为主，结合统计学、运筹学及人工智能等理论，又发展了数据分析法、层次分析法、智能建模法等方法。作为机理分析法的重要补充，模型实测是指导建模、进行模型校验及修正的主要手段。目前，模型实测主要在发电机及其调节系统建模、负荷建模、新能源发电建模等方面有所应用。数据分析法主要用于建立电力系统可靠性分析模型及功率预测模型、电力市场分析模型等。层次分析法主要用于负荷预测建模等。

近年来，随着人工智能技术的发展，智能建模方法如专家系统法、神经网络系统法、模糊辨识法以及基于遗传算法的非线性系统辨识法等，在同步机建模、负荷建模、电网规划建模中得到应用。

电力系统模型参数的获取，主要采用取典型值和实际测量 2 种方法。2）模型研究。

①传统发输配用电系统模型

传统发电系统模型包括同步机、励磁系统、调速系统、电力系统稳定器(power system stabilizer，PSS)等模型，均较为成熟，全国范围内绝大部分机组励磁

系统和 PSS 模型已采用实测参数，调速系统模型实测工作正在开展。

交流输电系统模型以等效电路为基础，根据仿真要求的不同进行相应处理。直流输电系统模型包括主电路模型和控制系统模型，可分为机电暂态仿真模型和电磁暂态仿真模型，前者一般为准稳态模型。直流输电系统控制系统模型目前大都采用典型结构和参数，迫切需要建立与实际工程相一致的控制系统模型和参数。

②灵活交流输电元件模型、新型电力系统元件模型。

③新能源发电系统、分布式电源及微电网模型。3）建模技术中尚待解决的问题。

①电力系统模型的精确度有待进一步提高，特别是如何利用 WAMS、WASA 技术进行模型的校验与修正。

②风光发电系统、储能系统等各种新元件的模型有待进一步研究并实用化。

③智能建模方法有待进一步发展，或与传统方法相结合，提升模型的精确性和适应性。

④目前各类仿真软件中模型各自独立，重复建模工作时有发生，有待建立模块化、通用化、标准化程度较高的模型，实现模型的“即插即用”和共享。

1.3 电力系统数字仿真分析方法

电力系统数字仿真分析方法，包括稳态分析(潮流、网损分析、最优潮流、静态安全分析、谐波潮流)、动态和暂态分析(电磁暂态仿真、机电暂态仿真、中长期动态仿真、小干扰稳定计算、电压稳定计算等)等。电力系统潮流计算主要是非线性方程组求解问题，现有算法有牛顿–拉夫逊法、PQ 分解法、保留非线性潮流算法和最优因子法等。其中，牛顿–拉夫逊法因其具有较好的收敛性和较快的收敛速度，应用较为广泛。为提高潮流计算的收敛性，有时将 2 种方法相结合，如 PQ 分解转牛顿法。此外，还提出了潮流计算中的自动调整方法、适合实时计算的直流潮流算法、考虑不确定性因素的随机(概率)潮流方法、适合系统参数不对称情况的三相潮流算法，以及应用于电力系统电压稳定计算的多种病态潮流算法。

电力系统最优潮流计算实质是一个非线性规划问题，主要算法有线性规划法、牛顿法、内点法以及遗传算法、人工神经网络法等智能算法。其中内点法在可行域的内部寻优，收敛性好、收敛速度快，适用于大规模电网的优化计算。智能算法由于具有全局收敛性和擅长处理离散变量而日益得到重视，但还处在发展阶段。研究小扰动电压稳定问题的电力系统静态电压稳定计算方法常用的有奇异值分解法、灵敏度法、崩溃点法、非线性规划法、连续潮流法、非线性动力学方法等，其中连续潮流法应用较多。电压稳定的动态分析方法，包括小干扰分析法和对大扰动电压稳定的时域仿真分析法、能量函数法等。电力系统暂态稳定计算需要求解系统的网络方程和微分方程，一般采用数值积分方法交替迭代求解，有时也采用直接法，应用最多的直接法为扩展等面 积准则法。

电力系统小干扰稳定计算的主要方法有特征值分析法、小干扰频域响应分析、小干扰时域响应分析，其中特征值分析法应用最为广泛。

电力系统中长期动态过程仿真要计入在一般暂态稳定过程仿真中不考虑的电力系统长过程和慢速的动态特性，采用数值积分的方法，主要有隐式梯形积分法和 Gear 类方法，为避免计算时间过长，一般还采用自动变步长计算技术。电力系统电磁暂态仿真通常采用时域瞬时值计算，多采用隐式梯形积分法，计算规模一般不超过百余条母线，计算步长通常为 20~200

s。为提高仿真精度，有学者提出了电磁暂态与机电暂态混合仿真方法。近年来，随着分网并行算法的提出和电磁-机电接口的完善，混合仿真已实现了实用化。

综上，上述针对输电网的电力系统仿真分析方法都较为成熟，为提高仿真分析速度，近年来，并行和分布式计算方法逐渐在电力系统潮流计算、最优潮流、静态安全分析、电磁暂态仿真、机电暂态仿真、小干扰稳定计算等分析方法中得到应用。

1.4 电力系统在线仿真分析

随着电网大停电事故的不断发生，各国对电网安全愈加重视，电力系统在线仿真分析也成为了研究的重点。202_ 年的调研报告表明，当时国际上已有 6 个电力系统在线软件生产厂家，可以提供不同程度的在线暂态稳定评估软件。

国内在智能电网建设的新环境下，为确保电 网安全稳定运行，建立和健全电网安全防御体系，中国电力科学研究院、国网电力科学研究院、清华大学等单位就在线仿真分析开展了研究与应用工作。

1.5 电力系统实时仿真

电力系统实时仿真的发展经历了从物理实时仿真、数模混合式实时仿真到全数字实时仿真的3个历史阶段。物理实时仿真由于其仿真规模不大和建模工作复杂，主要用于设备级的仿真和试验，如继电保护装置、安全自动装置、电力电子设备及新技术、新设备的基本原理验证和性能指标检验等。数模混合式实时仿真系统(如 HYPERSIM目前主要用于直流输电控制保护系统试验。RTDS等全数字实时仿真限于仿真算法和计算能力，只能进行小规模系统的实时仿真，主要用于继电保护装置、安全自动装置验证试验，近年来也有应用于电力电子设备验证试验、直流输电控制保护系统试验等方面，加拿大 Opal-RT 公司的 RT-LAB 全数字实时仿真软件在高频电力电子的精确仿真以及分布式并行计算等方面具有优良的性能；新近出现的全数字实时仿真装置 ADPSS，因其具有大电网实时仿真的能力，因此用途较为广泛。先进计算技术发展趋势 2.1 计算机及网络

未来的计算机和网络的发展趋势将是通信技术、网络与计算机技术的进一步融合，朝着超高速、超小型、高性能、平行处理和智能化方向发展。发展高性能计算技术有 2 条途径：一条是通过多核、多机并行计算或分布式计算技术来实现；另一条途径是发展非传统的新技术，包括超导计算、光计算、量子计算、生物计算与纳米计算等。

2.2 相关计算数学

数值计算方法未来的发展主要集中在提高算法效率、计算结果精度和非线性方程求解的收敛性等方面。人工智能方法将与仿真环境结合得更为紧密，从而提高仿真自动化程度和仿真精度。概率类算法在仿真计算领域的进一步发展，主要是增强各种与现有数值仿真计算方法相结合的衍生算法的实用性，降低对参数的要求，提高计算结果的质量，以及计算结果的进一步分析应用。模糊数学将与人工智能技术的各分支进一步结合，求解用经典数值计算方法难以求解的问题，并进一步实用化。

2.3 计算模式

未来高性能计算的发展将呈现以下趋势：一是并行计算和分布式计算 2 种

形态共存并互相结合、相互补充；二是从高性能计算走向高效能计算，提高计算性能、可编程性、可移植性和鲁棒性，降低系统的开发、运行及维护成本随着中国智能电网的建设和发展，分布式计算技术在仿真分析领域的应用将不断深入，分布式计算以及网格计算的应用，可以有效解决电力系统实时、复杂的计算问题。先进计算技术在电力系统仿真分析中应用预测 3.1 概述

先进计算技术(计算机及网络、计算数学、计算模式)的发展和应用，将为电力系统仿真分析技术带来巨大发展变化。本节预测 202_ 年电力系统仿真分析技术的发展趋势。

3.2 电力系统建模技术

1）电力系统的建模方法和工具得到长足发展。形成完备的混合仿真建模和智能建模理论。基于WAMS 和 WASA 数据进行仿真模型的修正成为建模的重要手段。

2）建立丰富、精确、模块化和标准化的各类元件模型。模型的模块化、标准化使得系统建模可在任一仿真软件的建模环境下进行，采用通用的输入输出格式，并可在其他仿真软件中进行调用，使模型具备“即插即用”的功能。3）未来的智能电力设备中可自带标准化的模型并具备对局部模型进行仿真的能力，其结构和参数自行维护更新，模型可以是异地分布的。

3.3 电力系统数字仿真分析方法

1）电力系统仿真计算方法在计算的收敛性和鲁棒性、结果的准确性以及对最优结果的搜索等方面都取得较大进步。

2）建立灵活的仿真数据平台和异地分布式仿真分析平台，结合智能电力设备中自带的标准化模型，模型数据的云存储和标准化技术，WAMS、WASA 等先进测量技术，云计算技术，实现仿真数据的自动调整和对电网的按需灵活仿真。根据研究目的不同，电网数据可以不同的精细程度自动组合和调整，形成计算用数据，用户无需关心具体数据的存放位置和获取方式。

3）开辟新的仿真计算领域，如与环境保护、新型电力市场运营相结合。4）建立高度智能化的面向用户、面向问题、面向实验的建模与仿真环境，实现智能人机交互仿真和仿真结果的智能化分析。

5）不同时间尺度的混合仿真技术逐步成熟，实现电磁暂态–机电暂态–中长期动态过程的连续仿真，可获得系统从仿真开始后微秒级到分钟级，甚至小时级时间尺度的动态特性，仿真结果更加贴近系统的实际表现。

6）协同计算将在电力系统仿真分析中逐步应用，使离线仿真分析从以往单地区单人工作的独立模式向多人联合协同计算模式转变，大幅度提高工作效率。7）人工智能、概率和模糊数学方法将会被更多地引入和研究。人工智能算法是大规模非线性系统求解、优化的有效方法，为电力系统计算分析开辟了一条新的路径，而概率算法和模糊数学方法则可以更好地处理仿真计算中的各种随机性和模糊性问题。

8）量子计算机具有应用可能，仿真分析方法将发生重大变革。

3.4 电力系统在线仿真分析

1）建立在线仿真专家系统，挖掘在线数据与系统稳定性之间的联系，根据历史运行数据和电网运行状况找出薄弱环节。

2）将 WAMS 数据引入到数据整合、参数校核和辨识、动态仿真等各个环节，以提高在线仿真结果与实际系统响应的吻合程度。

3）构建描述电网各类不确定性特征(如天气，间歇性能源接入等)的系统模型，建立在线风险评估系统，采用统一的风险评估指标体系，将确定性安全评价拓展到风险评估。

4）应用数据融合技术，提高对调度自动化系统、广域量测系统、继电保护稳控系统、离线方式数据等多系统多信息的整合能力和利用水平。

5）实现基于超实时仿真的在线控制和云控制，利用大规模电力系统的超实时仿真技术，在故障发生后快速判别系统稳定性，并给出控制措施，解决连锁故障期间电网运行状况瞬息变化导致控制措施失效的问题。云控制是云计算技术与基于超实时仿真的在线控制技术的完美结合，是未来在线控制技术的发展方向。

3.5 电力系统实时仿真

1）采用新的并行仿真方法或对既有方法进行改进，结合计算机软硬件技术的发展，实现风力发电、太阳能发电、电压源直流输电、新型 FACTS、储能等新能源新设备的电磁暂态实时仿真。

2）实现机电暂态–电磁暂态–中长期动态一体化实时仿真，建立超大规模电力系统数模混合实时仿真平台，实现超大规模电力系统与数十条直流输电、电力电子装置、新能源新设备等的物理仿真设 备或物理设备的联合实时仿真。

3）建立电网–电厂–变电站联合实时仿真平台，可灵活接入实际的电网二次设备、电厂和变电站监 控设备进行仿真试验分析。

4）分布式实时仿真全面应用，开展远程试验。通过异地多个实时仿真装置的配合和高速的通信网络支持，实现多个物理装置的分布式仿真试验，解决带通道保护的继电保护装置、多个 HVDC 或FACTS 控制器等异地试验设备的同步测试和控制器协调问题。远程试验是分布式实时仿真的特殊应用模式，即大电网的实时仿真在异地高性能服务器上进行，而现场仅需要配备与物理待测设备的输入输出接口，需要高速的通信网络支持。

5）建立真实电力系统的影子系统——大电网在线实时仿真系统，通过实时信息采集与传递系统，实时接受电网运行数据，使系统仿真模型能够及时跟踪大电网运行状态特别是灾害情况下的迅速变化。结束语

随着化石能源逐渐枯竭，发展利用清洁能源和可再生能源成为世界各国的必然选择，也是新能源变革的主要内容。在新能源变革形势下，电网的使命也将发生变化，智能电网是适应新能源变革和承担电网新使命的新一代电网。为适应智能电网的发展，未来的电力系统仿真分析技术在准确性、快速性、灵活性等方面将得到极大发展。本文依据计算机、网络、通信等技术当前和未来可能的发展，探讨和预测了新的先进计算技术的发展趋势，以及新的先进计算技术在电力系统仿真分析中的应用趋势。

第四篇：先进刀具技术现状分析及发展趋势

先进刀具技术现状分析及发展趋势

钢市低迷不改 钢铁原材料市场延续弱势1-8月份桐庐蜂产品原料抽检合格率100%为户外而生 耳神探险者ER151几大优势辽宁山推开展道路机械产品专项培训(图)十二五天津节能减排综合工作实施方案解析潍柴控股集团动能公司进入“高考月”进口葡萄酒：超越价格与跟风的竞争赢创决定将美白炭黑产能提至2.2万吨广东LED出口遭“围剿”2月19日绥芬河开元经贸氯化钾行情动态新能源车将减免购置税 政府补贴改为直减202_中国水性木器涂料现场涂装大赛结果揭晓外国朋友考察福鼎茶业生产先进技术202_汇坚国际·太湖国际装备制造业博览会周五开幕7月16日湖北天舜化工磷酸一铵产销动态央视新址修幕墙大换装8月21日铝业市场新闻简要宁波市智慧物流专项扶持政策出台

进入21世纪以来，随着制造技术的全球化趋势，制造业的竞争也越来越激烈。在由机床、刀具、夹具和工件组成的切削加工工艺系统中，刀具是最活跃的因素。因此在高速加工技术广泛应用于生产的今天，高性能刀具越来越受到重视并大量取代传统刀具。虽然高性能刀具与传统刀具相比价格昂贵，甚至是传统刀具的10倍，但是使用高性能刀具仍然可以有效地降低生产成本[1]。

刀具材料、几何参数及其结构是高性能刀具设计制造最重要的关键技术。目前，先进刀具发展迅速，各种专用高性能刀具不断推陈出新。在刀具材料方面，超细晶粒硬质合金刀具和超硬材料刀具获得了广泛运用；在涂层方面，多层梯度复合涂层和高强度耐热纳米涂层也得到了长足的发展，并在航空航天、汽车船舶等领域得到应用；在刀具结构方面，将朝可转位、多功能、专用复合刀具和模块式方向发展。

刀具材料的最新进展

近年来，世界各工业发达国家都在致力于开发与高速、高效、高质切削加工相匹配的先进切削刀具材料[2]。刀具材料对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用，因此刀具材料必须具备如下一些基本性能：硬度高，即刀具材料的硬度必须高于被加工材料；高的强度和韧性，刀具切削部分的材料在切削时要受到很大的切削力和冲击力，因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性；耐磨性和耐热性好，一般来说，刀具材料硬度越高，耐磨性也就越好，同时刀具的耐磨性和耐热性有着密切的关系；导热性好，导热性越好，就能降低切削部分的温度，从而减轻刀具磨损；工艺性和经济性好[3-5]。

(1)新型高速钢。

高速钢(HSS)是加入了W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢。虽然目前可供使用的刀具材料品种较多，但由于高速钢在强度、韧性、热硬性、工艺性，特别是锋利性(刀尖半径可达12~15μm)等方面具有优良的综合性能，因此在切削某些难加工材料以及在复杂刀具(尤其是切齿刀具、拉刀和立铣刀等)制造中仍占有较大比重[6]。

(2)新型细晶粒和超细晶粒硬质合金。

硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物(主要是WC，TiC等，又称为高温碳化物)微米级的粉末，用钴或镍等金属做粘结剂烧结成的粉末冶金制品。硬质合金是当前切削领域中应用最广泛的切削刀具材料，切削效率大约为高速钢的5~10倍。全世界硬质合金的产量增长极快，新材料、新牌号的硬质合金刀具不断出现，在全部刀具中的比重越来越大。但其工艺性差，用于复杂刀具尚受到很大的限制。

细晶粒(1～0.5μm)和超细晶粒(小于0.5μm)硬质合金材料及整体硬质合金刀具的开发，使硬质合金的抗弯强度大大提高，可替代高速钢用于制造小规模钻头、立铣刀、丝锥等量大面广的通用刀具，其切削速度和刀具寿命远超过高速钢。整体硬质合金刀具的使用可使原来采用高速钢的大部分应用领域的切削效率显著提高。为提高硬质合金的韧性，通常采取增加Co含量的方法，由此引起的硬度降低现在可通过细化晶粒得到补偿，并可使硬质合金的抗弯强度提高到4.3GPa，已达到并超过普通高速钢的抗弯强度。细晶粒硬质合金的另一优点是刀具刃口锋利，尤其适合高速切削粘而韧的材料[5]。

(3)超硬刀具。

所谓超硬刀具材料是指人造金刚石和立方氮化硼，以及用这些粉末与结合剂烧结而成的聚金刚石和聚晶立方氮化硼。由于超硬刀具具有比硬质合金更优良的耐磨性，能够适应更高的切削速度，已成为高速切削的主要刀具材料，更为重要的是能够满足难加工材料的切削需要。因此超硬刀具材料已经在整个切削加工领域中起到越来越重要的作用。

金刚石是碳的同素异形体，分为天然金刚石和人造金刚石(PCD)两种。PCD是在高温、高压和催化剂作用下，由石墨转化而成的。金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性，拥有锋利的切削刃和良好的导热性能，同时PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中不易在刀尖上产生积屑瘤。目前，PCD刀具主要运用在以下两个方面[2,5]：a.难加工有色金属及其合金，如用PCD刀具加工硅铝合金时，刀具寿命可达硬质合金的50~200倍；b.难加工非金属材料，PCD刀具非常适合于石材、硬质碳、碳纤维增强塑料和人造板材等难加工非金属材料的加工[6]。因此，可以说金刚石刀具是精密加工有色金属及其合金、陶瓷、玻璃、木材等非金属材料最佳的刀具。

但是金刚石的热稳定性较低，切削温度超过700~800℃时，就会完全失去其硬度。另外，金刚石中的碳和铁具有很强的亲和力，在高温高压下，铁原子与碳原子发生相互作用，导致金刚石石墨化，从而使刀具极容易发生磨损。因此，金刚石刀具一般不用来加工钢铁等材料。

继美国GE公司于1957年首次合成立方氮化硼之后，在高温高压条件下将立方氮化硼聚合在硬质合金上，得到了复合结构的立方氮化硼(CBN)刀片。CBN刀具有聚晶烧结块和复合刀片两种，能在较高切削速度下加工淬硬钢及铸铁，以车代磨，并可高速切削部分高温合金，加工精度高，表面粗糙度相当低，而且立方氮化硼还适宜加工各种淬硬钢、Ni基、Fe基及其他一些耐磨、耐蚀的热喷涂(焊)件材料，钒钛铸铁、冷硬铸铁等耐磨类铸铁，钛合金材料等[2]。

(4)陶瓷材料。

陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温力学性能，与金属的亲和力小，不易与金属产生粘结，并且化学稳定性好。因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工或根本不能加工的超硬材料。陶瓷刀具有Al2O3基和Si3N4基两大类，加入各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等可改善其性能，还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性[7-9]。

目前，国产的一些晶须增韧陶瓷、梯度功能陶瓷等产品已达到国外同类刀片的性能，有的还优于国外。陶瓷刀具使用的主要原料氧化铝、氧化硅等在地壳中含量丰富，对节省贵重金属也具有重要的意义。陶瓷刀具主要应用于难加工材料的高速加工。国际上已经将陶瓷材料刀具视为进一步提高生产率的最有希望的刀具之一[10-11]。

刀具涂层的最新进展

在相对较软的刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜(如TiAlN、TiC、TiN、Al2O3等)而形成的涂层刀具，是切削刀具发展的一次革命。涂层刀具与未涂层刀具相比，具有明显的优越性：显著降低摩擦系数，改善刀具表面的摩擦学性能和排屑能力；显著提高耐磨性和抗冲击韧性，改善刀具的切削性能，提高加工效率和刀具寿命；提高刀具表面抗氧化性能，使刀具可以承受更高的切削热，有利于提高切削速度及加工效率，并扩大了干切削的应用范围。在先进制造业中，80%以上的硬质合金刀具及高性能高速钢刀具都采用了表面涂层技术，而CNC机床上所用的切削刀具90%以上是涂层刀具[2-5]。

刀具涂层技术自从问世以来，对刀具技术的改善和加工技术起到了越来越重要的作用，已经成为现代刀具的标志。涂层刀具是通过在韧性较好的硬质合金基体或高速钢基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的，使刀具性能发生了巨大的变化。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等，其中TiC的硬度比TiN高，抗磨损性能更好。对硬质合金，一般采用化学气相沉积法(CVD)，层积温度为1000℃；而对高速钢刀具，一般采用物理气相沉积法(PVD)，层积温度在500℃左右[2]。

随着涂层工艺的日益成熟和不断发展，从开始的单一涂层，进入到开发多元、多层、梯度、纳米涂层的新阶段。就目前PVD技术的发展状况，涂层薄膜结构大体可以分为单一涂层、复合涂层、梯度涂层、多层涂层、纳米多层涂层、纳米复合结构涂层[3]。

复合涂层是由各种不同功能或特性的涂层薄膜组成的结构，也称为复合涂层结构膜，其典型涂层为目前的硬涂层加软涂层，每层薄膜各具不同的特征，从而使涂层具有更好的综合性能[12-14]。

梯度涂层是指涂层成分沿着薄膜生长方向逐步变化，这种变化可以是化合物各元素比例的变化，如TiAlCN中Ti、Al含量的变化，也可以由一种化合物逐渐过渡到另一种化合物，如CrN逐渐过渡到CBC碳基涂层[15]。

多层涂层由多种性能各异的薄膜叠加而成，每层膜化学组成基本恒定。目前在实际应用中多有2种不同膜组成，由于所采用的工艺存在差异，各膜层的尺寸也不尽相同，通常由十几层薄膜组成，每层薄膜尺寸大于几十纳米，最具代表性的有AlN+TiN、TiAlN+TiN涂层等。与单层涂层相比，多层涂层可有效改善涂层组织状况，抑制粗大晶粒组织生长[16]。

纳米多层涂层结构与多层涂层类似，只是各层薄膜的尺寸为纳米数量级，又可称为超显微结构。理论研究证实在纳米调制周期内(几纳米至几十纳米)，与传统的单层膜或普通多层膜相比，此类薄膜具有超硬度、超模量效应，其显微硬度预计可以超过40GPa，并且在相当高的温度下，薄膜仍可保留非常高的硬度。

正因为涂层刀具既有硬度很高、化学稳定性好、摩擦系数小的表层，不易产生扩散磨损，同时又有基体的韧性，因而切削力、切削温度都较低，能够显著提高刀具的切削性能。因此,涂层刀具已成为现代切削刀具的主流，西方工业发达国家使用的涂层刀具占可转位刀片的比例已由20世纪80年代的26%上升到目前的90%，新型数控机床所用的刀具中80%左右是涂层刀具。瑞典山特维克可乐满和美国肯纳金属公司的涂层刀片的比例已达85%以上；美国数控机床上使用的硬质合金涂层刀片的比例为80%；瑞典和德国车削用的涂层刀具都在70%以上[3,15]。我国涂层刀具起步晚，但进步快,其涂层网点遍布全国。有不少城市都有自己的涂层中心，并承接对外加工业务。我国从1970年代初就开始进行CVD涂层技术研究，80年代中期，我国的CVD涂层技术就已经进入实用化水平，其工艺水平也达到国际水平。总体而言，国内CVD涂层技术水平与国际水平相差不大。但我国1980年初才开始研究PVD涂层技术，目前国外刀具PVD涂层技术已发展到第四代，而国内还处于第二代水平，且仍以单层TiN涂层为主[16]。

刀具结构的最新进展

当前刀具结构的变革正朝着可转位、多功能、专用复合刀具和模块式方向发展，刀具结构不断创新[5]。

立铣刀采用变螺旋角的设计或者刀槽采用不等分的设计，能减小精密切削中的振动，提高表面质量；高速钢立铣刀的大前角设计明显降低了切削力，改善了排屑，在精密加工中能改善表面的完整性；硬质合金刀具的整体化使小直径刀具的刚度显著提高，甚至复杂刀具如齿轮、螺纹刀具等也采用整体硬质合金制造；整体硬质合金立铣刀采取端齿中一刃过中心设计，使立铣刀功能扩大，不用预钻孔，在一定深度范围内可实现直接向下切削。

钻头的工作条件比较差，而排屑是人们最关心的问题，所以一直在设法改进。群钻是比较典型的，但是其刃磨比较复杂；德国的Guehring公司研制了RT型钻头，其抛物线形槽增加了芯厚，加大了槽的面积；采用S型钻尖的麻花钻具有很好的定心性，能显著减小钻削轴向力，改善排屑断屑状况。

复合刀具淡化了传统的车、铣、镗、钻和螺纹加工等不同切削工艺的界限，能在一次装夹中对复杂零件进行多工序的集中加工，以减少换刀次数，节省换刀时间，还可减少刀具的数量和库存量，有利于管理和降低制造成本。较常见复合刀具有多功能车刀、铣刀，还有镗铣刀、钻-铣螺纹-倒角等各种多功能刀具。美国肯纳公司的多功能车刀可完成车外圆、端面和镗孔等工作。在CIMT2001上,德国Gun-ther公司展出的车、钻刀可在实心材料上钻平底孔、镗孔、车端面、车外圆，可将工时缩短40%。Emuge公司的螺纹铣刀,一次走刀可完成钻底孔、倒角和铣螺纹工序。日本三菱公司开发的Octacot多功能铣刀可安装八角形刀片或圆刀片，在加工中心上完成铣平面、沟槽、台阶、倒角、轮廓加工和斜面等多种加工[2，5，17-18]。

可转位刀具发展的一个重要方面是刀片断屑槽型的开发，山特维克可乐满推出的R、M和F等新槽型系列(钢材粗加工、半精加工和精加工相应采用PR、PM和PF槽型；切不锈钢时用MR、MM和MF槽型；切铸件和有色金属用KR、KM和KF的槽型)以及伊斯卡以“霸王刀”为典型的槽型设计都独树一帜。这些刀片大多是三维曲面槽型，断屑范围宽，适应性好。

结束语

随着制造技术的全球化，制造业的竞争也日趋激烈。高速切削作为先进制造技术的一项全新的共性基础技术，已经成为现代切削加工技术的重要发展方向。先进刀具在机械加工中起到了越来越重要的作用，选择合理的刀具材料、涂层及几何参数将是实现高效切削加工的关键。因此，刀具作为切削加工工艺系统中最活跃的因素已经成为实现高速切削加工的必要条件。

参考文献[1]艾兴.高速切削加工研究新进展.第九届切削与先进制造技术学术会议论文摘要集,202_.[2]邓建新，赵军.数控刀具材料选用手册.北京：机械工业出版社,202_.[3]艾兴.高速切削加工技术.北京：国防工业出版社,202_.[4]翁世修，吴振华.机械制造技术基础.上海：上海交通大学出版社,1999.[5]太原市金属切削刀具协会.金属切削实用刀具技术.北京:机械工业出版社,202_.[6]白清顺，姚英学，Zhang G,等.聚晶金刚石(PCD)刀具发展综述.工具技术，202_，36(3):7-10.[7]胥锴,刘徽平,杨天雪.陶瓷刀具材料及其发展前景.稀有金属与硬质合金,202_(3):57-60.[8]张荣波,许崇海,冯曰美,等.陶瓷刀具材料近期研究进展.机械工程师,202_(3):55-58.[9]张福豹,谢国如.陶瓷刀具在高速切削加工中的应用.机械工程与自动化,202_(12):196-197.[10]岑向东,谢国如.新型陶瓷刀具的研究.现代机械,202_(4):3-5.[11]景秀并,林滨,张琪,等.用金属陶瓷刀具加工淬硬钢薄壁件切削参数优化.组合机床与自动化加工技术，202_(4):30-35.[12] Fox-Rabinovicha G S,Weatherlya GC,Dodonovb A I,etal.Nano-crystalline filteredarc deposited(FAD)TiAlN PVD coatings forhigh-speed machining applications.Surface andCoatings Technology,202_,177-178:800-811.[13] Ninga L,Veldhuisa S C,YamamotobK.Investigation of wear behavior and chipformation for cutting tools with nano-multilayeredTiAlCrN/NbN PVD coating.International Journalof Machine Tools &Manufacture,202_,48:656-665.[14] Yoon S Y,Yoon S Y,Chung W S,etal.Impact-wear behaviors of TiN and Ti–Al–N coatings on AISI D2 steel and WC–Cosubstrates.Surface and Coatings Technology,202_,177-178:645-650.[15]梁伟，王先.现代刀具涂层技术及发展趋势.桂林航天工业高等专科学校学报,202_(1)：17-19.[16]赵晓燕.对我国刀具涂层技术现状及发展趋势的认识.科技经济市场,202_(9):27-29.[17]肖曙红,张柏霖,李志英.高速机床主轴/刀具联结的设计.机械工艺师，202_(3):8-10.[18]徐进.刀具结构创新是实现高效加工的有效途径之一.广东轻工职业技术学院学报,202_(7):7-10.(end)

刀具最大利润率耐用度的可行性探讨

第五篇：汽车工程材料的发展趋势分析摘要（teniu推荐）

摘要：分析汽车工程材料的现状与发展趋势；结构材料中传统钢铁材料所占比例将逐步下降，在性能可靠的的条件下，将尽可能多地采用复合材料等轻型、新型材料取代传统材料。大量新材料，如高分子材料、复合材料等的迅速发展，为现代汽车的发展提供了必要的条件。关键词：汽车工程材料 ； 现状分析 ；高分子材料 ；发展趋势

汽车工程材料的发展趋势分析

(1)轻量化与环保是当今汽车材料发展的主

要方向。

(2)各种材料在汽车上的应用比例正发生变

化，主要是高强度钢、超高强度钢、铝合金及镁合金等材料的用量有非常大的增长，而铸铁、中、低

强度钢的比例将逐步下降。

(3)轻量化材料技术与汽车产品设计和制造

工艺的结合将更为密切，汽车车身结构材料将趋

向多材料设计方向发展。

(4)更重视汽车材料的回收技术。

(5)电动汽车、代用燃料汽车专用材料以及汽

结构材料中钢铁材料占主导地位，但所占比

例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高

分子材料等新型材料的用量将有所上升，在性能

可靠的的条件下，尽可能多地采用铝合金、高强度

材料、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。

这些措施使汽车向轻量化、高效、节能、低噪声、高

舒适度以及高安全性方向发展。大量新材料，如高

分子材料、复合材料等的迅速发展，为现代汽车的汽车工程材料的现状与发展趋势分析

1，参考文献:

[1] 丁志华．汽车工程材料的现状与发展趋势分析[A]．《热加工工艺》，202_.8