产品造型设计材料与加工工艺课程小结

2024-10-12

产品造型设计材料与加工工艺课程小结（7篇）

1.产品造型设计材料与加工工艺课程小结篇一

《数控铣加工中心工艺设计与编程》课程教学大纲

课程编号：.课程总学时：40

课程学分：2.5课程类别：职业技术课

适用专业：数控技术

考核方式：考试

首选教材：数控铣削编程与加工

制定（或修订）单位：扬州职业大学机械工程学院

制定（或修订）时间：2012.21、课程总述

1.1课程性质、任务与目的性质：本课程是数控类专业的专业课。着重介绍数控铣/加工中心工艺及编程的相关知识。

任务：主要讲授数控铣/加工中心工艺编程及基本操作，通过数控铣床/加工中心上六个常见的结构要素进行项目化教学

目的：使学生掌握数控铣/加工中心加工编程的基础知识，配合机械制造基础的相关内容，初步学会数控加工工艺处理方法，基本掌握数控铣床、加工中心的编程方法，了解数控技术的发展及机械加工自动化技术。

1.2与其他课程的关系

数控工艺与编程的先修课应是《机械制图》，《机械制造技术》，《机床数控技术及应用课程》，目的是要求学生能够读懂图纸，掌握一定的数控机床结构、原理及工艺基础。它的后续课是《数控设备故障诊断及维修》、和《数控机床操作技能培训》、《CAD/CAM软件技能培训》等实践性环节。

1.3课程特点

机床数控技术及应用课程是一门理论性和实践性结合很强的课程，在本专业中起到承前启后的作用。而且数控技术的发展日新月异，需要不断补充新鲜材料。所以必须通过认真细致的课堂学习和上机操作、模拟编程才能掌握所学的知识，所以强调紧扣理论主线，强化工程实践意识，教师与学生形成良好互动，才能保证良好的教学效果。

1.4教学总体要求

通过本门课程的学习，学生应达到以下要求：

1、数控铣/加工中心的基本操作

2、槽的加工

3、轮廓的加工

4、孔系的加工

5、综合件的加工

6、配合件的加工

1.5教学手段及教学环节配制

本课程采用理论讲授与上机实践相结合的教学模式，讲授与上机交叉进行。课程教学结束后，安排二周左右的课程设计。1.6教学总学时分配

本课程共40学时, 理论教学 40学时。

表一：各章节学时分配表

1.7考核及计分方式 1.考核方式为考试。

2.笔试成绩70﹪、平时成绩30﹪。1.8教材选择：

教材建议选用教材：数控铣削编程与加工

2、课程具体教学内容和要求

项目一数控铣/加工中心的基本操作

项目目标：

一、了解数控铣床/加工中心的用途、分类和基本结构。

二、了解数控铣削的主要加工对象。

三、熟悉数控铣床/加工中心的坐标系，能正确设定工件坐标系。

四、能正确使用刀具、夹具、附件并进行工件的装夹。

五、了解数控系统的操作面板各功能键的作用。

六、熟悉对刀方法，能正确进行对刀。

七、掌握数控机床的操作流程，培养操作技能和文明生产的习惯。

八、了解数控铣床/加工中心的日常维护保养。

九、熟悉数控铣削加工工艺过程的处理。

十、正确使用常用铣削检测工具，能对工件进行检测。相关知识：

一、数控铣床/加工中心认知

二、数控铣床/加工中心常用附件

三、刀具、刀柄及辅具

四、工件常见安装方式

五、数控铣床/加工中心坐标系

六、机床日常维护保养

拓展知识

数控铣削加工工艺

重点难点

一、重点

1）几种坐标系；

2）数控铣床的对刀。3）数控铣床的基本操作。

二、难点

工件坐标系与机床坐标系的关系。

项目二槽的加工

项目目标：

一、了解槽类零件的数控铣削加工工艺，合理安排槽加工的走刀路线，正确进行数控加工参数的选择。

二、正确选择和安装铣削刀具，掌握对刀的方法并能进行对刀正确性的检验。

三、掌握工件坐标系的设定方法。

四、了解数控铣削程序的基本结构，正确编制槽类零件的数控加工程

序。

五、进一步掌握数控铣床的操作流程，培养操作技能和文明生产的习

惯。

六、掌握检测量具的使用，能对槽类工件作简单质量分析。

2.产品造型设计材料与加工工艺课程小结篇二

齿轮、蜗轮等传动轴是做回转运动的零件, 运动的传动都须安装在传动轴上, 传动轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接, 但轴较长转速高, 只承受扭矩不承受弯矩。

二、轴类零件

轴结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸。它由轴上安装零件类型、尺寸、位置、固定方式, 载荷性质、大小及分布, 轴承的类型与尺寸, 轴的毛坯、制造、安装及运输, 与轴的变形等因素有关。

(一) 机械加工工艺。

机械加工工艺流程是工件加工步骤, 方法是改变毛坯的形状、尺寸和表面质量, 使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。

(二) 轴类零件的功用、结构特点。

轴类零件用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传递扭矩, 支承传动零部件, 传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件长度大于直径, 由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及端面组成。

(三) 零件材料。

一般传动轴零件常用45钢, 调质后可得到较好的切削等综合机械性能, 淬火后表面硬度可达45～52HRC。

三、进行毛坯的选择

(一) 确定毛坯类型及制造方法。

1.毛坯类型。

常用圆棒料和锻件, 毛坯经过加热锻造后, 可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布, 获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。

2.制造方法。

传动轴采用车削与外圆磨削成回转表面。表面粗糙度小, 车削后还需磨削。加工方案:粗车→半精车→磨削。

(二) 确定毛坯的形状尺寸及公差。

传动轴属中小传动轴, 外圆直径尺寸相差小, 故选择160*￠60mm的热轧圆钢作毛坯, 公差等级为IT6～IT8。

(三) 毛坯的技术要求。

尺寸精度轴类零件两类, 一类是外圆轴颈, 用于确定轴的位置并支承轴, 精度要求通常为IT5～IT7;另一类为轴颈, 即配合轴颈, 精度通常为IT6～IT9。

四、选择基准

(一) 粗基准选择。

非加工表面应选非加工表面作为粗基准。对各表面都需加工的根据加工余量最小表面找正, 选平整光滑表面让开浇口处。选牢固可靠表面为粗基准, 粗基准不可重复使用。

(二) 精基准选择。

符合基准重合原则, 尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。多数工序中用同一个定位基准, 使定位基准与测量基准重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。

(三) 定位基准选择。

合理选择定位基准保证零件的尺寸和位置精度。由于该传动轴的配合表面 (Q、P、N、M) 及轴肩面 (H、G) 对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动要求。实心轴应选择两端中心孔为基准, 采用双顶尖装夹方法保证技术要求。

五、拟定机械加工工艺路线

加工传动轴采用对本零件的两个端面、外圆、螺纹、外圆锥度、切槽、圆弧、镗孔七个步骤进行粗加工和精加工。加工顺序按粗到精、由右到左确定。右端先从右到左外轮廓粗车, 从右到左外轮廓精车后切槽;调头加工工件左端:粗、精加工外轮廓, 切退刀槽, 最后螺纹粗、精加工。

六、确定机械加工余量、工序尺寸

传动轴长145mm, 螺纹大径30mm、长度22mm, 外圆锥面锥度10o、长度20mm, 圆弧总长57mm、半径24mm/15mm, 所镗孔直径30mm、长度7mm。粗加工零件轮廓须保证0.5mm的精加工余量用刀偏表, 进给时进行误差的精度控制。

七、选择机床及工艺设备

CA6140A车床:该车床可以实现轴类、盘类的内外表面, 锥面、圆弧、螺纹、镗孔、铰孔加工, 也可以实现非圆曲线加工。

(一) 镗孔工艺。

对于这个传动轴中的孔, 将采用镗刀对其进行高精度切削加工, 并安排粗、精镗来分担余量的切除, 镗孔后再倒角。

(二) 螺纹加工工艺。

螺纹切削就采用G82直螺纹切削循环加工法, 粗车与精车相结合的切削方式, 精加工余量0.5mm, 须先倒角后车螺纹。

(三) 选择刀具。

一是车端面:选用硬质合金45度车刀, 粗、精车用一把刀完成;二是粗、精车外圆:硬质合金90度车刀;三是车槽:选用硬质合金车槽刀;四是车螺纹:选用60度硬质合金外螺纹车刀。

八、确定切削用量

(一) 背吃刀量。

加工传动轴时先选较大的背吃刀量减少进给次数。零件精度要求较高的, 应考虑留出精车余量 (0.1～0.5mm) 。在传动轴中包含螺纹、圆锥、切槽、圆弧、镗孔等工艺, 其背吃刀量分别为:粗加工表面1.5mm、精加工表面0.1mm, 加工圆锥、切槽及圆弧的背吃刀量同加工表面粗镗孔为1.25mm、精镗孔为0.25mm, 螺纹则为:粗车1.25mm、精车0.1mm。

(二) 进给量。

传动轴进给量:粗加工表面 (圆锥、圆弧、切槽等) 为0.14mm、精加工表面为0.04mm, 粗镗孔为0.09mm、精镗孔为0.04mm, 螺纹粗车为0.08mm、螺纹精车为0.03mm。

(三) 主轴转速。

车外圆时主轴转速:加工这个传动轴时的主轴转速为:粗加工时500rad/s;精加工时800rad/s。

九、机械加工工艺卡片

在生产过程中, 直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质, 使其成为成品或半成品的过程为工艺过程。在工艺过程中, 用机械加工方法直接改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性能等, 直至成为合格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程。

十、结语

这次课程设计将机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识串联, 与课外机械制造工艺与装备联系, 巩固了所学知识。在课程设计中先制定工件机械加工工艺规程, 选择加工工艺装备及设备。通过CAD制图与计算机软件, 说明工件机械加工工艺规程制定的重要性。课程设计中的各种标准都要严格按照国家标准和国际标准, 查阅资料设计一个零件耗时较长, 但付出的代价使笔者认识到, 工作和学习都必须认真、谨慎和细心。

摘要：本文主要介绍在制造工业中机床、汽车、拖拉机等链接变速箱和驱动桥之间的传动轴的加工工艺。通过磨具主轴加工工艺的分析、阐述了在学校机械加工实习课中如何对典型轴类零件进行工艺分析, 从而提高工件质量、劳动生产率。

3.产品造型设计材料与加工工艺课程小结篇三

关键词：工艺文化遗产材料工艺创新设计

传统手工艺作为重要的文化遗产，其创意、材料处理和技艺在其鼎盛时期都有明显的先进性，形成引领风尚的巨大影响力，这种影响力甚至超越了民族和国界。究其根源，创新始终是其产生和发展中的一个主题。在今天，推崇创新、强调文化艺术对推动经济的创意产业已经成为新兴的理念和实践，并在经济社会发展中扮演越来越重要的角色。这一当代性的产物与工艺文化遗产在创新性上具有精神上的一致性，因此，工艺文化遗产的开发和创新实践具有极大可行性和重要的意义。在具体的操作上，文化遗产的材料与工艺可以成为重要的着眼点，在创新设计中成为构思的重点。

一.材料与技艺的传承与创新思考

1.传统材料与新材料的结合

传统工艺多采用一些纯天然的材质进行手工制作，不管是编扎工艺所用的草、竹、藤，还是雕刻工艺所用的玉石、原木。但从大的生态环境以及传统工艺可持续发展的角度来看，不断地索取以及依赖天然材质，不仅是对自然的一种破坏，同时也给传统工艺的发展留下了隐患。一旦资源耗尽枯竭，传统工艺也就失去了其生存的环境和基础，工艺衰退也就不可避免。因此，将新材料与传统材料相结合，一方面能保存传统工艺的特质，另一方面又能够具有较好的可持续性。

工艺文化体现的是每个年代所特有的生活艺术与生活文化，随着时代的发展，人们的审美和需求在不断变化，在材料上使工艺产品形成新的活力，便显得尤为重要。将当代的需求和审美，通过新材料的介入加以体现，从而丰富工艺产品的形式乃至功能，并最终赋予其创新的特色，是进行产品创新设计的重要手段。

2.传统工艺与新工艺的结合

传统工艺多依赖于手工制作，由此诞生的产品极富创造者本身的个性和生活领悟，有着明显创作者烙印，因而每一件传统工艺产品都独一无二。这对身边充斥着大工业生产的同质化产品的现代人来说弥足珍贵。然而手工制作带来的劣势也一样明显，制作过程耗时久、废品率较高、从业人员和生产规模受限、自我改造开发能力差，这在很大程度上也阻碍了传统工艺的进一步流通与发展壮大。

基于传统工艺的劣势，在传统工艺的基础之上，融入新型工艺，不仅可以弥补传统技艺耗时长、废品率高等缺陷，还可以提升工艺的灵活性，进行创新创造。同时，结合现代科技，可以根据原理科学地改变传统工艺流程和制作手段，对原有工艺流程进行优化，促进传统工艺品生产周期和产品质量，提高产品的市场竞争力和企业活力。

二.“融”系列产品设计分析

“融”字有熔化、溶解和融会、融合两种不同的含义。“融”系列产品正是秉承 “融古·融今”这一创作宗旨，以江南丰富的工艺文化遗产为基础，对缂丝、刺绣、紫砂工艺、玉雕、漆器等工艺门类的材料与技艺展开研究，通过对传统工艺的材料与技艺的挖掘，结合市场研究，进行系列产品的创新设计。其目的是形成既能服务现代生活，又具有鲜明中国文化特色的新的设计产品，。

“融”系列产品针对了传统工艺产品创新乏力，难以满足市场需求以及技艺传承青黄不接的现状，提出传统手工艺与现代设计相结合的产品创新设计思路。这一研究和设计研发实践将深入挖掘传统工艺遗产中凝聚的创造力和智慧，将似乎离现代生活很遥远的技艺与材料应用到现代产品设计当中，重现其价值与魅力。从而把中华灿烂的传统手工艺和现代生活需求完美结合起来，设计制作出既拥有民族风格和文化特色，又能服务于现代生活、具有广阔市场前景的创新产品。

1.家具陈设

在众多的中式家具中，明代家具素以简约、流畅著称，我们借鉴明式家具线条，设计了一组木质托盘（图1）。托盘主体材质选用了榉木。榉木的木材结构细而匀，径纹理清晰美观，整体材质硬且重，强度高，具有很好的耐腐、耐久性。根据这些材料特性，托盘的的设计整体造型中部平滑，两端微微翘起，呈现灵巧纤长的外观。在制作中，整块材料顺应着纹路走势从整木中切割出来，再进行磨光、上漆、上蜡等工序。最终产品纹理美观，结实耐用且线条顺滑。榉木木质平整，光泽温润，结合灵动考究的线条，给人灵巧含蓄、一气呵成的视觉享受。

榉木打磨之后，摩擦力较小，不能满足托盘的功能需求。因此在托盘的正中镶嵌入一块拉丝磨砂不锈钢板，在增加了摩擦力的同时，减小了木料与托盘承载物之间的磨损，延长了使用寿命。磨砂钢板为哑光材质，和传统材料及技艺结合在一起，在增强了实用性的同时，也为产品注入了现代气息，满足了人们功能和审美的双重需求。

明式家具是中式家具的代表，造型简练、结构严谨、装饰适度、纹理优美，贴近现代人简约时尚的生活理念。在越来越拥挤的城市，随着人们平均住宅面积的减小，过分占据空间、体型笨重的明代家具显然不能走入大部分人们的生活。根据这一现状，借鉴了折叠椅的原理，对官帽椅进行改良，设计了如图所示的中式折叠椅（图2）。

在传统家具的制造过程中，榫卯结构用于各个部件的连接，根据做法不同，相应的应用范围也不同，是家具形体构造的“关节”。在工艺上这款椅子运用了燕尾榫、格肩榫、长短榫等用于搭脑、靠背板、后腿（上截）、等部分的连接。折叠椅的下半部分，结合现代工艺，将原来相互平行的前腿（下截）和后腿（下截）改为相互交叉式。后腿（下截）部分固定于椅身，前腿（下截）可活动地固定在和后腿（下截）的交叉的部分，使得前腿（下截）角度可改变调整，使产品可折叠收纳，增加了产品的功能性。

除了产品占据空间较大之外，缺乏现代感也是很多人拒绝传统家具的原因之一。此款中式折叠椅在明式官帽椅的基础之上，对线条和造型部分进行了简化，以直线线条为主，除去了牙条、牙头和扶手部分。搭脑中部较为平滑，两端结合现代审美，保留了官帽椅的特性。靠背板参照了人体工程学数据，呈平滑的S形，简约大气并满足现代人对舒适感的需求。

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2.缂丝用品

缂丝是历史悠久的传统工艺。据日本学者藤井守一研究考证，中国的缂丝织物远在彩陶时期（公元前2500年左右）就已存在，在4000多年的演变中，集中国丝质工艺品之大成，是不可多得的艺术珍宝。本系列均采用了缂丝面料，在设计、材质、技艺上进行了创新，给缂丝这一古老而优秀的技艺注入活力，绽放出新的魅力和光彩。

2.1.纺织品

十二生肖为传统造型，如图所示的十二生肖缂丝杯垫的造型卡通化，脱离严肃古板的传统意象，奠定了活泼可爱的基调（图3）。其中，每款杯垫的颜色区域被大致分为大、中、小三部分，按照色彩的色相，进行冷色、暖色、冷色或者暖色、冷色、暖色的调和分布。虽然每款杯垫色彩各异，但从整体上而言，它们都是统一在一个和谐的色调当中，在局部中追求变化，遵从了形式美的法则，活泼且富有层次感。

缂丝工艺严谨繁杂，织造时，一般以真丝为原料，生丝为经，各色熟丝为纬。在杯垫的织造过程中，经过了落经、牵经（穿竹筘）、上经、挑交、打翻头、拉经面、上样、摇线、缂织、修毛10道工序。梭子上的纬线每在经线中穿过一次，都需用不同型号的拨子反复打紧，从而织造出的面料不仅耐磨，还具有很好的手感和质感。缂丝为传统技艺，给人感觉清新素雅，将图案和材质进行融合，符合此款杯垫的设计初衷。从而产品兼具古典和现代气息，雅致且不失个性。

缂丝笔袋（图4）、筷子袋、卡包、iPad套等产品的灵感来源于海螺的尾部，将螺旋式的构造平面化，简单的线条分割成为这几款产品的特色。遵从简洁大方的设计思路，这几款产品均采用两折或三折式的收纳方法，且用直线划分出不同的区域，满足不同的功能需求。正反面的设计选用对比较强的流行色彩，结合造型特点，在打开与合起的过程当中，两种颜色相互交融，给人带来视觉上的冲击。

在材料方面考虑到耐磨性等功能性因素，里料均采用素织缂丝面料，而搭扣部分选用了金属材质，在传统缂丝面料上融入了现代元素作为点缀，新颖而不失古典韵味。工艺方面，创新性将“罗”的工艺运用到缂丝技艺当中，结合传统元素葫芦的形状，织造出轻软有稀孔的新型缂丝面料。运用两种不同的面料交融叠加，给这几款产品增添了层次感。

2.2.日用品

在对缂丝材料和技艺方面进行更为深入的了解后，我们发明创造了可塑性缂丝面料。其原理即根据产品不同的稳定性的需求，在织造缂丝时，保留原有生丝经线，将纬线替换为不同粗细的金属铜线，运用平纹织造的方法，创造出折叠后能保持基本形态不变的记忆型面料。根据这一面料特性，以花瓣和鸡蛋壳为灵感来源，分别设计出了缂丝托盘（图 5）、缂丝花瓶（图 6）和缂丝烛台等产品。荷花“出淤泥而不染；濯清涟而不妖”，自古以来荷花便是人们心中崇高圣洁的象征，通过可塑性缂丝面料，一气呵成的荷花花瓣造型的托盘，小巧别致，可放置一些小型物件，具有一定的功能性和装饰性。缂丝花瓶同样利用了可塑性面料的特点，进行设计。因为其可塑性，产品成型后，顾客可以根据自己的喜好和花卉的形态特征，发挥主观能动性，进行二次塑造，设计出不同的造型，兼具实用性和趣味性。

缂丝在编织技法上与普通织物存在着较大的差异，采用的是“通经断纬”法，以经丝贯通织物的整个幅面，花纹部分用不同的小梭子进行局部织造。因为是“通经断纬”，所以不同于普通面料的光滑平整，在花纹的织造中，两部分线的中间会出现漏洞区域，如雕刻过遗留的痕迹。在强光线的照射下，光线从漏洞区域穿过，夜间的效果如星光点点，璀璨美丽。根据这一特性，结合可塑性缂丝面料，进行交错编织，得到如图所示的新型改造面料（图7）。

这款面料的效果非常柔和，别具一格，适用性强，可将其运用到灯具和床帘的设计中，发展出缂丝吊灯、缂丝落地灯、缂丝窗帘等一系列产品。产品的外观大多简洁、大方。如图所示的缂丝吊灯整体造型呈斗笠状（图 8），底部为锯齿形的不规则线条。金属材质的吊杆，结合新型缂丝面料，加以现代感的造型，使得整个产品营造出现代、唯美的效果。

努力将工艺文化遗产融入到现代生活，从而使之焕发出新的生命力，是工艺文化遗产的保护和传承的重要途径。通过对传统工艺的材料与技艺的挖掘，使其成为设计创意的灵感来源和重要依托，并结合市场研究进行创新设计是一条极富探索潜力的道路。这种基于传统工艺材料与技艺重新演绎与设计创新，将形成服务现代生活的新的设计产品，并使其具有鲜明的中国文化的气质面貌，这将对中国传统工艺文化的传承与发展、中国特色的设计实践探索都将具有积极的意义。

基金项目：本文为2012年国家级大学生创新创业训练计划项目（项目号201210285009）和江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目“基于中国工艺文化遗产材料与技艺的产品创新设计”（项目号SG31550912）“基于中国工艺文化遗产材料与技艺的产品创新设计”阶段性成果。

参考文献

[1] 黄静华.非物质文化遗产视角下少数名族传统工艺的应用开发.《民族艺术》，2008年第3期.

[2] 柳宗悦.《工艺文化》，广西师范大学出版社，2006年.

[3] 李立新.《设计价值论》，中国建筑工业出版社，2011.

[4] 维克多·马格林.《设计问题》，中国建筑工业出版社，2010.

[5] 杭间、郭秋惠.《中国传统工艺》，五洲传播出版社，2006.

4.产品设计程序用户研究课程小结篇四

转眼间产品设计程序用户研究的课程结束了。通过这门课程的学习，我懂得了产品设计的概念以及产品设计具体实施过程和采用的基本方法、设计的基本要素等。

产品设计是以“用户为中心”，通过物质材料对产品的造型、结构等的综合性创造。按照产品造型时间的一般过程，大致可分为三个阶段：设计准备阶段、方案设计阶段、方案实施阶段。细分的话，可分为设计选题、市场调研、准备构思、创意草图、确定设计方案、产品效果图、工程图绘制、编写设计报告书。

首先设计师应根据企业的设计要求制定详细计划，对要求进行具体分析，并对其做广泛调查，如功能性、认知性、审美性、适应性、经济性、环保性等。在选题过程中，要充分了解设计的对象、用途、及影响产品造型的各种参数。

市场经济决定着产品的生产，因此，市场调研应把销售作为主要课题来研究。产品设计包括产品的工程设计和产品的造型设计，两者是紧密联系在一起的。但也有所不同，工程设计接近于生产者，而产品造型设计则偏重于消费者。调研的主要内容包括：分析使用对象、市场状况、产品使用的环境和地区等等。

我们还学习到了产品设计方法的种类，如：智力激励法、设问法、列举法、联想法、整理法等。在归纳后便开始产品的创意草图。创意草图是设计师设计思想的直接反应，能清楚地表达出的每一个思维跳跃和创意火花。在老师的带领下我们对电线插线板进行了拆分，对它的内部和外部进行了分析讨论，并一比一绘制了插线板的三视图。使我们更加深刻地了解产品设计构造。之后利用了几天时间对插排进行市场调研。接着我们便开始绘制插线板的改良设计草图，并在全班进行公开研讨与辩论。

在这个课程当中，我们通过查找大量资料，相互讨论，请教老师，以及不懈的努力，对电线插排进行了后期改良设计，在这次设计过程中，体现出自己单独设计产品的能力，与同学交流，完成了插排的改良设计。使我们学到了很多知识，还锻炼了我们动手能力。在未来的设计学习中我会继续努力学习，多加锻炼自己，让自己的专业能力更进一步。

设计艺术学院

5.产品造型设计材料与加工工艺课程小结篇五

材料与新材料的概念，生产特点及分类

材料：人类用以制造用于生活和生产的物品、器件、构件、机器以及其他产品的物质，也可简单定义为:材料是可以制造有用器件的物质。

新材料：新出现或正在发展之中的具有优异性能或特定功能的材料，或在传统材料基础上通过新技术处理获得性能明显提高或产生了新功能的材料。

材料的作用与地位

1，自20世纪70年代，人们就把信息、能源和材料誉为人类文明的三大支柱，把材料的重要性提高到一个前所未有的高度。2，20世纪80年代又把新材料技术与信息技术、生物技术一起列为高新技术革命的重要标志；事实上，新材料的研究、开发与应用反映着一个国家的科学技术与工业化水平。3，几乎所有的高新技术的发展与进步，都以新材料和新材料技术的发展和突破为前提。

材料技术的概念及其分类

材料技术：可以理解为是关于材料的制备、成形与加工、表征与评价，以及材料的使用和保护的知识、经验和诀窍；从学科的观点来考虑，将材料科学和其他相关学科(如计算机、机械、自动控制)的知识应用于材料(制备)生产和使用的实际，以获得所需的材料产品、提高材料的使用效能的技艺。分类：(1)制备技术;(2)成形与加工技术;(3)改质改性技术;(4)防护技术；(5)评价表征技术；(6)模拟仿真技术；(7)检测与监控技术。

材料技术的5次革命及其特点（书p5）材料加工技术的分类及材料科学与工程要素

按照传统的三级学科进行分类，材料加工技术(方法)包括机加工(车钻刨铣磨等)、凝固加工(铸造)、粉末冶金、塑性加工(压力加工)、焊接(连接)、热处理等。

按照被加工材料在加工时所处的相态不同进行分类，材料加工技术包括气态加工、液态加工(凝固成形)、半固态加工、固态加工。

一般认为，现代材料科学与工程由四个基本要素组成:即材料的成分与结构、性质、制备与加工工艺、使用性能，它们之间形成所谓的四面体关系；材料的制备与加工与材料的成分和结构、材料的性质一起，构成决定材料使用性能的最基本的一大要素，也充分反映了材料制备与加工技术的重要作用和地位

材料加工技术的发展趋势和方向

发展趋势：过程综台、技术综合、学科综台。

主要特征：(1)性能设计与工艺设计的一体化；(2)在材料设计、制备、成形与加工处理的全过程中对材料的组织性能和形状尺寸进行精确控制发展方向：（1）常规材料加工工艺的短流程化和高效化；（2）发展先进的成形加工技术实现组织与性能的精确控制；（3）材料设计、制备与成形加工一体化；（4）开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新制品；（5）发展计算机数值模拟和过程仿真技术，构建完善的材料数据库；（6）材料的智能制备与成形加工技术。

二，快速凝固

凝固的概念、特征及分类

概念特征：物质从液相变成固相的过程，是一种相变的过程，如金属凝固，血凝，高分子固化等。晶体与非晶体的凝固特点不一样，前者有明显的凝固点，凝固时释放结晶潜热，由短程有序到长城有序，物理性质常发生突变；后者无凝固点，是渐变过程，结构和物理性质无明显突变，逆过程是软化过程。

分类：按平衡条件分为平衡凝固、非平衡凝固；按凝固方向分为定向凝固、二维凝固、体积凝

固；按凝固速度分为快速凝固和正常凝固。

快速凝固的概念及其实现方法

概念：由液相到固相的相变过程进行得非常快，从而获得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构的过程。产生急冷技术或深过冷技术获得很高的凝固前沿推进速度的凝固过程。

实现方法：（1）快速冷却：通过提高铸型的导热能力，增大热流的导出速度可使凝固界面快速推进，实现快速凝固（2）深过冷：快冷法只能在薄膜、细线及小尺寸颗粒中实现，减少凝固过程中热流导出量是大尺寸试件中实现快速凝固的唯一途径，通过抑制凝固过程的形核，使合金溶液获得很大的过冷度，从而凝固过程释放的潜热被过冷溶体吸收，可大大减少凝固过程要导出的热量，获得很大的凝固速度。

快速凝固方法的分类（线材、带材、块体材料快速凝固）金属快速凝固的组织特征

（1）偏析形成倾向减小（2）形成非平衡相（3）细化凝固组织（4）析出相的结构发生变化（5）形成非晶态

快速凝固的用途

（1）获得新的凝固组织，开发新材料（2）制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料（3）简化制备工序，实现近终形成形。

线材、带材、块体材料快速凝固成型技术

线材快速凝固成形：玻璃包覆熔融纺线法、合金溶液注入快冷法、旋转水纺线法、传送带法；带材快速凝固成形：单辊法、双辊法、溢流法、甩出法；

体材料快速凝固成形：喷射沉积技术、大块非晶合金（高压压铸法，水淬法，铜模铸造法，电弧熔炼法，定向区域法，吸铸法等）。

三，定向凝固

定向凝固的概念、特征、分类

定向凝固是指在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固金属熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，最终得到具有特定取向柱状晶或单晶的技术。

特征：在定向凝固过程，随着凝固速度的增加，固液界面的形态由低速生长的平面晶——胞晶——枝晶——细胞晶——高速生长的平面晶变化；无沦是哪种固液界面形态，保持固液界面的稳定性对材料的制备和材料的力学性能非常重要；低速生长的平面晶固液界面稳定性可以用成分过冷理论来判定，高速生长的平面晶固液界面稳定性可以用绝对稳定性理论来判定；关于胞晶、枝晶、细胞晶固液界面稳定性问题，尚没有相关的判定理论体系。

实现定向凝固的基本条件

只沿特定的凝固方向存在温度梯度；固液界面前沿存在大小合适的成分过冷区；垂直于凝固方向的固液界面为平面或凸面。

定向凝固工艺

定向凝固方法有：（1）发热剂法（2）功率降低法（3）高速凝固法（4）液态金属冷却法（5）流态床冷却法（6）区域熔化液态金属冷却法（7）连续定向凝固

连续定向凝固工艺：原理，概念；特点，方式

原理：在连续定向凝固过程中对铸型进行加热，使它的温度高于被铸金属的凝固温度，并通过在铸型出口附近的强制冷却，或同时对铸型进行分区加热与控制，在凝固金属和未凝固溶体中建立起沿拉坯方向的温度梯度，从而使熔体形核后沿着与热流（拉坯方向）相反的方向，按单一的结晶取向进行凝固，获得连续定向结晶组织（连续柱状晶组织）甚至单晶组织。

概念:连续定向凝固技术是定向凝固技术和连铸技术相结合而发展起来的一种新型材料制备技术。特点：（1）可以得到完全单方向凝固的无限长柱状组织（2）是一种近终形连铸生产技术（3）凝固过程中固液界面始终凸向液相，有利于析出的气体及夹杂入液相（4）铸锭中缺陷少，组织致密，消除了横向晶界。

方式：保证形成沿着铸坯方向一维的或者基本一维的稳定一温度梯度，即在拉坯过程中，铸坏与熔体之间的固液分界面不能伸人到结晶器内，至少不能伸入过多，只有这样才能保证不在结晶器内壁产生形核而破坏晶体的单向生长；保证在拉坯过程中不会出现金属液拉漏或者铸坯拉断现象，这样才能获得连续长度的铸坏。

特种定向凝固

超高温度梯度定向凝固；侧向约束下的定向凝固；对流下的定向凝固；二维定向凝固。四，金属半固态加工

半固态加工的概念、优点及工艺

在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀的悬浮着一定球状初生固相的固液混合浆料（固相组分一般50%），即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称为半固态金属的流变成形。如果将流变浆料凝固成锭，按需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热至金属的半固态温度区，这时的金属锭一般称为半固态金属坯料。利用金属的半固态坯料进行成形加工，这种方法称为触变成形。

优点：黏度比液态金属高，容易控制；模具夹带的气体少，减少氧化、改善加工性，减少模具粘接，可进行更高速的部件成形，改善表面光洁度，易实现自动化和形成新加共工工艺；流动应力比固态金属低:半固态浆料具有流变性和触变性，变形抗力非常小，可以更高的速度成形部件，而且可进行复杂件成形，缩短加丁凋期，提高材料利用率，有利于节能节材，并可进行连续形状的高速成形（如挤压)，加工成本低；应用范围广；凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工。可适用于多种加工工艺，如铸造、轧制、挤压和锻压等，并可进行材料的复合及成形。

基本工艺分为触变成型及流变成形两种（见后）。

金属高温三态成形方法的关系（P96图4-1）半固态金属的金属学和力学特点（p97）

特点：（1）溶质元素的局部浓度不断变化（2）宏观变形抗力很低（3）随着固相分数的降低，呈现黏性流体特征，在微小外力作用下即可很容易变形流动（4）当固相在极限值（75%）一下时，浆料可以进行搅拌，并容易混入各种异种材料的粉末、纤维等（5）固相粒子间无结合力，容易分离，由于液相成分存在又容易将分离部位连接形成一体化，特别液相成分很活跃，不仅半固态金属间的结合，而且与一般固态金属材料也容易形成很好的结合（6）可加工含有陶瓷颗粒、纤维等难加工材料（7）当施加外力时，液相和固相成分存在分别流动的情况（8）上述现象在固相分数很高或很低或加工速度特别高的情况下都很难发生。

半固态加工的研究及发展(p101)金属的半固态凝固组织及其影响因素

液态金属在凝固过程中搅拌且激冷，其结晶造成固体颗粒的初始形貌呈树枝状，然后在剪切力作用下，枝晶会破碎，形成小的球形晶。影响因素：浆料的温度、固相分数、剪切速率。

半固态金属的力学行为

半固态金属的力学行为具有触变性，成形过程中具有明显的超塑性效应和充填性能，变形抗力小，可在较高的速度下变形

金属半固态浆料的制备方法及原理、特点和主要影响因素

（1）电磁搅拌法，搅拌式功率时间冷却速度金属液温度浇注速度等2）机械搅拌法，控制搅拌时的温度来控制半固态金属的初生固相分数，通过改变也便或搅拌棒的转速来控制剪切速率。（3）应变诱导熔化激活

法（4）液态异步轧挤法（5）超声振动法（6）粉末冶金法（7）倾斜冷却板制备法（8）低过热度铸造法制备半固态金属浆料或坯料

半固态金属的触变成型及流变成形

触变成形。特点：（1）溶质元素的局部浓度不断变化（2）宏观变形抗力很低（3）随着固相分数的降低，呈现黏性流体特征，在微小外力作用下即可很容易变形流动（4）当固相在极限值（75%）一下时，浆料可以进行搅拌，并容易混入各种异种材料的粉末、纤维等（5）固相粒子间无结合力，容易分离，由于液相成分存在又容易将分离部位连接形成一体化，特别液相成分很活跃，不仅半固态金属间的结合，而且与一般固态金属材料也容易形成很好的结合（6）可加工含有陶瓷颗粒、纤维等难加工材料（7）当施加外力时，液相和固相成分存在分别流动的情况（8）上述现象在固相分数很高或很低或加工速度特别高的情况下都很难发生。独特优点：（1）黏度比液态金属高，容易控制（2）流动应力比固态金属低（3）应用范围广。金属半固态制备方法：（1）电磁搅拌法（2）机械搅拌法（3）应变诱导熔化激活法（4）液态异步轧挤法（5）超声振动法（6）粉末冶金法（7）倾斜冷却板制备法（8）低过热度铸造法制备半固态金属浆料或坯料五，连续铸轧

连续铸轧的概念及特点、应用

连续铸轧：直接将金属熔体“轧制”成半成品带坯或成品带材的工艺称为连续铸轧。结晶器为两个带水冷系统的旋转铸轧辊，熔体于很短的时间内（2~3S）在其辊缝间完成凝固和热轧两个过程。

连续铸轧工艺的基本原理：基本条件；热平衡条件

铸轧基本条件：（1）浇铸系统预热温度（2）金属液面高度。热平衡条件：（1）铸轧温度（2）铸轧速度（3）冷却强度

几种典型的连续铸轧生产工艺

适用材料种类：铝板连续铸轧、薄板坯液芯压下、双辊薄带钢铸轧。

影响铸轧过程稳定性的主要因素

双辊薄带钢铸轧影响因素：（1）钢水流动的影响（2）凝固行为的影响（3）铸轧速度的影响（4）侧封的影响（5）铸轧力和辊缝控制问题；铸轧产品缺陷：（1）条痕（2）孔洞（3）横波（4）白条（5）黑皮（6）板面不平（7）边部不齐。

连续铸轧产品的质量及控制

连续铸轧过程中的数学模型及模拟技术

六，连续挤压与连续铸挤

连续挤压的原理、实现条件

实现连续挤压满足两个基个条件：(1)不需借助挤压轴和挤压垫片的直接作用，即可对坯料施加足够的力以实现挤压变形；(2)挤压简应具有无限连续工作长度，以便使用无限长的坯料

连续挤压的特点（优点缺点）

优点：（1）利用挤压型腔与坯料之间的摩擦，挤压变形能耗大大降低；（2）可以省略常规热挤压中坯料的加热工序；（3）可以实现真正意义上的无间断连续生产，获得长度达到数千乃至数万米的成卷制品；（4）具有广泛的使用范围；（5）设备紧凑，占地面积小，设备造价及基建费用较低。缺点：（1）对坯料预处理要求高；（2）主要适用于生产小断面型材，生产大断面型材时效率低；（3）由于坯料的预处理效果、难以获得大挤压比等原因，该法生产的空心制品在焊缝质量、耐高压性能等方面不如常规挤压-拉拔生产的制品好；（4）对工模具材料的耐磨耐热性能要求

高；（5）工模具更换比常规挤压困难；（6）对设备液压系统、控制系统要求高。

连续挤压的应用

连续挤压工艺及设备连续铸挤原理、优点

连续铸挤：坯料以熔融金属的形式通过电磁泵或重力浇铸连续供给，由水冷式槽轮与槽封块构成的环型型腔同时起到结晶器和挤压筒的作用。优点：金属处于液态与半固态或接近熔点的高温状态，能耗低（2）凝固开始到结束始终处于变形状态，有利于细化晶粒，减少偏析、气孔等缺陷（3）直接液态金属成形，省略坯料预处理工序，工艺流程简单，设备结构紧凑。七，复合铸造

复合铸造的概念和特点

复合铸造：是指将两种或两种以上具有不同性能的金属材料铸造成为一个完整的铸件，使铸件的不同部位具有不向的性能，以满足使用的要求。常见的复合铸造工艺有镶铸工艺、重力复合铸造、离心复台铸造。

复合铸造铸件的质量除取决于铸造合金本身的性能外，更主要地取决于两种合金材料界面结合的质量。在双金属复合铸造过程中，两种金属中的主要元素在一定温度场内可以相互扩散、相互熔融形成一层成分组织介于两种金属之间的过渡台金层，一般厚度为40～60 μm。控制各个工艺因素以获得理想的过程层得成分、组织、性能和厚度，时制造优质复合铸造铸件的技术关键。

传统的复合铸造工艺及新技术和新工艺

双金属包覆铸造的方法有哪些？途径方法的共同关键技术是什么？

（1）水平磁场制动复合连铸法：水平磁场的作用强度；两种金属的浇铸速度（2）包覆层连续铸造法：温度的正确设定、匹配与控制；辊芯防氧化（3）电渣包覆铸造法

（4）反向凝固连铸复合法：侧封技术；凝固控制技术；母带预处理技术（5）复合线材铸拉法：钢丝表面预处理；铸拉工艺控制（6）双流连铸梯度复合法（7）双结晶器连铸法（8）充芯连铸法

复合铸件质量控制关键技术

技术关键：控制各工艺因素以获得理想的过渡层的成分、组织、性能和厚度八，塑形加工复合

复合材料的概念及其分类

复合材料：采用物理或化学的方法，使两种以上的材料在相变与性能相互独立的形式下共存与一体之中，以达到提高材料的某些性能，或获得新的性能（或功能）的目的。按界面结合状态，层状复合材料可以分为机械结合法：镶套（热装和冷压入）、液压扩管、冷拉拔；冶金结合法：爆炸成形、扩散热处理、轧制、挤压、粉末塑性加工、摩擦焊接、复合铸造。

金属复合材料制备与加工方法

颗粒强化金属基复合材料：粉末冶金法、铸造法、喷射共沉积法、预制件渗浸法。晶须强化金属基复合材料：粉末额近发、铸造法、预制件渗浸法等。纤维强化金属基复合材料：粉末冶金法、扩散结合法、预制件渗浸法、两相合金复合法等

金属层状复合材料的制备与加工方法层状复合材料和梯度复合材料的区别

层状复合材料层与层之间材料成分决然不同，梯度复合材料中组元的含量沿着某一方向产生连续或非连续的变化以实现材料性能的梯队化。

轧制复合、挤压复合、拉拔复合

九，金属等温成形

等温成形的特点及使用范围、和超塑形的区别

等温成形方法是通过模具和坯料在变形过程中保持同一温度来实现的，从而避免了坯料在变形过程中温度降低和表面激冷的问题。特点：（1）降低材料的变形抗力；（2）提高材料的塑性流动能力；（3）成形件尺寸精度高、表面质量好、组织均匀、性能优良；（4）模具使用寿命长；（5）材料利用率高适用范围：（1）低塑性材料的成形（2）优质或贵重材料的成形（3）形状复杂的高精度零件的成形（4）采用低压力成形大型结构零件（5）研究材料的塑性变形规律

与超塑性成形的区别：典型的微细晶粒超塑性的实现有赖于晶粒细化、适当的变形温度和低应变速率三个基本条件，其中材料的初始内部组织是诱发超塑性，并使之成为持续进行的主要条件之一。超塑性状态一般只能在一个很窄的温度、速度范围内实现。而等温成形的概念比超塑性成形要广泛的多，等温成形可以在很宽的温度、速度范围内以及坯料的任意原始组织条件下进行。但等温成形在降低板材的变形抗力、提高材料塑性的效果方面不如超塑性成形那样显著。等温成形方法是通过模具和坯料在变形过程中保持同一温度来实现的，从而避免了坯料在变形过程中温度降低和表面激冷的问题。

等温成形的发展概况材料的等温成形性等温成形时的润滑

润滑剂应满足：1具有良好的成膜性、保证产品易于出模2防止坯料氧化3具有良好的绝热性能4不予模具和坯料发生化学反应5易于涂敷和除去6便于贮存及性能稳定7价格低廉、货源广。常用润滑剂：石墨二硫化钼、聚四氟乙烯、氮化硼、氧化铅以及玻璃等

等温成形用模具材料、设备等温成形工艺的展望

十，先进连接技术

激光焊、电子焊、搅拌摩擦焊的原理、特点激光焊是利用激光束作为热源，将被焊接材料熔合而实现连接的一种焊接方法。最大特点是存在小孔效应。特点：1)能力密度高2）焊接速度快3）焊接金属冷速容易得到细晶组织4）焊接热影响范围小5）可以焊接一般焊接方法难焊接的材料6）可以进行“小孔焊”，实现单面焊双面成形。

电子焊是利用聚焦后的电子束流加热、熔合被焊金属（母材）而实现连接的一种焊接方法。特点：1)穿透力强，焊缝深宽比大2）焊接速度快3）焊缝性能号4）焊接变形小5）真空条件下焊接对焊缝有很好的保护作用

搅拌摩擦焊是利用一种非耗损的搅拌头在待焊界面搅拌摩擦而实现连接的，高速旋转的搅拌头和封肩与金属的摩擦生热使金属处于塑性状态，在搅拌头作用下被封肩封闭的塑性金属一方面上下循环流动，另一方面随着搅拌头向前移动，不断向搅拌头后方流动填充搅拌头移出的空间形成致密的焊缝。特点：1）可实现板材对接，突破传统摩擦焊的局限性2）焊接接头缺陷少3）焊接热影响区组织变化小4）焊接残余应力和变形小5）便于机械化自动化6）低成本7）安全。

激光焊和电子焊统称为高能束焊，试比较这两种方法在工艺上的应用激光焊、电子束焊特点：（1）能量密度高（2）焊接速度快（3）焊接金属冷速快容易得到细晶组织（4）焊接热影响范围小，残余应力和变形小。

激光焊、电子束焊应用：一般金属材料的激光焊与电子束焊都有良好的抗热裂和冷裂能力，焊接性较普通电弧焊时焊接性好。激光焊拼焊的冲压成型板了毛坯可大幅度降低成本，提高质量，激光焊接的组合齿轮具有变形小，精度高，接头剪切强度大，生产效率高等特点，焊后可直接装配使用。电子束焊穿透能力强，焊缝深宽比大，因此在大厚件焊接方面电子束焊接具有不可替代的地位，涉及的材料主要有钛合金、高强钢、高温合金、不锈钢、复合材料等。电子束焊还能应用于金属间化合物的连接。

十一，粉末冶金新技术新工艺

粉末冶金是用金属粉末或用非金属粉末（或金属粉末和非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金工艺的第一步是知趣原料粉末，第二步时将原料粉末通过成形、烧结以及烧结后处理值得成品。

（1）可以直接制备具有最终形状和尺寸的零件，是一种无切削，少切削的新工艺，有效降低生产的资源和能源消耗（2）可以实现多种类型的复合，充分发挥各组员材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷基复合材料的工艺技术（3）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品。（4）可以最大限度的减少合金成分的偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。（5）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和过饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料（6）可以充分利用废旧原料，是一种有效的材料再生和综合利用新技术工艺：雾化制粉技术（二流雾化、离心雾化），机械合金化制粉技术，超微粉末制粉技术，粉末注射成型技术，温压成型技术，热压成型技术，等静压成型技术，场活化烧结技术。

6.农产品加工机械与设备课程论文篇六

摘要：净菜作为一种新兴的食品工业产品，利用其采后处理技术和采后生理研究技术，包括预冷、分选、清洗、冷杀菌、漂洗、去皮、切分、保色护鲜、脱水、包装、入库几个部分，从而得到可食率接近100%，达到可直接烹食或生食的卫生要求，方便消费者购买和食用，满足消费者对蔬菜的新鲜、安全、营养和卫生的需求。

关键词：采后处理卫生要求方便安全营养

前言

随着人们生活水平的提高，人们对食品安全问题日益关注。传统的蔬菜从采摘到销售几乎不做任何形式的处理，很粗放，损失率极大。再加之，随着农药等杀虫剂的广泛使用，人们的健康正经历着严重的威胁。正是在这种条件下，新兴了净菜加工产业。

净菜加工就是利用采后处理技术和采后生理研究技术，最大程度的保持蔬菜的新鲜度和营养价值和外观品质，使消费者买到新鲜、卫生、营养、安全、价值高的蔬菜，从而满足人们对蔬菜的需求。

一、净菜的概念及其特点

所谓净菜是指经过挑选、修整、清洗、切分和包装等处理的生鲜蔬菜，可食率接近100%，可达到直接烹食或生食的卫生要求。净菜被人们称为“新世纪革命的新生食品”，是洁净新鲜蔬菜的简称，国际上一般称作最少加工蔬菜，又称为半加工蔬菜、调理蔬菜、轻度加工蔬菜。与传统的蔬菜加工如罐藏、速冻干制腌制等相比，净菜加工不对蔬菜产品进行强烈的热处理，经处理后的蔬菜仍为活体，仍能进行呼吸作用。正因为如此，净菜具有新鲜方便营养安全卫生可食率高的特点，所以净菜加工在国内外蔬菜加工行业发展得很迅速，人们对净菜的需求量增加很快，现如今高品质的净菜应经成为发达国家蔬菜消费的主流。然而，由于蔬菜的种类繁多，再加上蔬菜生产环境的污染及生产过程中过量地施用化学肥料和化学农药，造成农药等有害物质在蔬菜上的残留超标，以及蔬菜的采收运输贮藏加工等过程造成各种成分发生改变，这样就影响了蔬菜的品质和营养价值，所以对净菜加工的蔬菜品种具有特殊的要求。

二、净菜加工品种要求

因为净菜加工给蔬菜带来了一系列的变化，如生理成分及微生物的变化，特别是切分直接给微生物提供了更多入侵的机会，同时增加了与空气接触的面积，导致净菜产品色泽脆瘦等理化性质的劣变，极不利于净菜品质的保持。这些问题一方面可通过净菜加工过程的护色保脆技术解决，另一方面就是通过净菜加工品种的筛选，选择适宜加工的净菜专用品种，这就是首先要提出对蔬菜加工品种的要求选择不易褐变脆变且耐贮藏的品种，以保证净菜产品的品质。无公害蔬菜是净菜加工的原料蔬菜，无公害蔬菜是指没有受到有害物质污染的蔬菜。当前无公害蔬菜的标准主要是指蔬菜产品要达到三个不超标，一是农药残留量不超标；二是指硝酸盐含量不超标；三是“三废”等有害物质不超标。净菜加工对原料品种的要求除了无公害蔬菜以外，还应具有容易清洗及修整，干物质含量较高，水分含量较低，加工时汁液不易外流，酚类物质含量较低，去皮切分后不易发生酚促褐变；耐贮运等。并不是所有的蔬菜种类和品质都适合于净菜加工生产，只是满足上述要求的蔬菜品种，才能加工出优质的净菜产品。目前工业化生产的净菜品种有黄瓜、西红柿、豆角、荷兰豆、苦瓜、丝瓜、洋葱、菜花、辣椒、茄子、甘蓝、生菜、韭菜、芹菜、胡萝卜、土豆、莲藕、莴笋、香菇等。

三、净菜加工基本原理及工艺

了解了净菜加工技术对蔬菜的品种要求，我们就必须了解净菜加工的基本原理，是指通过化学、物理及生物的方法对加工的蔬菜进行保鲜、护色处理，就是通过保鲜护色等工艺技术防止净菜褐变，变质，使得加工品在保质期内新鲜，各项理化指标及微生物达到净菜标准要求。

净菜加工工艺贯穿于原料的采集运输加工贮藏和销售等各个环节，严格的说净菜加工主要包括合理采收、清洗、杀菌、去皮、切分、保鲜护色、脱水、包装、贮藏等技术。其工艺流程可表示为：

原料采收→预冷→分选→清洗→冷杀菌→漂洗→去皮→切分→护色保鲜→脱水→包转→入库

四、净菜工艺流程及加工设备

根据工艺流程图，我们对每一个环节作简短的介绍。1.净菜的原料

首先必须是无公害的蔬菜，此外还应达到以下要求：容易清洗及修整，干物质的含量较高，水分含量较低，加工时汁液不易外流，酚类物质含量较低，去皮切分后不易发生酶促褐变，耐贮运。2.净菜的预冷

预冷是对采购来的蔬菜原料进行冷却，以消除蔬菜的田间热，延缓蔬菜的生理变化。预冷设备一般有冷库、真空预冷设备、冷水冷却机等几种。一次进库数量比较大，且短时间不作处理的大部分蔬菜可直接进入冷库进行冷却，冷却的温度应控制在5℃左右。净菜原料需要贮藏的可采用真空预冷，此法预冷的速度快。进来的原料如果立即进行净菜加工，可选用冷水冷却机。3．分选

净菜加工原料需要通过分级处理，分级的目的是为了适应机械化操作工序，使后工序中的产品形状及品质基本相同。净菜加工的分级可采用人工分级，但是人工分级不适应大规模的生产需要，对于工业化大生产还是应该通过机械进行分级处理。

a．滚筒式分级机

物料在滚筒内滚转和移动，并在此过程中分级。滚筒式分级机，主要部件为一个厚度为1.5～2.0mm的不锈钢板冲孔后卷成圆柱形筒状筛，筒筛之间用角钢连接作为加强圈，滚筒用托轮支撑在机架上，机架用角钢焊接而成。出料口设在滚筒的下面，出料口的数目与分级的数目相同。滚筒上有许多小孔，每组小孔孔径不同。从物料进口至出口，后组比前组的孔径大，进口一端的孔径最小，出口一端的孔径最大，每一级均有一个出料口，原料从进料口进入到每一级的出料口出来，通过该分级机达到了分级的目的。例如对豆类农产品的分级就可用此设备，如图所示：

多级滚筒式分级机

b.输送带式分级机

输送带式分级机由两条输送带组成，两带成V形，原料通过输送带从窄的入口进入，延至出口末端两条带之间距离逐渐增大，所以小的原料在进口端的两条输送带间落下，而较大的原料则在离入口较远的出口处落下，从而达到了分级的目的。这种分级机分级的速度快，原料受到的损伤小，广泛用在蔬菜加工的分级工序中。如图所示：

输送带式分级机 4.清洗

净菜加工的原料在去皮、切分前必须进行清洗，洗去原料上的尘埃、沙土、微生物及其它的污染物。且清洗干净是延长净菜保存时间的重要处理过程。蔬菜上的细菌数量越少，净菜的保存时间就越长。清洗干净不仅可以减少净菜上的病原菌数，还可以洗去附着在净菜表面的细胞液减少变色。常用的净菜加工清洗设备有气泡式清洗机、滚筒式清洗机、毛刷式清洗机等。

a.气泡式清洗机.气泡式清洗机是把空气送进洗槽中，使清洗原料的水产生剧烈的翻动，物料就在空气的剧烈搅拌下进行清洗。利用空气进行搅拌，既可加速污物从原料上洗去，又能使原料在强烈的翻动下不破坏其完整性，适合于蔬菜原料的清洗。气泡式清洗机如图所示：

b.滚筒式清洗机

滚筒式清洗机主要由传动装置、滚筒、水槽等组成。该设备具有结构简单、上产效率高、清洗能力强，对原料损伤小等特点，使用较为广泛。通过滚筒的不断旋转，使原料在滚筒内不断翻动。

c.毛刷式清洗机

毛刷式清洗机主要由可转动的毛刷、传送带、喷水管、进料斗、排水口等组成，通过电动机传动毛刷旋转，原料在装满水的槽中受到毛刷的洗刷，再由下面的输送带将其传送出去。清洗机槽内有喷水管，可喷射洗涤，该设备适合于耐磨擦蔬菜的清洗。5.杀菌及去除农药残留蔬菜杀菌是杀灭蔬菜表面的细菌、霉菌等微生物，清洗蔬菜表面农药残存。为了适应该工艺的多功能要求，一般不宜采用高温杀菌。净菜杀菌设备可采用多功能杀菌机，所谓多功能，是在同一设备中增加多种杀菌方法。下面主要介绍两种常用的杀菌设备。

a.臭氧杀菌设备.臭氧杀菌技术是现代食品工业采用的冷杀菌技术之一，利用臭氧水杀菌代替传统的消毒剂在食品工业中更显示出巨大的优越性，该技术具有杀菌谱广、操作简单、无任何残留及瞬时灭菌等特点，而且应用后剩余的是氧气，不存在二次污染，完全避免了化学消毒剂给环境带来的危害，是一种理想的杀菌新方法。

b.二氧化氯浸泡杀菌槽.将通过臭氧杀菌的净菜原料放入二氧化氯浸泡池中进行浸泡处理，在此过程中可以进行杀菌，同时可以去除部分残留的农药。6.漂洗

漂洗是将杀菌时在蔬菜表面含有的各类化学成分通过净水漂洗干净。漂洗机设备结构比较简单，它是将物料浸在漂洗液中，通过传送网带将物料自动通过，同时漂洗液还可以循环利用。可以用加入一定浓度无残留的抑菌剂的饮用水漂洗浸泡蔬菜，禁用污水等漂洗浸泡蔬菜。

7.去皮

干法去皮机

此去皮机适用于马铃薯、红薯、皮牙子等的去皮。该去皮机只产生含有皮渣的半固体废料。物料从进口进入去皮装置，由于物料本身的重力作用而向下移动，在移动的过程中由于旋转盘的揩擦动作而把皮除掉。去皮后的物料从出口处卸出，皮渣则从装置中落下汇集于渣盘中。8.切分

按照不同的加工原料，采用蔬菜切片、切丝、切丁机进行切分处理，蔬菜切分机要做好消毒工作，此工艺中最易二次染菌。9.护色保鲜

通过在净菜中使用护色剂来抑制净菜的褐变及延长其保鲜期。10.脱水

脱水是将通过前面一系列工艺后的蔬菜表面水分除去，以防止微生物繁殖。11.包装

净菜包装目前有多种形式，根据蔬菜的品种及货架期的要求可分为：托盘包装、聚乙烯、聚氯乙烯真空货包装、充气包装。托盘包装的成本低，适合于多种蔬菜，但是货架期比较短；充气包装的成本介于托盘包装和真空包装之间，货架期比较长，一般用于根茎类蔬菜；充气包装货架期长，适用于附加值比较高的蔬菜。真空包装能够使净菜产品的保鲜期达5—15天，且包装成本也比较适中。下面主要对真空包装和充气包装进行介绍，真空包装广泛应用于食品保藏中，真空包装的作用主要有三方面：①抑制微生物生长，防止二次污染。②减缓脂肪氧化速度。③使食品整洁，提高竞争力。真空包装有三种形式，第一种是将整理好的食品放进包装袋内挤掉空气，然后真空包装，接着吹热风，使受热材料收缩，紧贴于食品表面；第二种方法是热成型滚动包装；第三种方法为真空紧缩包装。充气包装也称填气包装，是在包装容器中放入食品，抽掉空气，用选择好的气体代替包装内的气体环境，以抑制微生物的生长，从而延长食品货架期。气调包装常用的气体有三种：

①CO2抑制细菌和真菌的生长，也能抑制酶的活性。②氧气作用是维持蔬菜基本的呼吸，并能抑制厌氧细菌的繁殖增长。③氮气是一种惰性填充气体，能防止氧化酸败、霉菌的生长和寄生虫害。

6．净菜加工的意义及发展趋势

净菜上市涉及蔬菜生产，流通和消费诸领域，关系到人们的健康、安全和环境保护等各个方面，适应了社会需要，有经济实惠，受到广大消费者的欢迎，净菜加工具有重要的现实意义。然而我国的净菜加工业还存在很多的问题，概括起来有：⑴适宜于净菜加工的蔬菜品种较少。不是所有的蔬菜都适宜于加工净菜，比如耐贮藏、易清洗、不易褐变、等的蔬菜品种，可作为其加工的专用品种。⑵净菜整体加工技术水平与发达国家相比有较大的差距，例如机械化、自动化程度不高、制约着我国净菜加工业的发展。⑶净菜的贮运和销售等流通渠道不畅，包括没有形成真正实际上的“冷链”，加上销售网点较少，主要在全国大中城市大型超市流通，进入快餐业及出口的渠道较少。⑷净菜的市场价格还不能被广大市民接受。目前我国净菜价格偏高，超出普通百姓的承受能力，还没有被广泛接受。随着科技和社会的发展，我国蔬菜产业在我国农业发展中具有独特的地位和优势，蔬菜是种植业中最具活力的经济作物。我国是世界蔬菜生产大国，产量占世界蔬菜总产量的50%左右，蔬菜成为我国种植业中仅次于粮食的第二大产业，出口贸易量和贸易额逐年上涨。我国的蔬菜产业发展经历了四个阶段：

第一阶段 1949-1958年恢复发展阶段，蔬菜生产主要集中在城郊，分散经营，品种较少，产量低，供应不均衡。

第二阶段 1959-1981年徘徊发展阶段，蔬菜生产实行高度集中的统购统销体制，蔬菜生产长期徘徊，市场供应奇缺。

第三阶段 1982-1997年快速发展阶段，也是蔬菜产业体系发育阶段。

第四阶段从1998年开始，蔬菜产业进入优化升级阶段，蔬菜产业从粗放的数量规模性逐步向质量效益型转化，蔬菜消费从数量消费转化为质量消费。目前我国蔬菜加工只占总产量的25%左右，蔬菜深加工量还不足全国蔬菜总量的 10%，远远低于发达国家90%的加工率水平。我国的蔬菜加工业已形成一定规模的有蔬菜罐头、速冻蔬菜、蔬菜汁、脱水蔬菜、腌制蔬菜等。由于果蔬产品含水量高，容易腐烂，现阶段我国新鲜蔬菜损耗率达到20%-30%，而发达国家损耗率则不到7%。目前我国蔬菜产品总量已居世界第一，但传统的果蔬加工方法已难以满足市场的多样化要求。近年来蔬菜的加工呈现出一些新趋势，除了传统的蔬菜加工方法如罐藏、腌制、干制、冷冻、外，主要包括蔬菜中功能成分的提取，净菜加工，冻干蔬菜加工，蔬菜汁加工，以及蔬菜粉加工等几个方面。

净菜作为一种新兴的食品工业产品，其市场规模很大，市场前景也很光明。目前，我国净菜加工的发展趋势有以下六个方面：① 以“洁净”为主，向着“方便，卫生”方向发展并最终取代原料菜或散装菜。随着人们生活水平的提高，城市节奏的加快，洁净、方便是城市消费的主旋律，为此净菜加工向着更洁净、更方便、更安全卫生方向发展而最终取代原料菜或散装菜。②集中生产，分散供应。用我国蔬菜生产优势，大量净菜在无公害蔬菜生产基地集中生产并加工，通过冷链配送分别供应给超市、学校、部队以及快餐店、家庭等消费或者出口国外，形成净菜集中产业化生产，分散供应的新模式。③产、加、销一条龙产业化运作。菜加工要求蔬菜生产、加工、保鲜、运输、和销售各个环节的密切配合和协作，形成规范标准的净菜生产、加工、运输、销售体系，实现净菜产、加、销一条龙产业化运作，以加工业为龙头带动种植发展。④全新、高效的流通体系及国际化合作加强。净菜产品突破了多数发达国家对蔬菜的限制进口，可直接外销，出口成为净菜产品新的流通途径。精彩超市、餐饮业等都是净菜主要的流通场所，其他国家如日本、美国已相继把蔬菜（包括净菜）转移到我国，抢占中国市场，这说明净菜加工的国际化通道已打开，国际化合作得到加强。⑤高、新技术及先进的质量控制体系普遍应用于净菜加工。机械化智能化系统、冷链系统、双倍清洗系统、生物酶法防褐变、护色保脆、真空包装、气调包装、充气包装、微冻保鲜、栅栏、微波、辐照等先进加工技术及良好的生产规范（GMP）、危害分析及关键控制点（HACCP）控制体系、ISO 9000族质量保证控制体系、不合格控制体系（CAS）、绿色安全控制体系（ＧＳＰ）等先进质量管理、控制技术在净菜生产中得到广泛的应用。⑥包装新材料的应用.功能性薄膜（乙烯吸附薄膜、防结露薄膜、天然抗菌纳米薄膜等），天然保鲜材质、可降解包装、可回收再生包装、可周转包装等在净菜加工包装上的使用，一方面延长了净菜产品的保质期，另一方面有利于环境保护。

总结

净菜加工利用采后处理技术和采后生理研究技术，最大程度地保持蔬菜新鲜度和营养价值和外观品质。净菜加工不仅充分满足了城市居民对蔬菜的需求，同时又提高了蔬菜的附加值，增加了农民的收入，减少了饮食业废弃物的排出。随着我国餐饮服务业的蓬勃发展，我国的净菜加工面临着新的机遇和挑战，一方面有利于引进国外优良的蔬菜品种，促进我国蔬菜加工产品品种结构的调整与优化，另一方面也有利于引进国外先进生产设备、加工技术、管理技术。在我国国内蔬菜有着良好的市场，希望政府建立、完善良好的规范的市场体制，保护消费者和市场经营者的权利。相信净菜加工的未来市场潜力巨大，在政府新政策的引导下，会有更良好的发展前景。

参考文献：

[1] 陈功《菜加工技术》北京：中国轻工业出版社 2005-2 [2] 张德权艾启俊《蔬菜深加工新技术》北京：化学工业出版社 2002-12 [3] 刘章武《果蔬资源开发与利用》北京：化学工业出版社 2007-7 [4] 沈再春 1993-10

7.纳米材料与精密加工课程论文篇七

天津大学机械学院机械制造及其自动化专业2013级硕士生

摘要：本文结合纳米技术课程所学相关知识，对纳米生物机器人与药物靶向递送技术进行概述。首先从该项技术的产生背景着眼，介绍国内外对于纳米机器人的研究现状，并引出用于医学的药物靶向递送机器人，论述其应用前景和实用优势；其次，着重介绍该技术的实现机理以及应用进展，并总结目前该技术中存在主要难题和研究方向；最后，展望微纳米生物机器人在生物医学特别是药物靶向递送领域的未来前景及巨大的发展潜力。关键词：纳米机器人药物靶向递送技术

0 前言

纳米机器人通常是指按照分子水平生物学原理设计制造的可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”，也称分子机器人，属于分子仿生学的范畴；某些情况下，能进行纳米尺度微加工或操作的自动化装置也被称之为纳米机器人。

当前生物纳米机器人研究工作已从第一代生物机械简单结合系统（例如用碳纳米管作结构件，分子马达作为动力组件，DNA关节作为连接件等）发展到第二代由原子或分子装配的具有特定功能的分子器件（例如直接用原子、DNA片断或者蛋白质分子装配成生物纳米机器人），未来还将向第三代包含纳米计算机在内的进行人机对话的操控性纳米机器人发展。第三代生物纳米机器人目前还处于设想阶段。[1]

纳米医疗机器人是可以在细胞内或血液中对纳米空间进行操作的“功能分子器件”,在生物医学工程中可充当微型医生,解决传统医生难以解决的问题。国内外研究现状

目前，纳米机器人尚在研究开发阶段，但其潜在应用十分广泛，主要体现在医疗和军事上，其中，纳米机器人在医疗上的潜在应用价值尤其被国内外研究人员重视。在生物医学上，纳米技术具有无限的潜力，纳米机器人的研制成功成为纳米研发领域的骄傲。纳米机器人不但能够修复细胞与基因，还能够清除体内垃圾、养护血管。

2005 年，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的科学家研制出一种微型机器，该微型机器能够凭借自

身生长的肌肉行走。科学家在一个长约200微米的硅制框架上，附上肌肉细胞，这些细胞从鼠的心脏中取出，在机器接近自然状况的培养环境中生长分裂。肌肉从溶液中吸收葡萄糖，进行收缩和舒张，使得附着在肌肉上的这种卫星及其能缓慢前行。这项发明为微型机器人动力研制提供了方法，以后可能用于研制纳米机器人，在医学上可用于来清除血管内的脂肪斑。[2]

2010 年，美国哥伦比亚大学科学家研制出一种由DNA分子构成的“纳米蜘蛛”微型机器人，如图 1，它只有4纳米，可以跟随 DNA 运行轨迹行走、移动，并且具有在二维体表面行走 100 纳米的能力，比以前提高了 30 多倍，如果将其用于医疗事业，可以帮助人类诊疗癌症病患，帮助人类完成外科手术，清理动脉血管垃圾等。[3]

图1 美国研制的“纳米蜘蛛”

加拿大很多医学博士院校也都在这个领域投入大量的资金，如萨斯卡彻温大学工程学院 Chris ZHANG 的研究团队已建立了精确追踪流体介质中的纳米粒子的理论，该理论的建立为追踪人体如血管中的纳米机器人奠定了基础[4]。2007 年 3 月，蒙特利尔理工大学纳米机器人实验室的研究人员在医用机器人领域实现了一个重大技术突破。他们第一次在计算机控制下，成功地引导一个微型装置在活体动脉内以每秒10厘米的速度运动[5]。

2007 年，法国与德国科学家合作首次成功研制出可旋转的“分子轮”，并组装出第一台真正意义上的分子机器——生物纳米机器，其包括2个直径0.7纳米、由三苯甲基分子组成的“车轮”，所有的分子机器的化学结构均被固定在铜基上。该研究成果对于以后制造复杂的纳米机器人有着非比寻常的意义[6]。瑞士苏黎世实验室和巴塞尔大学的科学家也都在研究利用DNA（脱氧核糖核酸）的结构特性为微型机器人提供动力的新方法。利用这一方法，科学家可能制造出不用电池的新一代微型机器人。

国内的重庆某研究院研制的名为“OMOM 胶囊内镜系统”的纳米机器人医生[7]，如图2所示。

图2 OMOM胶囊内镜系统

它可以钻进人的肚子里把人体内的图像传输到电脑屏幕上，该项技术在全球领先地位。据介绍，该纳米机器人医生以纳米技术的微机电系统为核心，内置有摄像与信号传输等智能装置，外包无毒耐酸碱塑料，为一次性使用品。中科院沈阳自动化所成功研制了一台“纳米微操作”的机器人系统样机，即可以在纳米尺度上进行操作，其在移动纳米碳管的操作中，重复定位精度达到30 nm。纳米生物机器人与药物靶向递送技术进行概述

2.1 背景介绍

将纳米生物机器人用于癌症治疗的药物靶向递送技术是纳米机器人学和纳米医学、纳米生物学的有机结合，显示了引人瞩目的应用前景。癌症是严重危害人类健康的常见病、多发病。大多数实体肿瘤外科手术移除后，剩余的癌细胞用放疗、化疗、免疫疗法等进行处理。但是一旦癌细胞转移，化疗就成为主要的手段了。在传统的药物递送系统里，常规化疗药物可以静脉注射，也可以口服。药物从被注射的地方或者经胃肠吸收进入血液循环，运动到心脏再到全身其他区域，对于药物要靶向的小区域来说，这个方法的效率非常低，想达到希望浓度就导致要使用大剂量化疗剂(通常为有毒药物)，化

疗剂在杀伤癌细胞的同时，也产生了全身严重的毒副作用。因此迫切需要研究如何采用最有效的方法和途径使药物进入并作用到身体的希望靶点。药物靶向递送治疗可以有效解决这些问题，它通过将药物尽可能有选择地运送到靶部位，提高靶部位的药物浓度，减少药物对全身正常组织毒副作用，来改善癌症治疗的效果。因此，药物靶向递送有巨大的潜力。

药物靶向递送有多种分类，目前主要采用按靶向作用方式分类：被动靶向，对靶细胞无识别能力，但可经血循环到达它们不能通过的毛细血管床，并在该部位释药；主动靶向，表面经修饰的药物载体可以不被吞噬系统识别，或连接有特定的配体，与靶细胞的受体结合；物理靶向，应用外加温度或磁场等将药物载体控制靶向到特定部位。

被动靶向和主动靶向都是按照药物在体内的沉积来完成的，在靶向精确性、药物浓度方面还存在很多不足。因此，用于把药物定向到靶点物理靶向是一个很有前途的方法。磁性药物靶向治疗是物理靶向药物递送的一种。常用的一种方法是磁性纳米粒子表面涂覆高分子，与药物结合后静脉注射到动物体内，在外加磁场下通过纳米微粒的磁性导航，使其移向病变部位，达到定向治疗的目的。这就是磁性纳米粒子在药物学中应用的基本原理。这里，将磁性纳米粒子看作是纳米机器人，它可以自复制，且被外加磁场所控制，在血管中运动到靶部位并在靶部位聚集以释放药物。

本文介绍了纳米技术结合生物医学的应用，特别是用于癌症治疗的磁性药物靶向递送技术的研究进展。提出用红细胞包覆磁性纳米粒子作为治疗药物载体的假设，这样一群磁性载药红细胞机器人在磁场控制下，完成在血管里的运动并将药物递送到期望靶点(肿瘤等)。2.2 应用机理

携带药物的磁性载体机器人在外磁场作用下，在体内定位移动、聚集，以提高靶部位药物的浓度，降低药物对正常组织的毒性和副作用。磁性药物靶向的原理由两步骤组成：一，递送载药机器人到器官里的靶部位。二，载体机器人在靶部位释放药物。其中递送载药机器人到器官靶部位是更为关键的步骤，实现这一步骤的方法有以下几种。（1）外部磁场作用下的磁性药物靶向系统

单一磁场作用在磁性靶向系统上，最常见的一种是在肿瘤部位加外磁场，磁场装置可以是永磁铁或电磁铁，结构可以采用单极式、双极式。单极式指在肿瘤部位的一侧加磁极；双极式指在肿瘤部位的两侧加磁极，将上下磁极做成不同的形状使其产生不均匀磁场。基于磁性靶向的药物递送对于体内药物定位是很有吸引力的方法，因为磁力可以在相对大的范围内作用，而且磁场不会对绝大多数生物组织产生影响。过去对于递送磁性载体药物到体内特定点的设备和方法依赖于单个磁场源，磁场既要磁化载体又要拉动它们到体内特定点。而且，随着靶向点在体内的深入，场强度很快衰减。因此，考虑外部磁场结合内部植入共同作用成为新的研究课题。（2）外部磁场与内部植入磁体共同作用下的磁性药物靶向系统

虽然身体外部磁场源能非常好地磁化载体颗粒,但是它们仅能提供一个弱的磁场梯度来吸引载体颗粒。而内部磁体植入提供了一个强的磁场梯度来吸引载体颗粒，但是它的场强衰退得非常快，以至于不能磁化大量注入的载体颗粒。因此一个新的方法就是利用两个独立的磁性源来将药物靶向递送到局部区域。分别通过利用微米大小的磁体植入以及结合大范围的外部磁场来分别完成磁化载体和提供磁场梯度。

（3）利用高梯度磁性分离原理指导磁性药物靶向

在磁场区域(血管分叉点)放置一磁性金属丝，来增加局部磁场梯度，当外部磁场作用时，金属丝被赋予磁能，金属丝的曲率越高(比如直径越小)，磁场的梯度越大，因此磁性药物载体颗粒受到的力越大。其目的是考虑用磁场的磁力引导磁性药物载体颗粒通过血液流到靶点，并被磁力驻留在靶点上。该系统由一个铁磁体探针(比如针、导管或者外科植入)、磁场生成器(比如外部永磁铁或电磁场)和磁性药物载体颗粒组成。用这个方法能创建一个有效的磁性药物靶向系统，来治疗人类疾病。

这种利用HGMS原理的新型磁性药物靶向方法，虽然由于要插入探针、注射器或者导管而导致轻微的介入，但是比传统的非介入法(比如单独应用外部磁场)，对于在靶点收集磁性药物载体颗粒更有优势，特别在局部疾病点比如肿瘤及心血管疾病的治疗上。

（4）利用磁流变特性形成栓塞的磁性靶向系统

Folkman[8]的研究表明，肿瘤包含一个复杂的血管网络，当肿瘤达到几个立方毫米大小时，它朝着相邻血管释放出血管生成因子，发生了血管新生。

一旦肿瘤得到新的血液供应，它将继续成长直到扩散到其他器官，因而需提出血管新生抑制物作为新的癌症治疗方式。但癌细胞可能会变异来抵制药物，表现为药物的不可选择性。目前有不少工作已经证明，用磁流变流体和一个应用磁场来阻止血液流动到肿瘤来治疗肿瘤是可行的。

由于磁流变流体的显微结构具有因磁场变化而变化的特性，当磁场存在时，流体从液相转变为固相。与其他固体栓塞形成之后就不再变化不同，磁流变流体的固化仅仅是在磁场下，一旦磁场移走，热能导致固化的颗粒分解，并转变为其原始的液体状。注射磁流变流体到血液里，在肿瘤部位加磁场，使其在磁场作用下固化而堵塞肿瘤血管，使血液不能供给肿瘤，最终导致肿瘤死亡。

2.3 纳米机器人及靶向药物递送的关键技术和主要

难题

将纳米生物机器人用于磁性药物靶向递送可以解决传统医学无法解决的难题，不过国内外磁性药物靶向治疗的整体发展水平仍然处于基础研究阶段。用纳米生物机器人进行靶向药物递送的研究，关键技术和主要难题如下：

（1）磁性载药机器人本身的性质，如粒径大小、磁粒子含量、药物含量、稳定性及释药速率等。要保证在磁场作用下，合适的颗粒粒径能在肿瘤或肿瘤周围的血管系统形成较高浓度。

（2）磁场性质，如磁场强度、磁场梯度、磁场时间和外磁场的类型等。要保证足够大的磁场梯度以吸引磁性载药机器人能到达靶部位。（3）为了理解纳米机器人的原理以及在体内微循环水平上在组织里聚集药物的机制，还需要考虑载药机器人的参数(载药机器人的表面特征、体积、浓度、边界条件、血管脉动、血液流速、药物绑定的可逆性和强度及释放特征)，载药机器人接近器官的方式(注入的时间/路线/期限/率)、磁场的尺寸和强度及磁场应用的持续时间。

（4）肿瘤部位的性质，如血管分布、通透性、肿瘤部位离磁场的距离、肿瘤部位离给药部位的距离等。（5）生物安全问题，可分以下几点：电磁场对人体是否有影响，涉及到电磁场对人体生物效应的问题，关于载体的生物可降解性。药物载体的降解和磁粒子的降解也是非常重要的问题，即药物载体必须采用良好的生物可降解性材料制备，否则会发生阻塞毛细血管的危险。3 纳米机器人与药物靶向递送技术展望

纳米机器人学是独具特色、自成体系的，其建立不仅是因为有迫切的需要，而且也因为有了实现的可能。对于人体疾病的探索，从肉眼观察的器官水平，到光学显微镜观察的细胞水平，再到电子显微镜观察的纳米结构水平的发展过程，每一步前进虽然都带来过一次飞跃，但疾病对人类的威胁依然存在，人们对疾病的征服还远远未能达到理想的水平。

把纳米生物机器人技术的理论与方法引入医学的相关研究领域，将成为纳米科技的重要分支，它是机器人学、动力学、纳米科学、生物学和医学等多学科的交叉产物，虽然在国际上刚崭露头角，而且各项关键技术都处于基础研究阶段，但其发展的巨大潜力己经明示在人们面前。美国、日本、英国等国家纷纷投入大量资金开始这方面的研究。相信在不久的将来，随着各个学科的飞速发展，微纳米生物机器人在药物靶向治疗上的研究将发展到一个新的高度，在临床上得到广泛的应用，在造福人类的领域建功立业。

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