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發布時間：2020-11-06 07:33
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PCD刀具加工有色金屬是大規模工業生產的，不同的鋁合金其加工效果也不盡相同。PCD刀具一般采用鋒利切削刃，在刀具使用初期出現表面質量差的現象，隨著刀具使用時間的增加，其加工質量越來越好，這是由于PCD刀具在切削過程中鋒利刃口的逐漸鈍化所致。在切削加工中，刃口鈍化是影響刀具性能和壽命的重要因素。刀具經刃磨后刃口會存在毛刺和微缺口，這種微缺口會影響刀具壽命和加工工件表面質量。刃口鈍化能有效去除小的毛刺和微缺口，得到光滑均勻的切削刃，從而提高工件表面質量。刃口光滑性的提高能有效預防積屑瘤的產生。鈍化能夠提高和改善刀具的抗拉強度和刃口韌性，增加刀具強度，從而提高刀具壽命，減小因峰刃缺陷而引起的初期不穩定磨損。刀具在涂層之前需經過鈍化處理，提高刀具表面光潔度，從而使涂層牢固。
圖1 刀具鈍化實驗裝置
目前關于鈍化的研究主要針對硬質合金，而對于PCD刀具鈍化的研究較少。本文探索一種PCD刀具的鈍化方法及其對鋁合金加工表面粗糙度的影響。通過國產小型鈍化機對PCD刀片進行鈍化，并研究了鈍化加工參數對鈍化后刃口的影響，為選擇合理的鈍化加工參數提供參考。通過單因素試驗探究了鈍化對表面粗糙度的影響，研究分析了不同切削參數下鈍化刀具對車削1060鋁合金表面粗糙的影響規律。
刃口鈍化試驗研究
如圖1所示，本試驗鈍化設備為2MQ6712D小型可轉位刀片刃口鈍化機，用含金剛石磨料的盤刷對PCD刀具進行鈍化。采用特殊的裝夾方式進行鈍化，可以使鈍化后的刃口成倒圓形。鈍化后的刀片垂直于切削刃磨一個端面，從圖中可以看出鈍化后的刃口呈倒圓形（見圖2）。
圖2 鈍化后切削刃的剖面圖
小型可轉位刀片刃口鈍化機主要利用刀具與磨料刷的相對運動形成磨損，從而達到鈍化的目的。磨料刷對切削刃的磨損形式主要為磨料磨損，去除過程中切削刃的加工質量和加工效率取決于尼龍絲對切削刃的碰撞作用。隨著轉速的提高和磨料顆粒的增大，磨料顆粒的動能增大，碰撞過程越劇烈。但過大的轉速和磨料顆粒在鈍化過程中會導致切削刃崩刃或者崩塊，降低了切削刃的表面質量。通過試驗發現，選擇合適的轉速和磨料顆粒在保證加工效率的同時有利于提高切削刃的鈍化質量。因此本試驗選用絲徑4mm含800目金剛石磨料的磨料刷，轉速800r/min，切削刃和磨料刷接觸長度為2mm，在該條件下能夠得到較好表面質量的切削刃。圖2為切削刃鈍化后的微觀形貌，從圖中可以看出選擇上述鈍化加工參數得到的鈍化后的刃口很光滑均勻，隨著鈍化時間的改變可以得到不同大小的鈍化半徑。
通過圖2和圖3可以看出，利用國產小型可轉位刀片刃口鈍化機，采用特殊的裝夾方式并選用合理的鈍化加工參數對PCD刀片進行鈍化，可以得到光滑均勻的倒圓刃。
圖3 鈍化后的切削刃的形貌
單因素切削試驗
在相同的切削條件下，采用相同切削參數對比鈍化與未鈍化的PCD刀具車削1060鋁合金材料對表面粗糙度的影響規律。為了進一步研究切削深度對鈍化刀具所形成表面粗糙度的影響，選用較小切削深度參數分析切削深度對表面粗糙度的影響。
1.試驗條件
機床參數：SK50P/750型數控車床；工件材料：1060鋁合金，工件尺寸Φ70mm×250mm圓棒；刀桿型號：SDJCR2525M11；刀片參數：PCD刀片型號DCMW11T304，粒度約10μm。測量儀器：車削后工件的表面粗糙度的測量采用觸針式表面粗糙度儀（時代TR200），取樣長度2.5mm，取樣數量5，在不同位置取5次樣計算平均值。PCD刀具的主要幾何參數如表1所示。
表1 PCD車刀的主要幾何參數
2.試驗方案
采用鈍化和未鈍化兩種PCD車刀車削工件外圓，選取的刀具鈍化值約為18μm。冷卻方式為乳化液冷卻，切削參數及測量結果如表2和表3所示，鈍化和未鈍化刀具均采用此組參數。
試驗結果分析
1.不同切削參數下PCD刀具鈍化對表面粗糙度的影響分析
表2 切削參數及實驗結果
根據表2中所得的試驗結果繪制各參數對表面粗糙度影響圖，圖4為鈍化和未鈍化兩種刀具切削速度對表面粗糙度的影響，可見，鈍化刀具加工工件表面粗糙度總體低于未鈍化刀具。鈍化和未鈍化刀具加工工件表面粗糙度都隨切削速度的增大而增大，但增大幅度很小。
圖4 鈍化和未鈍化刀具切削速度對表面粗糙度的影響
圖5為鈍化和未鈍化兩種刀具進給量對表面粗糙度的影響。從圖中可以看出，鈍化和未鈍化刀具隨著進給量的增加表面粗糙度呈增大趨勢，且增大的幅度較大。在進給量較小時，鈍化和未鈍化刀具車削所形成表面粗糙度區別不大；隨著進給量的增大，鈍化對表面粗糙度的影響越來越明顯，在進給較大時鈍化刀具車削所形成表面粗糙度明顯小于未鈍化刀具。
圖5 鈍化和未鈍化兩種刀具進給量對表面粗糙度的影響
圖6為鈍化和未鈍化兩種刀具切削深度對表面粗糙度的影響。從圖中可以看出，鈍化刀具加工工件表面粗糙度總體低于未鈍化刀具。在0.1-06mm切削深度范圍內，切削深度對表面粗糙度影響不大。
圖6 鈍化和未鈍化兩種刀具切削深度對表面粗糙度的影響
由上述分析可知，PCD刀具車削1060鋁合金時進給量對表面粗糙度的影響，速度和切削深度對表面粗糙度的影響較小。在不同切削參數下鈍化后的刀具所形成表面粗糙度低于未鈍化刀具，隨著進給量的增大鈍化對表面粗糙度的影響越來越大。這是由于鈍化后的刀具在刃口處形成了一個光滑均勻的倒圓刃，消除了刃磨后的微缺口，同時由于鈍化半徑的存在對已加工表面起擠壓修光作用，因此鈍化后的刀具車削所形成的工件表面質量更高。
2.鈍化刀具在小切削深度時對表面粗糙度的影響
通過分析可知，在所選的切削深度范圍內，切削深度對表面粗糙度基本沒有影響。為了進一步研究切削深度對鈍化刀具車削形成的表面粗糙度的影響規律，采用小切削深度，研究鈍化對車削所形成的表面粗糙度的影響。測量結果見表3。
表3 小切削深度參數對表面粗糙度的影響
根據表3中實驗結果繪制切削深度對表面粗糙度影響規律如圖7所示。從圖中可以看出，在切削深度為20μm時，鈍化刀具所形成表面粗糙度比同一條件下其他切削深度所形成的表面粗糙度低，未鈍化刀具沒有此現象。可見，當切削深度約為20μm時，鈍化半徑對表面粗糙度的影響比較明顯。
圖7 小切削深度對表面粗糙度的影響
小結
（1）采用特殊的裝夾方式，在合理的加工參數下通過國產小型鈍化機作鈍化處理后，可以得到光滑均勻的正倒圓切削刃。
（2）PCD刀具車削1060鋁合金時，進給量對表面粗糙度的影響，切削速度和切削深度對表面粗糙度的影響較小。在相同切削條件下，使用相同切削參數鈍化刀具車削1060鋁合金所獲得的表面粗糙度低于未鈍化刀具。隨著進給量的增大，鈍化對表面粗糙度的影響越來越大，在進給量較大時鈍化刀具車削所形成表面粗糙度明顯小于未鈍化刀具。刀具經鈍化后消除了刃口毛刺和微刃口，同時在刃口處形成一個倒圓形刃口半徑。刃口半徑的存在對工件已加工表面起到了擠壓修光作用，提高了工件表面質量。
（3）鈍化刀具在切削深度為20μm時加工獲得的表面粗糙度低于其他切削深度，鈍化對表面粗糙度的影響比較明顯。
車刀報廢后的故事
車刀報廢后的故事
今天在線上忙活時，聽到一車加工中，怪叫聲是一聲接一聲。當時也沒反應過來，主要是一車加工時，都會出現因切削用量太大而宣布嘰嘰的聲響。或是切削所消耗功率過大，引起V帶短暫打滑的聲響…唔…唔…。（廠里的車床都是V帶直聯主軸的，V帶也非一般V帶，里邊的抗拉體為鋼絲）這些聲響早都習慣了，僅僅保全人員偶爾會報怨V帶咋這個簡單壞了？頃刻，一車就報警啦！曩昔一看，NC反常！主軸不動！想想這個警，經常報，沒大聯系，直接找保全來，好處理的很！
話說保全師傅來了，當安全門打開的一瞬，眼前的一幕讓人大吃一驚，刀片崩成兩節，內孔車刀的刀桿現已死死的陷在工件的內孔里邊，任憑保全師傅用多大的銅錘敲擊，刀桿都紋絲不動，終只好把刀具從刀盤上下了下來，拿維修班吹焊去了！我想刀具是必定廢了，好歹也值一千多塊錢啊！就讓我給遇上了！唉…
咱們疑問，刀具這個慘烈的作廢，必定是有原因的。這兒在介紹原因前，就讓我來敘述一下刀具的詳細模樣。這把內孔車刀，切當說應該叫深孔車刀才妥貼，由于其長徑比現已遠遠大于5了，其刀桿蕞前端也就15個毫米左右吧！從蕞前端往后端慢慢增大，刀桿上面開有兩條螺旋槽，兩條螺旋槽的前面，各開了三個定位面，用來裝置左右對稱兩塊刀片（刀片很小，用螺絲固定）。反正跟麻花鉆多像的。咱們聽來，這把車刀規劃相當的合理嘛！左右對稱兩刀片，切削時，力的大小是相等，方向相反，剛好形成一力偶，避免了刀桿單側受力，引起的懸臂梁曲折變形，并且左右兩刀片一起承擔切削使命，刀片的切削條件天然要好的多。已然規劃上沒有問題，為啥仍是這個慘烈的作廢了呢？這兒邊就要從車刀執役的歷史講起了。
車刀買回來后，天然是很好用了，但一次小小意外，一側的刀片崩了。崩了就崩了嘛！一樣持續切削沒問題了，沒什么大不了的。關鍵是當工人師傅準備換新刀片時，發現刀片的定位面現已破壞了，無法裝置刀片了，這樣就剩余一個刀片孤孤單單戰斗了。按說現在只剩一個刀片了，切削用量應該減一減才對，不過這是理論上的，切削用量嘛，必定只有增沒的減啦！否則單件切削時刻會延伸的，否則功率又低了。至于刀具壽數了，這個我就不曉得改沒改了。改小了，我看用途也不大，總有那么一個刀片不到壽數就崩了的，一崩刀桿就完蛋。就這樣，單側刀刃切削了一個來月吧！效果很好啦！從沒崩過，功率也沒落下，認為從此能夠天常地久了。不過今天就崩了，崩了后，刀桿持續進給，主軸持續滾動，僅僅這次一塊刀片也沒了，螺旋槽上開出的定位面做為刀具前刀面持續車削，終刀桿就死死的陷在工件的內孔里了，主軸直接中止滾動，然后報警，終刀具就慘烈的犧牲了！
車刀慘烈的作廢了，咱們可能要疑問了，不就作廢一把車刀嘛？還有啥后續故事，換把新的持續。不過真不好意思，庫房里沒有。咱們這兒又想說：“哪買把新的”。還真不好意思，真的不好買，不是市面上沒有這種車刀，而是國企的制度啊！買一把車刀要報要批，要找這個領導簽字，要找哪個領導簽字，費事死了。買這把車刀的時刻，少者等個把星期，多者就遙遙無期了。
想想每天這個重的生產使命，靠等新刀的到來，仍是死了這條心吧！這不，車刀作廢不到一小時，部門的工藝工程師，車間工藝技術員，就把地點事故車床圍滿了。不過這件事功率仍是挺高的，半天后，車間主任就叫我回原來的生產線持續干活了。哪這兒就讓咱們來看看技術人員是怎么處理這個扎手問題的了。
說來很簡單啊！直接換了把很一般的內孔車刀，（主體就是一圓桿，前面裝置一塊小刀片哪種，再一般不過了）然后調整了一下每把車刀的刀補量就好啦！是啊！確實是好了，反正是粗車刀，加工出來的孔直徑小了，沒事！內孔表面布滿了一條又一條很嚴重的螺旋型震痕，也沒事！（現已不能用震紋來描述了，由于波峰與波谷間的高度都能夠用毫米計量了）說來也是，反正是粗車刀，對加工出來孔的直徑及表面質量沒啥要求，精車余量也是足夠的，不會對后續工序產生多大影響。哪還等什么，用就用吧！僅僅車削內孔時宣布的聲響，比殺豬還刺耳幾倍啊！真苦了我的耳朵了，可真真正正的苦惱還在后邊了！
前面我現已說了，這把車刀是用來加工深孔的，上把車刀在壞了后，技術人員換了一把一般的內孔車刀，新車刀除了懸伸量很長外，沒有什么共同之處。哈哈！問題就出在這兒了，新車刀懸伸量太大，剛度極差啊！加工出來的孔小了，表面質量太差，加工過程中切削聲響太刺耳，這兒就不談了。而在我接連加工了十來個工件后，還發現了一個新缺陷，哪就是崩刀片啊！有時做一個零件就崩了，有時做幾個又崩了，搞的我很動火啊！刀片換個不停了。不一會，剛剛散了的技術人員些又聚了過來了。這兒，咱們就不看技術人員咋處理這個問題了，咱們自己來理論談討一下。
上面所談到的一切加工問題，原因都在新裝置的內孔車刀的剛度太差。而進步內孔車刀剛度，減小車刀轟動。在我看來，方法無非三種，下面依次討論一下。
榜首種方法，咱們首先翻書《材料力學》，上面說了，想進步懸臂梁的剛度，在這兒就要加大刀桿直徑，削減懸伸量。不過這個還真行不通，工藝條件決議了，刀桿直徑不能再小了，懸伸量不能再短了。已然這些條件無發改動了，哪咱們就選個彈性模量較大的刀桿來進步刀桿剛度總行了吧！不過又覺得鋼材的彈性模量都差不多，沒啥必要啊！哪咱們就把《材料力學》放一放，看看其它的。
第二種方法，翻書《金屬切削原理與刀具》，不過這兒，咱們先來了解一下新車刀裝置好后，刀片各個獨立的視點。榜首眼就看出來，刀尖圓弧半徑太大了，形成背向力很大，所以引起轟動。再仔細看看，刀具主偏角差點快一百度了，切削時，刀尖先觸摸工件，所以簡單崩了。再看看，如同仍是個正直刃傾角，前角也太小了，副偏角也很小啊！哎呀！不看了不看了，刀具視點問題大大的有了。
第三種方法，咱們接著翻書《機械制造基礎》。這兒咱們就能夠減小切削用量嘛！不過這種方法不可行，由于在廠里，功率是很重要的。當然了，還能夠改動工藝道路了，詳細說來就是把粗車孔這個工步，改成一道工序，用鉆床鉆了，只要余量夠，也不怕粗基準運用兩次（三爪卡盤夾持外圓了，定位基準面為毛丕外圓），但是這也不行了，由于這兒是標準化企業，沒通用機床。說了這個多，咱們仍是來看看技術員又是哪個處理這個問題的呢？
哈哈！換了塊三角形刀片，刀片的視點變了。詳細說來前角和副偏角變大了，主偏角和刀尖圓弧半徑都變小了，刃傾角也變成了零度。車刀刀桿也換了，換了把重的，比原來哪把車刀重多了，我想彈性模量必定大了不少吧！試切了十來個工件，轟動小了許多，刀片也沒崩。哪還等什么啊！持續操機！
關于一種特定的鎳基合金，在特定的環境中存在著多種變量，包含：濃度、溫度、通風姿、液(氣)流速度、雜質、磨蝕、循環工藝條件等。這些變量會產生各種各樣的腐蝕問題。這些問題都能在鎳及其他合金元素中找到答案。
金屬鎳直到達到熔點之前一直保持著奧氏體，面心立方結構。這就給韌脆轉變供給了自由度，同時也大大減小了因其他金屬一起并存而呈現的制作問題。在電化序上，鎳比鐵慵懶而比銅活波。因而，在還原性環境中，鎳比鐵要耐腐蝕，但沒有銅耐腐蝕。在鎳的基礎上，加上鉻之后，使合金具備了抗癢化功能，由此能夠產生許多種應用規模十分廣泛的合金，使他們能夠對還原性環境和氧化性環境都有蕞佳的抵抗力。
鎳基合金與不銹鋼和其他鐵基合金比較，在固溶狀態下能夠容納更多的合金元素，而且還能保持很好的冶金穩定性。這些要素允許增加多種多樣的合金元素，使鎳基合金大量的應用在千差萬別的腐蝕環境中。
鎳基合金中常見的元素主要有：
鎳Ni
供給冶金穩定性、進步熱穩定性和可焊性、進步對還原性酸和柯性鈉的抗腐蝕性、進步尤其是在氯化物和柯性鈉環境中的抗應力腐蝕開裂功能。
鉻Cr
進步抗癢化和高溫抗癢化、抗硫化功能、進步抗點蝕、間隙腐蝕功能。
鉬Mo
進步對還原性酸的抗腐蝕性、進步含氯化物水溶液環境下的抗點蝕、間隙腐蝕的功能、進步高溫強度。
鐵Fe
進步對高溫滲碳環境的抵抗性、下降合金成本、操控熱膨脹。
銅 CuCu
進步對還原性酸（尤其是那些用于空氣不流轉場合的硫酸和輕氟酸）和鹽類的抗腐蝕性、銅增加到鎳-鉻-鉬-鐵合金中有助于進步對輕氟酸、磷酸和硫酸的抗腐蝕性。
鋁Al
進步高溫抗癢化性、進步時效硬化。
鈦Ti
與碳結合，減少了熱處理時發作碳化鉻沉積形成的晶間腐蝕、進步時效強化。
鈮Nb
與碳結合，減少了熱處理時發作碳化鉻沉積形成的晶間腐蝕、進步抗點蝕、間隙腐蝕功能、進步高溫強度。
鎢W
進步抗還原性酸和部分腐蝕的功能、進步強度和可焊性。
氮N
進步冶金穩定性、進步抗點蝕、間隙腐蝕功能、進步強度。
鈷Co供給增強的高溫強度、進步抗碳化、抗硫化功能。
這些合金元素中許多都能夠與鎳在很寬的成分規模內結合形成單相固溶體，保證合金在許多腐蝕條件下都具有杰出的抗腐蝕性。合金在完全退火的狀態下，也具有杰出的力學功能，而無需憂慮制作加工或熱加工中帶來的有害的冶金改變。許多高鎳合金能夠通過固溶硬化、碳化物沉積、沉積（時效）硬化和彌散強化等方式進步強度。
在德國刀具制作商Horn公司每兩年舉辦一次的“技術開放日”上，媒體記者獲邀參觀了該公司坐落德國圖賓根市的硬質合金刀片毛坯生產線，親眼見證了用包含多種不同成分的混合粉料生產可轉位刀片的全進程。
Horn公司生產的各種刀具產品（如銑刀、車刀、拉刀、鉸刀等）廣泛采用了可轉位刀片。圖1中的旋轉展臺展示了該公司蕞新開發的一些立異產品，包含圓柄和削柄25A端面切槽體系、用于S100內冷卻車削刀片的新式刀夾等。
圖1
Horn公司在世界各地的刀具生產廠都能夠對燒結而成的刀片進行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都來自坐落圖賓根的Horn
Hartstoffe硬質合金生產廠。制坯工藝的地一步是將不同配比的碳化物、結合劑資料（如鈷和鉭）以及后續加工所需的添加劑經精密稱量后制成混合粉料（圖2）。在冶金實驗室對質料進行的檢驗檢測后，對其進行攪拌混合，直至達到所要求的濃度，然后送至下一道工序，用三種成型辦法（軸向壓制成型、擠出成型或打針成型）之一進行毛坯成型加工。
圖2
如果刀片的形狀比較簡單，一般可采用如圖3所示的電動軸向壓坯機壓制成型。這種常用的刀片壓制辦法是將粉料放入模具之中，經過單向或雙向加壓，壓制出終究形狀。雖然該辦法比其他成型辦法更簡潔（如在燒結前無需參加添加劑），但卻不適合壓制較雜亂的刀片形狀，因為刀片脫模或許比較困難（或許完全無法脫模）。Horn公司這臺壓坯機采用了機器人自動裝料/卸件設備（見壓坯機左側）。
圖3
形狀較雜亂的刀片一般是在如圖4所示的活塞式擠出成型機上成型。該機推擠原資料經過一個模具而取得所需的形狀。值得注意的是，利用浮動芯軸銷，能夠在刀片毛坯內部構成內冷卻通道。在擠出成型機下部能夠看到，構成的生坯呈長條狀，還需要將其切成所需長度，經過清潔后再送去進行預燒結和燒結。
圖4
用于擠出成型的粉料中含有各種蠟和其他添加劑，這些添加劑可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡膠狀（見圖5），這些長條形生坯還要切成所需尺度，并在后續工序中成型。隨后，這些添加劑將在預燒結工序中予以去除。
圖5
Horn公司還開發了一種用于大批量生產雜亂形狀刀片毛坯的金屬打針成型工藝（圖6所示為兩個裝在流道上的刀片的3D設計圖）。該工藝所用的打針成型機能夠設置超過5000種不同的工藝參數和變量。注入資料的體積范圍為0.2－20 cm3，打針速度為6m/sec，打針壓力蕞大可達2,200bar，模具重量范圍為150－200kg。
圖6
與打針成型機、壓坯機和擠出成型機相鄰的工區（見圖7）專門擔任為硬質合金刀片生產線制作東西和夾具。為此，Horn公司裝備了電火花加工機床、車床、三軸和五軸銑床、平面磨床和坐標磨床等機床，以及微噴砂體系、激光測量儀和三坐標測量機等設備。
圖7
用擠出成型機或打針成型機成型的刀片生坯經過清潔后，還必須進行預燒結。這道工序耗時2－4天，生坯要在氫氣氛爐中逐步加熱到850℃左右，使其中的各種添加劑受熱揮發，并使生坯預固化。刀片毛坯經過預燒結后，即可進入燒結階段（用軸向壓坯機成型的毛坯無需預燒結，可直接進行燒結）。經過在1,350℃－1,550℃的高溫文可達100bar的氣體壓力下進行燒結，刀片資料即可取得其終究的物理性能。在燒結進程中，資料部分呈液相狀況，碳化物以相同的方法重新排列，構成無孔隙的同質結構。此外，燒結后刀片的體積大約會比燒結前縮小20％－22％（見圖8）。整個燒結進程大約需要持續20小時才干完結。
圖8
經過一系列計量室測試和質量控制程序（包含掃描電鏡檢測、維氏硬度檢測、密度檢測、磁飽和度檢測等）之后，各批制品刀片毛坯將從硬質合金工廠運送到同樣坐落Horn工業園區的刀具生產廠，并在那里的專用磨床（見圖9）上刃磨出刀片的終究形狀。DMG/森精機公司專門為Horn公司提供的銑床渠道也能夠滿意其刀具刃磨的特定需求。Horn刀具生產廠的加工機床總數超過200臺，這些機床均按所加工的刀片類型分組。
圖9
圖10所示為Horn公司員工將刃磨好的刀片置于夾具上，準備對其進行清潔和噴砂處理。處理完畢后，再將這些夾具移至涂層爐中（Horn公司共有8臺涂層爐）進行PVD或CVD涂層。完結涂層工序后，制品刀片就能夠包裝發貨了。
圖10
圖11所示為Horn公司生產夾持刀片的刀體和刀夾的加工車間。
圖11
Horn公司從事各種刀片生產任務的許多員工都曾參加過企業自己的學徒訓練計劃。圖12中正在操作五軸加工中心的學徒已處于訓練的高及階段。在參與手動和數控加工之前，學徒們先要學習一些基本技能（如整理文檔）。
