全球熱門:超高速加工：制造業實現產業升級的利器

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日前，我國工業和信息化十年發展成績單公布：從2012年到2021年，制造業增加值從16.98萬億元增加到31.4萬億元，占全球的比重從20%左右提高到近30%……一項項亮眼的數據和提氣的成就，標志著我國迎來了從“制造大國”向“制造強國”的歷史性跨越。

關鍵設備的核心零部件通常必須具備質量輕、強度高、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等性能，而傳統材料無法滿足要求。隨著科技的發展，鈦合金、鎳合金、高性能陶瓷、陶瓷增強金屬基復合材料、纖維增強復合材料等新材料不斷涌現。這些材料雖然能滿足核心零部件的性能要求，但加工極其困難成為共性問題，也是世界各國科研機構一直想盡辦法解決的難題。

作為解決這一難題的創新性技術，超高速加工被制造業寄予厚望。所謂超高速加工技術，是指通過提高加工速度來改變材料的可加工性，提高材料去除率、加工精度和加工質量的全新加工技術。超高速加工速度比傳統加工快10倍以上，在超高速加工過程中材料來不及變形就被去除。南方科技大學科研團隊研究發現，當加工速度達到每小時700公里時，材料的“難加工”特性消失，材料加工“轉難為易”。

鈦合金就是典型的“難加工材料”，被喻為材料中的“口香糖”，在加工過程中會像口香糖粘牙似的“粘刀”，形成“切屑瘤”。但當加工速度升高到臨界值之后，鈦合金不再“粘刀”，更不會出現“工件燒傷”等傳統加工中常見的問題。此外，加工損傷也會隨著加工速度的升高得到抑制，形成“損傷趨膚”的效應。

超高速加工技術不僅能提高加工效率，更能提高加工質量與精度。基于“材料脆化”與“損傷趨膚”等超高速加工理論，只要達到臨界加工速度，材料的難加工特性就會消失，材料加工就會如“庖丁解牛”一樣容易。

目前，超高速加工技術的巨大應用潛力已經受到廣泛關注，國際生產工程院將超高速加工技術作為21世紀的核心研究方向，日本先端技術研究會也將超高速加工技術列為五大現代制造技術之一。

目前新材料不斷涌現，超高速加工技術有望徹底解決加工難題，給“難加工材料”的高質高效加工帶來一場革命，而被譽為“工業母機”的超高速機床，則有望成為突破“難加工材料”加工困境的利器。未來許多行業生態也將因此發生變化，出現若干快速增長的新領域，從而改變現有的商業模式，促進制造業升級換代。

（作者系南方科技大學工學院副院長、機械系講席教授）

標簽： 加工技術 加工材料 南方科技大學