2024年度大学生教学实习报告

2024年度大学生教学实习报告（共4篇）

2024年度大学生教学实习报告篇1

关键词：公立大学,社会问责,加州大学年度问责报告

20世纪80年代以来, 受新公共管理理论的影响, 问责制被广泛引入到美国高等教育领域, 成为影响美国高等教育管理范式变革的重要理论基础。特别是公立大学, 在资金方面主要依赖州政府公共财政支持;在培养高素质劳动者、创新知识、促进社会公正等方面, 具有不可取代的重要地位, 因此, 接受政府和公众问责成为其无可推卸的责任。从本质上说, 问责是对工作绩效的回应[1]。高等教育问责是问责主体 (高校) 按照法律和道德的要求, 就如何使用公共资源, 以及达到何种效果等向政府和纳税人做出解释、说明和回答[2]。具体而言, 在投入方面, 大学需要说明使用了多少公共资源, 以及对资源的分配和使用是否合理;在产出方面, 大学需要说明在教学、科研和社会服务等领域做了哪些工作、质量如何。

美国加州高等教育问责制由来已久, 早在1991年加州就根据州议员汤姆·海登 (Tom Hayden) 提交的一份议案形成《加州高等教育问责报告条例》。该条例要求加州所有公立高校每年必须向州政府提交问责报告, 报告的数据须涵盖适龄入学人数、财政状况、申请入学人数、录取人数和成功毕业人数等五大领域。但由于缺少对毕业生进行跟踪调查的机构, 各公立高校提交的报告只保留了在校生信息这一项数据, 因此其公信力大打折扣。并且, 加州立法机构并没有规定各类高校的绩效指标, 也没有建立起基于绩效问责的高校财政拨款联动机制。因此, 由州政府主导的高等教育问责制推行起来阻力重重, 收效甚微[3]。

2009年, 加州大学率先发布了新的年度问责报告, 用基于院校研究的自愿问责, 取代了州政府主导的行政问责。此后形成惯例, 每年向社会发布一次。加州大学问责报告指标体系完备、数据翔实, 既说明成绩、也不回避问题。其工作模式和经验, 对我国完善高校教学质量报告, 构建高等教育问责机制有积极的借鉴价值。

一、美国加州大学年度问责报告概述

1.加州大学发布年度问责报告的背景和目的。2008-2009年, 受经济危机影响, 全美公立大学均面临公共财政投入锐减和入学人数激增的双重压力。受此影响, 生均经费不足、学费上涨、校园容纳能力下降、学术质量下滑等一系列问题迅速在全美公立高校突显出来。加州虽然经济发达, 但同样面临上述困境。在很多方面, 甚至比其他州的情况更严重。加州大学也深受重创[4]。虽然学费上涨暂时缓解了公立大学的财政压力, 但同时也加剧了公众的不满情绪。学生及其家长和州立法者越来越质疑他们所支付的高昂费用究竟能够带来什么收益。这种信任危机迫切要求公立大学公开办学信息, 主动接受公众问责。

2008年, 马克·尤杜夫 (Mark G.Yudof) 继任加州大学校长之后, 开始着手年度问责报告的编写和发布工作。其目的就是让加州大学明确回应上述压力, 用完备的指标和翔实的数据向公众说明加州大学是如何完成其公共使命的;每年花掉多少办学成本;校方对资金的使用是否合理以及内外部环境的变化对加州大学产生怎样的影响。问责报告也对加州大学制定战略规划和年度预算决策提供数据支持, 以提高学校管理工作的科学性。报告试图向加州民众和州立法者证明加州大学的决策始终向全体加州民众开放, 并对全体加州民众负责[4]。

2.加州大学年度问责报告的指标体系。加州大学年度问责报告包括三部分:第一部分是总的分析报告, 对加州大学本年度面临的重要问题进行整体描述;第二部分是问责报告的主体, 用量化指标展示加州大学各方面工作的进展情况;第三部分是附录, 用以说明问责报告的数据和信息来源及主要研究方法。根据每年报告强调的重点, 问责报告的指标体系略有调整, 2009-2012年度主要指标体系如表1所示。

3.加州大学年度问责报告的数据来源。加州大学年度问责报告以量化指标为主, 其数据来源有三个方面:第一, 持续追踪加州大学的纵向数据, 其中部分数据追溯到1868年加州大学伯克利分校初创时期;第二, 将加州大学各项办学指标与美国大学联合会 (AAU) (1) 其他成员的均值作对比产生的数据;第三, 加州大学部分办学指标与美国8所研究型大学对比产生的数据。这8所研究型大学包括:4所公立大学 (伊利诺伊大学, 密歇根州立大学, 纽约州立大学布法罗分校和弗吉尼亚州大学) 和4所私立大学 (哈佛大学, 麻省理工学院, 斯坦福大学和耶鲁大学) 。加州大学的教师薪资标准就是参照这8所大学制定的, 因此在衡量办学绩效方面具有更高的可比性。

注:括号中的数据为各一级指标所包含的二级指标数

4.加州大学年度问责报告的基本结论。第一, 州政府公共财政拨款的大幅削减, 是导致学费上涨的主要原因, 同时也对加州大学产生诸多不利影响。问责报告有关数据显示:1990-1991学年以来, 州公共财政拨付给加州大学的生均经费逐年下降, 相应的学生个人承担的经费额度则逐年增长, 2011-2012学年, 学生支付费用的比例首次超过政府公共财政经费。迫于经济压力, 加州大学招收加州以外生源的比例不断提高, 如果州政府不能增加对加州大学的公共财政支持, 这种情况还将进一步加剧。2009-2010学年以来, 加州大学的教师招聘人数有所下降, 而离职人数与历史同期水平基本持平。受此影响, 加州大学全职教师人数下降了2%。

第二, 在帮助弱势群体子女通过接受大学教育实现社会流动方面, 加州大学比其他公立大学做得更出色。相关数据显示:家庭经济水平和父母的受教育程度与学生的学业成就成正相关。从学生种族和毕业率的关系来看, 亚裔学生毕业率最高, 白人次之, 其后是墨西哥裔、西班牙裔和拉丁裔, 黑人最低。这是美国大学联合会成员中公立研究型大学的共同结论。但抽取单一指标如:同等家庭经济水平、同等父母受教育程度、相同种族等, 将加州大学与美国大学联合会中其他公立研究型大学作横比, 加州大学的毕业率均高于其他高校。

第三, 加州大学用较低的经费投入, 保持了较高的教学和科研水平。相关统计数据显示, 美国大学联合会中公立大学教师的薪资水平远低于私立大学;而同为公立大学, 加州大学的教师薪资水平远低于其他公立大学的均值。但尽管如此, 加州大学的学术水平和声誉却堪称美国公立大学之翘楚, 在国际上也享有盛誉。加州大学教师队伍中, 有博士学位者的比例与私立大学基本持平, 比其他公立研究型大学高出近5个百分点。加州大学在诺贝尔奖得主、国家科学勋章获得者、麦克阿瑟天才奖获得者、美国国家科学院院士和美国艺术与科学学院院士等高水平师资的保有方面, 在全美公立研究型大学中雄踞首位。此外, 博士研究生对提升大学科研竞争力起着至关重要的作用, 因此, 美国大学联合会中的大多数成员都通过提供全额奖学金的方式, 吸引优秀博士生就读。而加州大学则仅向学术成就卓越的少数博士生提供竞争性奖学金, 虽冒着在博士生生源竞争中处境不利的危险, 但从合理使用公共资源的角度来看, 加州大学的资助方式显然对加州纳税人更负责任。在世界主要大学排行榜中, 加州大学的学术水平和学术声望均名列前茅。

5.加州大学年度问责报告的主要经验。第一, 加州大学年度问责报告充分考虑到主要读者群的实际需要, 体现出良好的受众意识。问责报告明确提出:“作为一种管理工具, 问责报告是写给加州大学管理人员和教职员工的。而作为一份公开文件, 它也同样写给加州大学广泛的利益相关者———州立法者、潜在捐赠者、民众以及其他为加州大学做出贡献的人。所有这些群体都有必要、并有权利了解加州大学的运行情况”[5]。从指标体系设计来看, 问责报告选取与广大受众群体利益密切相关的信息;从内容呈现方式来看, 问责报告以量化指标为主, 用直观的图表呈现报告内容, 确保全体读者都能看懂, 并从中受益。州立法者能够从问责报告中详细了解加州大学做出的社会贡献和面临的困难, 进一步明确州政府在支持公立大学发展方面应当承担的责任;加州大学教职工能够从问责报告中了解学校的运行状况, 明确工作改进的重点;潜在生源及其家长能够通过问责报告了解各高校的办学水平, 为选择就读院校提供信息支持;雇主能够通过问责报告了解不同研究型大学的教学水平和声誉, 并将其作为雇用毕业生的重要参考。最重要的是加州大学通过问责报告阐明了在维护社会公正、提高社会效能方面做出的贡献, 从而确保在越来越激烈的州公共经费分配过程中赢得更多民众的支持。

第二, 加州大学问责报告对办学质量和办学成本进行综合考量, 体现出鲜明的绩效意识。在办学质量的表征方式上, 加州大学问责报告始终贯彻“以学生为中心”和“社会公共利益至上”的理念。从微观层面看, 问责报告重点强调的不是加州大学取得了哪些有标志性的学术成果, 而是学生 (特别是历届毕业生) 对就读经验的满意度;从宏观层面看, 问责报告强调的不是加州大学在教学、科研和社会服务等方面做得如何出色, 而是在帮助弱势群体成功、促进社会流动, 进而实现经济平等和社会公正等方面做出哪些贡献。这种教育质量观以社会绩效为指针, 将学校的教育质量与社会公共利益统一考量, 凸显了加州大学的公共责任。不仅如此, 问责报告还关照了教育投入、教育过程和教育输出的全过程, 强化以绩效为核心的动态评价。兼顾效率与公平, 在关注教育产出质量的同时, 高度重视对成本控制能力的考量。

第三, 加州大学将年度问责报告发布与学校发展规划和管理决策调整相结合, 体现出积极的改革意识。从某种意义上说, 问责报告是加州大学将院校研究与“数据驱动决策”的高等教育管理模式“高端联姻”的副产品。该决策模式通常包含5个步骤:第一步, 由大学董事会、各种委员会、管理人员以及教师/学生等提出问题, 经校长审议后确定学校发展规划调整目标;第二步, 由各分校院校研究机构根据特定问题, 采集相关数据;第三步, 院校研究机构对采集的相关数据进行综合分析和深度挖掘, 为调整学校战略规划建立决策支持系统;第四步, 发布问责报告, 向政府和纳税人公开展示信息;第五步, 生成管理决策。具体流程参见图1[6]。

数据采集的过程也是各分校院校研究机构对所属校区以及加州大学整体运行状况进行自我诊断的过程。通过收集招生、学生学业成就、学生支付能力、校友满意度、教师和职工流动、教学和科研、财务运行情况、国际排名等基本信息, 并将这些信息与主要竞争对手进行比较, 能够让加州大学对自身的办学水平、学术声誉以及所处的竞争态势始终保持警醒, 为有针对性地调整学校发展战略和管理决策提供数据支持。

二、我国高校教学年度质量报告发布制度概述

1.我国高校发布教学年度质量报告的背景。我国高校教学质量年度报告发布制度源于对全面提高高等教育质量的政策诉求。1999年以来, 随着我国高等教育规模急遽扩大, 高等教育质量问题日益凸显。2010年, 《国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010-2020年) 》首次提出“建立高等学校质量年度报告发布制度”, 并将其作为现代大学制度建设的重要组成部分, 旨在通过信息公开强化高校质量保障的主体意识, 促进高校建立教育教学质量内部监控体系、加强自我评估、提高教育质量。在教育部统一安排部署下, 高校教学质量年度报告制度得以有效实施。

2.我国高校发布教学质量年度报告的进展。2011年, 在教育部统一要求下, 39所“985工程”高校率先发布2010学年本科教学质量报告。报告发布以后, 高教战线和社会各界广泛关注、褒贬不一。肯定者认为这是一种积极的、进步的现象, 既是高校自我评价、自我问责的形式, 又给了公众和社会一定的知情权。有利于高校发展、有利于政府监控、有利于社会监督、有利于公众参与。质疑者则认为, 这些报告多是大学自我表扬, 普遍回避问题或避重就轻, 同时, 质量报告只报告了大学的年度工作, 人们从中并未真正看到想要了解的教学质量结果。由此可见, 肯定者所肯定的更多的是报告的意义和形式, 质疑者所质疑的则是报告的结构与内容[7]。

2012年, 在总结39所“985工程”高校发布2010年本科教学质量报告工作基础上, 教育部要求“211工程”高校编制并发布2011年本科教学质量报告。为提高报告编写的质量, 教育部还对报告的内容作了硬性规定, 要求以25项基础数据为支撑, 涵盖本科教育基本情况、师资与教学条件、教学建设与改革、质量保障体系、学生学习效果、特色发展、需要解决的问题等七方面的内容。2012年4月, 《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》要求高校加强自我评估, 健全校内质量保障体系, 完善本科教学基本状态数据库, 建立本科教学质量年度报告发布制度。至此, 高校教学质量年度报告发布制度逐步推广到全国各级各类普通高校。

3.我国高校教学质量年度报告存在的主要问题。通过对我国高校教学质量年度报告发布制度的建立过程进行系统梳理, 以及对“985工程”高校教学质量年度报告的文本解读, 笔者认为当前我国高校教学质量年度报告存在以下问题:

第一, 对报告的服务对象定位不清, 缺乏受众意识。作为向社会公开发布的信息载体, 大学在编制质量报告时, 应充分考虑读者的实际需要, 积极回应社会公众 (特别是广大在校生、潜在生源及其家长) 的关切。但已发布的高校教学质量年度报告, 从内容到形式都更像是呈报给上级主管部门的工作报告。以“985工程”高校年度报告为例, 在指标体系上, 各高校报告的共有指标包括课程建设投入、师资队伍建设、人才培养模式改革、办学定位与特色、教学基本数据、专业建设、毕业生、教学质量保障机制、经费投入、国际化战略和生源质量等。此外还有部分报告涉及校史与校园文化、科技创新成果、产学研合作、新校区建设、后勤管理体制改革以及承办国际学术会议等内容。在呈现方式上, 主要是罗列代表学校政绩的行政数据。从指标选取到呈现方式都与学生及其家长关注的学习内容、学习方式、学习过程以及学习结果等相去甚远。

第二, 报告内容没有可比性, 缺乏绩效意识。从纵向来看, 各高校发布的教学质量年度报告内容以点状行政数据为主, 这些数据大多属于投入指标, 产出指标数量不足, 投入指标与产出指标之间缺乏内在的关联性。静态信息多、动态信息少, 读者无法从报告中解读各项指标的含义;从横向来看, 不同院校发布的教学质量年度报告指标体系内容分散、各项指标没有可供参考的常模。分散性信息多、可比性信息少, 读者无法从各高校罗列的具体数据中解读其办学质量。

第三, 各高校未能将教学质量年度报告的发布与改进教学工作相结合, 缺乏改革意识。发布教学质量年度报告应当作为提高高校教学管理水平、主动接受并回应社会问责的重要手段。发布报告不是最终目的, 通过撰写和发布报告对学校教学运行状态进行系统监测, 持续改进教学资源筹措水平、提高资源使用效率、提升人才培养质量才能体现出教学质量报告发布工作的真正价值。但已发布的高校教学质量年度报告大多只罗列了突显政绩的行政数据, 对学校教学管理中存在的问题几乎只字未提。

三、分析与建议

(一) 我国高校教学年度质量报告存在问题的成因分析

第一, 报告主体错位。一方面, 我国高校不是主动发布教学质量年度报告, 而是在被动执行教育行政部门的行政命令;另一方面, 各高校的教学质量年度报告是由学校领导牵头、行政管理人员编写, 教师、学生和校友几乎没机会参与。报告的内容主要是行政指标, 呈现方式也主要是采取行政话语, 既不能反映大学人才培养规律的要求, 也无法回应社会公众的普遍关切。从某种意义上说, 教学质量报告主体的错位是大学行政化和“被行政化”的集中体现。

第二, 对教学质量的理解存在偏差。完整的教学质量体系至少应包括教学投入指标、教学产出指标和教学管理控制指标三部分。已发布的教学质量报告所强调的大多是教学投入指标, 该指标只能表征教学质量保障体系的质量, 但“高质量的教学投入, 必然带来高质量的教学产出”这种推理在逻辑上显然过于武断。教学质量的核心要义是人才培养质量, 也就是学生读完大学之后, 身心素质发生了怎样的变化, 这是最重要的教学产出指标。但对于这一点, 各高校的报告都着墨太少, 甚至只字未提。此外, 各高校提交的教学质量报告也未就如何分配和使用教育资源进行必要的说明, 因此读者也无法了解各高校的教学管理质量。

第三, 信息获取渠道单一。加州大学问责报告之所以能够做到数据精确、内容翔实, 积极回应公众普遍关切的问题, 在很大程度上取决于多元化的数据信息收集渠道。加州大学所积累的纵向数据, 能够科学地反映出学校各方面工作的发展轨迹, 并为学校的科学管理决策提供基础数据支撑;美国大学联合会作为中间组织所积累和共享的横向数据, 则能够为全体会员高校的各项办学指标提供可比性参照。我国高校教学质量年度报告的数据全部由学校提供, 虽然教育部在部署“211工程”高校教学质量年度报告发布工作时, 对报告指标体系作了硬性规定, 并要求以25项基础数据为支撑, 但由于绝大多数高校都尚未建立起相应的信息采集渠道, 学生的教学满意度、用人单位对学生培养质量的满意度等关键数据仍无法获取。另外, 由于缺乏有公信力的中间组织, 各高校发布的数据仍将缺乏可比性。

(二) 完善我国高校教学年度质量报告工作的建议

第一, 明确教学质量报告的主体和受众。高校应当正确认识教学质量报告的性质和使命, 从被动执行教育行政指令转向主动接受并积极回应社会问责, 从对上级教育行政部门负责转向对公众负责、对学生负责、对学校声誉和长远发展负责。高校必须转换教学管理工作模式, 建立健全相应的院校研究机构和教学研究机构, 加强对教学运行数据的收集、整理和分析, 充分利用数据诊断和改进教学管理过程中存在的问题, 提高教学管理质量和人才培养质量, 并将相关信息以年度报告的形式向社会公众发布。

第二, 树立科学的教学质量观, 规范教学质量报告内容。高校应当将教学质量报告作为社会公众了解学校教育教学工作的窗口, 竭尽所能向公众展示学校的教育教学工作, 既说明成绩、也不回避问题, 全面、客观地呈现学校教学工作的全貌。具体来说, 教学质量报告至少应当阐明以下内容: (1) 学校人才培养目标定位, 并通过分析目标落实情况阐明学校办学定位的质量; (2) 学校教学资源的筹措、分配和使用情况, 并通过数据追踪和比较分析阐明学校筹措办学资源工作的质量; (3) 学校为学生学习和教师教学提供的服务, 说明高校教学服务的质量; (4) 以学生满意度为表征的人才培养过程质量和以雇主满意度为表征的人才培养结果质量。

第三, 拓宽数据信息采集渠道, 提高教学质量报告绩效。数据是学校科学管理中最宝贵的资源之一, 要提高高校教学质量年度报告的质量, 必须从高校、政府和非政府组织三方面入手, 拓宽数据信息收集渠道。具体来说, 高校要建立健全院校研究机构, 有针对性地采集、积累和分析教学运行状态基础数据, 为科学管理决策提供数据支持, 持续改进学校教学工作。教育行政部门应提高高校教学运行状态数据的透明度, 规范对高校教学质量报告发布工作的检查和监督。培育一批有公信力和社会责任感的非政府组织, 为公众开辟更为广泛、客观的高校教学信息渠道, 为各高校考量教学绩效搭建更加开放的数据信息平台。

参考文献

[1]Romzek, B.S. (2000) Dynamics of Public Sector Accountability in an Era of Reform[J].International Review of Administrative Sciences 66 (01) :21-44.

[2]Trow, Martin.Trust, Markets and Accountability in Higher Education:A Comparative Perspective[J].Higher Education Policy, 1996 (09) .

[3]Jane V.Wellman.Statewide Higher Education Accountability:Issues, Options and Strategies for Success[J].Higher Expectations Second in a Series of Essays on the Future of Higher Education, 2002 (09) .

[4]As a publicly funded institution, the University of California is accountable to the people of California for how well it perform[EB/OL].[2013-03-12]http://accountability.universityofcalifornia.edu/about.html.

[5]University of California Annual Accountability Report 2011[EB/OL].[2013-10-06]http://accountability.universityofcalifornia.edu/documents/accountabilityreport11.pdf.

[6]常桐善.如何提高大学决策绩效——院校研究与“数据驱动决策”模式的视角[J].复旦教育论坛, 2013 (02) .

2024年度大学生教学实习报告篇2

喷丸成形是一种借助高速弹丸流撞击金属构件表面, 使构件产生变形的金属成形方法, 喷丸成形是一种无模成形工艺, 它是50 年代初伴随飞机整体壁板的应用, 在喷丸强化工艺的基础上发展起来的一项新工艺方法, 它是飞机制造中成形整体壁板和整体厚蒙皮零件的主要方法之一。国内外大量飞机机翼下蒙皮成形中都采用了该种工艺, 如B747, A380, ARJ21 - 700 飞机等。

零构件的抗疲劳特性研究通常通过试验或分析来完成。为研究某种工艺对疲劳性能的影响, 通常规划成组对比试验, 在相同的应力水平下进行试验, 将试验得到的疲劳寿命结果进行数理统计, 进行F检验、t或t’检验其方差、均值是否有显著差异, 然后进行区间估计得到某一置信度下的试件中值疲劳寿命性能变化率。

结构细节疲劳额定值 (以下简称DFR) 为应力比R=0.06 时, 结构能够承受105 次循环 (95% 的置信度, 95% 的可靠度) 时所对应的最大应力值。由于该值是结构细节本身固有的疲劳性能特征值, 与使用的载荷无关, 工程上常用该值来表征零构件的抗疲劳特性。为研究2024HDT - T351 铝合金板材在喷丸成形工艺下的抗疲劳特性, 规划了DFR对比试验, 进行数据处理和分析。

疲劳试验件

根据某型飞机外翼下壁板结构细节及其喷丸成形情况, 不同于传统的试验件, 设计了一种创新的不传载紧固件结构单细节DFR值疲劳试验件, 如图1 所示。

选取喷丸成形两种直径的大弹丸:3.18mm (渗碳钢丸) 和4.8mm (渗碳钢丸) 。选取两种喷丸气压:P1和P2。采用双面对喷喷丸成形, 覆盖率取自某型飞机外翼下蒙皮。变化喷丸成形大弹丸的直径和喷丸气压, 规划了4 组喷丸成形试验件, 同时为了能进行了对比, 规划了原始状态基准组, 共5 组试验件, 每组10 件, 试验件除了喷丸成形参数不一致外, 其他完全一致, 详细试验件分组详见表1。

结构细节DFR确定方法

试验确定结构细节DFR方法

在某一应力水平下作n个试验件, 按照双参数威布尔分布原理, 具有95% 置信度和95% 可靠度的疲劳寿命可用下式计算:

式中:为双参数威布尔分布中相应于37% 存活率的特征寿命的点估计值;ST为尺寸系数;SC为置信系数;SR为可靠度系数;n为试样总数目;m为完全寿命试样数, 当试验结果都是完全寿命时, m=n;a为威布尔分布的斜率参量, 取α =4 ;Ni为第i个试样的试验寿命。

要刚好试验得到N95/95 等于105 次循环事实上是非常困难的, 使用标准S - N曲线方法来确定结构的DFR值, 具体方法如下:

如果在任意应力水平 (σm0, R) 下做一组试验, 求出其双95% 寿命N95/95, 然后按下式求出该结构的DFR值:

式中:σm0为材料常数, 对于铝合金, σm0=310MPa;S为材料常数, 对于铝合金, S=2.0;R为试验应力应力比;σmax为试验应力水平的最大应力。

DFR理论计算方法

有不传载紧固件结构细节DFR计算公式:

DFR=DFRbase×A×B×C×D×E×U×RC (5)

式中:DFRbase为具有数百个相似细节结构件允许使用的最小DFR值的基准值;A为孔填充系数;B为合金和表面处理系数;C为埋头深度系数;D为材料叠层系数;E为螺栓夹紧系数;U为凸台有效系数;RC为构件疲劳额定系数。

试验结果及数据处理

试验件典型破坏特征如图2 所示, 从紧固件孔处起裂, 断面穿过紧固件孔。

采用肖维娜准则对异常数据进行取舍, 通过对5 组数据处理分析, 得到试验结果汇总分析表, 如表2 所示。

从表2 可以看出, 四组喷丸成形试验件的DFR值较基准组高, 经过大弹丸喷丸成形后疲劳性能提高5% 至10%。而从参考文献可以看出, 喷丸强化工艺对疲劳性能的提高10% 以上, 可知大弹丸喷丸成形对疲劳性能的提高不如喷丸强化, 可能是由于喷丸成形只要求零构件达到目标外形, 覆盖率较低的原因。

原始状态基准组DFR理论值计算

基准组DFR理论值按有不传载紧固件结构细节计算:

DFRbase=1 3 0×2.8/3.1 5=1 1 5.5 6 (d/B=7.94/40=0.198, Ktg=3.15) ;A=0.93 (高锁, 干涉) ;B=1.0 (按2024, 机加) ;C=1 (TC=0.135×25.4=3.429, t=1) ;D=0.93 (叠层/d=20/7.9375=2.52) ;E=1.05 (钛合金抗拉型100°沉头高锁螺栓) ;U=1;Rc=1.44 (nd=1) 。

对比原始状态基准组试验得到的DFR可以看出, 原始状态基准组DFR理论值比试验值略低, 计算方法保守。

结语

通过对2024HDT - T351 铝合金板材大弹丸喷丸成形的疲劳特性研究, 根据数据分析及对比, 可以得到如下结论:

1) 试验在相同试验件外形尺寸下进行试验, 原始状态基准组的DFR值最小, 经大弹丸喷丸成形后, 试验件疲劳性能略高于原始组, 性能提高5% 至10%;

2024年度大学生教学实习报告篇3

在一些精密、超精密应用场合,如卫星轴承、卫星天线、激光反射镜、惯性导航系统、机器人手臂和光学座架等,要求其产品或零件材料具备在高的温度梯度或机械外载荷下抵抗变形的能力[1]。碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)具有比强度和比模量高、耐高温、热膨胀系数小、尺寸稳定性好等特点,很好地满足了上述要求[2]。随着SiCp/Al复合材料制备工艺的日臻完善和可靠性的不断提高,它越来越多地应用于上述场合,从而其精密、超精密加工技术也得到了密切关注。

SiCp/Al复合材料由于塑性低以及在微观上的不均匀性而难于采用机械加工,特别体现在刀具磨损快和加工表面缺陷多等方面[3,4,5,6]。目前针对SiCp/Al超精密加工的研究还处于初步阶段,且绝大多数的研究工作仅限于切削参数和增强颗粒体分比、尺寸等对加工表面粗糙度和加工表面质量的影响[7,8,9,10]。虽然Hung等[8]研究发现,SCD刀具切削体积分数为10%的SiCp/A359复合材料时发生了剧烈的后刀面磨损,并认为刀具可能发生了扩散磨损,但没能做出理论解释或提供实验证据。

本文对超精密车削SiCp/2024Al复合材料时SCD刀具的磨损形态和磨损机理进行研究,进而为超精密切削此类材料时的刀具选择提供依据。

1 试验条件及方案

使用SCD刀具对体积分数为15%的SiCp/2024Al复合材料(粉末冶金法制备,平均颗粒直径为2μm)进行超精密外圆车削,基体材料的主要化学成分如表1所示,工件材料尺寸为ϕ25mm×15mm。刀具材料及几何参数见表2,切削过程中采用煤油喷雾冷却。车削试验在二轴Nanosys-300型CNC超精密加工复合系统上进行,该机床的测量和控制系统分辨率为1.25~5.00nm。如无特别说明,机床转速n、进给量f和切削深度ap分别为1000r/min、3μm/r和10μm。表面粗糙度的测量在Form Talysurf-120表面粗糙度轮廓仪上进行,其标准圆锥形探头直径为2μm。测量取样长度设置为0.25mm,采样步长为0.25μm,测量总长度为5×0.25mm。切屑后经环氧树脂冷镶嵌、抛光、腐蚀。使用Quanta 2000型扫描电子显微镜对刀具磨损形态和切屑形态进行拍摄。SCD刀具切削表面物相分析在XD-3A型X射线衍射仪上进行(采用Cu靶),后刀面物相分析在HR800 UV型激光拉曼仪上进行。

2 试验结果与分析

2.1 崩刃与剥落

图1和图2所示分别为圆弧刃和直线刃的SCD刀具磨损形貌,从图1a、图1b和图2b可以看出,SCD刀具切削体积分数为15%的SiCp/2024Al时,发生了微磨损以及较多的脆性崩刃和剥落。切削SiCp/Al复合材料时,刀具由于交替切削软的铝合金基体和硬脆的SiC增强颗粒而承受交变应力,切削振动现象较严重,如图3所示,刀具-工件相对振动幅度在100~150nm之间。此外,切削时SiC增强颗粒对切削刃或前刀面具有频繁的强力冲击作用,使得刀具承受较大的冲击应力。在上述两个因素的综合作用下,当刀具刃口局部区域应力达到其脆性解理强度时,就会发生微小的脆性剥落或崩刃。而在发生剥落或崩刃处极容易产生应力集中,从而引起更大规模的崩刃或剥落,如图1b、图1c和图2b所示。

(e)靠近切削刃处的前刀面

(c)(a)中B部分放大图 (d)前刀面(110)

2.2 磨粒磨损

由图1d可看出,圆弧刃SCD后刀面存在明显的磨粒磨损痕迹,而图1e和图2d表明前刀面也存在着不甚明显的磨粒磨损痕迹。这是试验前未曾料到的,因为一般认为由于SiC增强颗粒的硬度(3000HV)远小于单晶金刚石的硬度(10000HV),从而前者不可能在后者上刻划这么多如此明显的沟槽。

产生上述现象一方面归因于工件材料中的众多硬质相SiC颗粒的刻划作用,虽然单晶金刚石的硬度比SiC的硬度高出数倍,但由于SiC颗粒众多(对本文所使用的材料,每20μm长度上分布5~6个SiC颗粒),SiC对单位长度切削刃的冲击、刻划达105~106次/min(n=1000r/min);另一原因是超精密切削SiCp/2024Al复合材料时,SCD刀具在铜元素作用下发生了化学磨损。比较图1d和图2c可知,后者并未发生明显的磨粒磨损现象,这是由于直线刃刀具后刀面为(100)晶面,其耐磨损性能和耐化学腐蚀性能优于(110)晶面。

2.3 化学磨损

如图1c所示,圆弧刃SCD刀具圆弧顶部后刀面有一抛物线状磨损平台,它的尺寸比其他磨损部分大得多,即使在低倍下也很容易观察到。为探究SCD刀具这种磨损是否为化学磨损,对试件已加工表面进行XRD物相分析。由图4可知,XRD物相分析结果虽然没有显示SCD刀具切削SiCp/2024Al时发生化学磨损的直接证据——石墨的存在,但表明加工表面有Cu2O和CuO生成。

Uemura[11]的计算分析结果表明,理论上铜比铁更容易使金刚石产生石墨化,但实际上切削纯铜时,单晶金刚石刀具基本不发生石墨化,这是因为铜不固溶碳,因此切削纯铜时金刚石刀具表面一开始生成的一层极薄的石墨膜不会增厚,从而也就不能促进氧透过这层石墨膜继续向金刚石表面扩散。而切削包含着硬质颗粒的铜合金时(如Cu-Si合金),金刚石刀具表面生成的这层石墨薄膜不断及时的被刮除,这意味着氧或者氧化铜可以通过与刀具表面的氢反应而直接浸蚀刀具。对本次试验研究来说,所使用的SiCp/2024Al基体中含有质量分数为3.8%的铜元素(表1),而图4也说明了SCD刀具切削SiCp/2024Al时的确伴随着铜的氧化物的产生。鉴于切削时刀具后刀面处的石墨化层一旦形成就会被工件材料抹除以致XRD无法分辨的事实,采用激光Raman对SCD刀具后刀面磨损带进行物相分析,以找到SCD刀具发生石墨化的直接证据。

如图5所示,石墨拉曼峰(1590.67cm-1)的存在表明SCD刀具超精密车削SiCp/2024Al时的确发生了石墨化(图5中1338.83cm-1对应的为金刚石拉曼峰)。需要指出的是,由于单位时间内金刚石石墨化产生的石墨量很少,且生成的石墨不断及时地受到工件材料

(b)拉曼峰附近的放大

的擦拭作用,故残留在后刀面上的石墨量很少,所以图5中的石墨峰强度较弱。

由上述分析可知,SiCp/2024Al基体中铜元素在切削高温下被氧化生成Cu2O,它对金刚石刀具表面的化学吸附氢具有氧化作用,使得刀具表面生成一层石墨薄膜,而硬质SiC颗粒不断实时地将这层薄膜刮除,使得Cu2O能够不断与金刚石刀具表面的氢反应,从而刀具的石墨化也不断进行,最终形成如图1c所示的磨损平台。值得注意的是,由于铜在理论上很容易使金刚石刀具发生石墨化,加上SiC颗粒的促进作用,因此SCD刀具切削SiCp/2024Al时可能在较低温度下即发生石墨化。SCD刀具发生石墨化时,刀具磨损迅速,造成加工表面质量恶化,如图6所示。

(a)新刀 (b)切削6.4km

上述研究表明,由于铜元素在有硬质增强相存在的条件下能使金刚石刀具发生剧烈的石墨化磨损,所以切削SiCp/2024Al等这类含有较多铜元素的复合材料时,金刚石刀具的定向方案应该选择前刀面110-后刀面100或前刀面100-后刀面100,以减缓化学磨损,图2c就是采用了前刀面110-后刀面100定向,从而后刀面化学磨损程度比图1c轻的多。

3 结束语

SCD刀具切削体积分数为15%的SiCp/2024Al复合材料时,主要发生脆性崩刃、剥落、磨粒磨损和石墨化磨损。崩刃主要是由于该材料切削过程不稳定、切削振动较大、刀具承受交变应力这几个因素造成的。高温高压下众多硬质SiC颗粒的微切削作用是造成后刀面磨粒磨损的主要原因。SiCp/2024Al复合材料中铜元素的催化作用以及SiC颗粒的磨粒磨损作用的综合,造成SCD刀具后刀面发生剧烈的石墨化磨损。

参考文献

[1]Miracle D B.Metal Matrix Composites-from Sci-ence to Technological Significance[J].Composites Science and Technology,2005,65(15/16):2526-2540.

[2]欧阳柳章,罗承萍.复合材料应用及其进展[J].汽车工艺与材料,2000(2):28-31.

[3]Andrewes C J E,Feng His-Yung,Lau W M.Ma-chining of an Aluminum/SiC Composite Using Dia-mond Inserts[J].Materials Processing Technology,2000,102(1/2/3):25-29.

[4]Hung N P,Boey F Y C,Khor K A.Machinability of Aluminum Alloys Reinforced with Silicon Carbide Particulates[J].Materials Processing Technology,1996,56(1):966-977.

[5]El-Gallab M,Sklad M.Machining of Al/SiC Par-ticulate Metal-Matrix Composites Part I:Tool Per-formance[J].Journal of Materials Processing Tech-nology,1998,83(1/2/3):151-158.

[6]Manna A,Bhattacharayya B.A Study on Machin-ability of Al/SiC-MMC[J].Materials Processing Technology,2003,140(1):711-716.

[7]Chandrasekaran H,Johansson J O.Influence of Pro-cessing Conditions and Reinforcement on the Sur-face Quality of Finish Machined Aluminum Alloy Matrix Composites[J].Annals of the CIRP,1997,46(1):493-496.

[8]Hung N P,Tan T C,Zhong Z W,et al.Ductile-re-gime Machining of Particle-reinforced Metal Ma-trix Composites[J].Machining Science and Technol-ogy,1999,3(2):255-271.

[9]Cheung C F,Chan K C,To S,et al.Effect of Rein-forcement in Ultra-precision Machining of Al6061/SiC Metal Matrix Composites[J].Scripta Materia-lia,2002,47(2):77-82.

[10]Chan K C,Cheung C F,Ramesh M V,et al.A The-oretical and Experimental Investigation of Surface Generation in Diamond Turning of an Al6061/SiCp Metal Matrix Composite[J].Mechanical Sciences,2001,43(9):2047-2068.

2024年度大学生教学实习报告篇4

2024-T3铝合金属于Al-Cu-Mg系合金,具有良好的塑性和耐蚀性能[1],无应力腐蚀开裂倾向,焊接性优良,冷加工性能良好,但其含Cu量较高,时效处理后在晶界处易析出θ(CuAl2)相及S(CuMgAl2)相等第二相[2],在其周围形成贫Cu区而出现沿晶型的局部腐蚀;对其硬质氧化时,由于θ相溶解较快,常常成为电流聚集的中心,易使该部位膜层过热而溶解,击穿烧毁零件[3],导致氧化膜性能难以达到应用要求。将有机添加剂和新型氧化电源引入硬质氧化有利于氧化过程中热量的散发,保证氧化膜质量,减少能耗,降低氧化成本[4]。

在单一硫酸体系中低温下可获得厚5.2 μm的氧化膜[4],硫酸体系中加入4种添加剂可在LY12CZ铝材表面得到硬质氧化膜[5],用三酸(硫酸、草酸和酒石酸)体系硬质氧化其他系列的铝合金可得到高硬度的厚氧化膜,却难以氧化2024-T3铝合金,常温下得不到高硬度的厚氧化膜。为此,本工作以硫酸为基础液外加草酸和酒石酸对2024-T3铝合金硬质氧化,优选了最佳电解液配方和工艺参数,使氧化膜的厚度达50 μm、硬度达350 HV。

1 试验

1.1 基材前处理

基材为2024-T3铝合金,尺寸50 mm×25 mm×1 mm,化学成分(质量分数):3.80%~4.90% Cu,1.20%~1.80% Mg,0.30%~0.90% Mn,0.50%Fe,0.50%Si,0.30%Zn,0.15%~0.35% Cr,0.15%Ti,0.10%Ni,Al余量。前处理:酒精常温除油30 s→50~60 g/L NaOH 50~60 ℃碱蚀1 min→15%~25%(体积分数)HNO3常温出光20 s→彻底水洗。

1.2 氧化工艺优化

基础配方及工艺:4%~13%(体积分数,下同)硫酸,10~50 g/L草酸,10~50 g/L酒石酸;电源波形为直流电源波形和直流叠加脉冲电源波形,后者的占空比为85%、脉冲频率为25 Hz;电流密度1.0~3.0 A/dm2,温度10~25 ℃,氧化时间40~60 min;采用压缩空气搅拌。

在基础配方及工艺的基础上,通过单因素方法研究了供电方式、电解液组分及氧化工艺(温度、电流密度及时间)对2024-T3硬质阳极氧化膜厚度和硬度的影响,确定了最佳配方及工艺条件。

1.3 性能测试

采用TT210涡流测厚仪粗略测试氧化膜厚度;用QUANTA-2000扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱仪(EDS)观察氧化膜的表面形貌、分析其成分;采用HVS-1000显微硬度计测量氧化膜的硬度和精确厚度,载荷0.49 N,时间20 s。

2 结果与讨论

2.1 电源波形对氧化膜的影响

直流电源波形和直流叠加脉冲电源波形均采用用恒流供电,电流密度均设为2 A/dm2。2种电源波形对膜层质量的影响见表1。由表1可知,采用直流叠加脉冲电源可以得到外观质量较好的膜层,因为纯直流供电不利于氧化焦耳热的散发及膜厚的增加;直流叠加脉冲电源供电的峰值电流密度较大,有利于膜层生长,基值电流(由氧化面积和电流密度决定)较小,根据直流叠加脉冲阳极氧化的电流回复效应可知[1],当氧化电压降至某一值后,阻挡层电场强度不下降,此时电流几乎降低至零,有利于焦耳热的散发,使阳极氧化膜不易被烧损或起粉。

注:电解液配方为10%硫酸,30 g/L草酸,40 g/L酒石酸;氧化温度15 ℃,氧化时间50 min。

2.2 电解液组分及其浓度对氧化膜的影响

2.2.1 硫酸

单一的硫酸电解液只能在较低的温度下得到满足硬度和厚度要求的氧化膜[3,6,7,8]。硫酸与酒石酸、草酸复配,硫酸浓度对氧化膜硬度和厚度的影响见表2。

注:电解液配方为30 g/L草酸,40 g/L酒石酸;电流密度2 A/dm2,氧化温度15 ℃,氧化时间50 min。

由表2可知:当硫酸体积分数较低时,得不到均匀且较厚的氧化膜,因为此时电解液的导电性较差,导致溶液电阻增大,使氧化过程中产生的热量增大,从而导致溶液的温度升高,对氧化膜的溶解作用加强;随着硫酸体积分数的增加,氧化膜的厚度和硬度均呈上升趋势;当硫酸体积分数增加到13%时,氧化膜的质量下降,因为硫酸浓度过高时,对氧化膜的溶解能力加强,氧化膜的孔隙率增大,导致氧化膜的质量下降;当硫酸体积分数为10%时,膜层性能达到要求;随着硫酸体积分数的增加,氧化膜的颜色逐渐加深,这是因为硫酸体积分数较小时,可能因为草酸的加入,导致草酸参与成膜,使其颜色较浅,浓度较高时,主要是硫酸成膜,颜色加深,呈灰黑色。

2.2.2 草酸和酒石酸

草酸和酒石酸都可以提高槽液的氧化温度,并改善氧化膜的质量[5,9,10]。在10%硫酸,电流密度2 A/dm2,氧化温度15 ℃,氧化时间50 min的工艺条件下,草酸和酒石酸浓度对氧化膜性能的影响见图1和图2。由图1和图2可知:随着草酸和酒石酸含量的增加,氧化膜的硬度和厚度逐渐升高,当草酸浓度达30 g/L、酒石酸浓度达30 g/L时,氧化膜的硬度、厚度最大。这是因为草酸和酒石酸吸附于氧化膜上,形成一层抑制H+浓度变化的缓冲层,使电解液对膜的溶解能力相对减弱;草酸和电解出的Al3+在氧化膜表层可以达到undefined动态平衡,当[Al(C2O4)3]3-进入氧化膜空穴时,会有少量的草酸氧化成CO2和H2O,起到冷却和稀释作用[11],从而降低氧化膜孔壁的溶解速度;草酸和酒石酸均可增加电解液的酸性,当其含量过高时,将加大电解液对氧化膜的溶解作用,导致氧化膜孔隙率变大,氧化膜的硬度降低、厚度减少;酒石酸含量过高时,酒石酸会产生脱附,使膜层的溶解速度增大,导致膜的孔隙率升高,硬度下降。试验中还发现,当硫酸体积分数为10%时,随着草酸含量的增加,氧化膜的颜色几乎没有变化。

2.3 工艺参数对氧化膜性能的影响

综上,确定电解液配方为10%硫酸,30 g/L草酸,30 g/L酒石酸,再考察工艺参数的影响。

2.3.1 氧化温度

低温有利于生成厚膜,同时不降低氧化膜的硬度,且有利于氧化过程中热量的散发,但是温度过低会导致生成氧化膜的脆性过大[12]。温度对氧化膜性能的影响见表3。由表3可知,随温度的升高,氧化膜的硬度和厚度都在下降,因为槽液的温度越低,与氧化界面所形成的温度梯度就越大,越有利于氧化热量的散发;氧化温度的升高加大了电解液对氧化膜的溶解作用,导致膜层的硬度和厚度都有所降低;较适宜的温度为15 ℃。硫酸易在低温下成膜,草酸易在高温下成膜,试验中发现,随着氧化温度的升高,草酸参与成膜,导致氧化膜的颜色变浅。

注:电流密度2 A/dm2,氧化时间50 min。

2.3.2 电流密度和氧化时间

温度为15 ℃时,电流密度和氧化时间对氧化膜硬度和厚度的影响见图3、图4。

由图3、图4可知,在一定氧化时间内,提高阳极电流密度,氧化膜的硬度逐渐增大,达到一定值后会下降,而厚度总体上一直在增大。这是因为电流密度在1.0~2.0 A/dm2时,随电流密度的增加,膜的生长速度增加;当电流密度大于2.0 A/dm2时,氧化膜的生长速度增加较快,氧化膜表面产生大量的热,使氧化膜孔内的热效应加大,氧化膜溶解加速,过大的电流密度会增加电场的助溶作用,加速膜层的化学溶解,当溶解速度大于生长速度时,生成的氧化膜疏松且孔隙较大,导致氧化膜的硬度和厚度降低;氧化电流密度太小时,氧化过程产生的热量虽然少,但氧化时间相应延长,氧化膜在电解液中受到化学溶解的时间增加,也会引起氧化膜硬度和厚度的降低。因此,合适的电流密度为2.0 A/dm2、氧化时间为50 min。

2.4 膜层表面形貌、EDS谱及XRD谱

上述最佳氧化工艺下制备的氧化膜表面形貌及EDS谱见图5、图6。由图5可见,氧化膜层表面有凹凸不平的圆形坑洞,直径在几百纳米到几微米之间,这可能是由电解液对氧化膜的溶解作用而形成的,也可能是由于部分杂质相溶解与基体氧化膜脱离而导致的。由图6可知,O和Al的原子比大于2 ∶1,可见氧化膜并不是完全由非晶态的Al2O3组成,这是因为水的渗入使得非晶态的氧化铝逐渐转换成勃姆体(α-AlOOH)的缘故。铝合金阳极氧化过程比较复杂,SOundefined也参与了铝合金的阳极反应,最终生成含SOundefined的阳极氧化膜,成分为Al2O3 ·Al(OH)x(SO4)y,这是氧化膜中S元素的主要来源。

上述最佳工艺下制备的氧化膜XRD谱见图7。由图7可知,2θ为20°~40°时出现一个馒头峰,2θ约为38°,44°,65°及78°时均为铝基材的衍射峰,表明所形成的膜层是非晶结构。

3 结论

(1)2024-T3铝合金最优硬质氧化工艺:

电解液配方为10%(体积分数)硫酸,30 g/L草酸,30 g/L酒石酸;采用直流叠加脉冲电源,电流密度2 A/dm2,温度15 ℃,氧化时间50 min。

(2)最优工艺下所得2024-T3铝合金氧化膜的硬度达350

HV,膜厚达50 μm,氧化膜颜色与混酸中硫酸、草酸浓度及温度有关,根据需要适当调整可满足产品对颜色的需求。

参考文献

[1]朱祖芳.铝合金阳极氧化工艺技术应用手册[K].北京:冶金工业出版社,2007:5～6.

[2]王平,曾明友,魏晓伟,等.LY12铝合金硬质阳极氧化陶瓷膜形貌及形成机理研究[J].表面技术,2009,38(5):47～49.

[3]刘晓旭,魏晓伟.LY12铝合金不同硫酸浓度的阳极氧化膜结构研究[D].成都:西华大学,2007:16～17.

[4]万杰,安茂忠,杨培霞.2024铝合金硬质阳极氧化工艺的改进[J].轻合金加工技术,2008,36(4):33～34.

[5]徐瑞东,王军丽,薛方勤,等.铝合金常温脉冲硬质阳极氧化膜性能的研究[J].材料保护,2003,36(9):34～35.