全球熱門:超高速加工：制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的利器

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日前，我國工業(yè)和信息化十年發(fā)展成績單公布：從2012年到2021年，制造業(yè)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(shù)據(jù)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(guān)鍵設(shè)備的核心零部件通常必須具備質(zhì)量輕、強度高、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等性能，而傳統(tǒng)材料無法滿足要求。隨著科技的發(fā)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(xiàn)。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(gòu)一直想盡辦法解決的難題。

作為解決這一難題的創(chuàng)新性技術(shù)，超高速加工被制造業(yè)寄予厚望。所謂超高速加工技術(shù)，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(zhì)量的全新加工技術(shù)。超高速加工速度比傳統(tǒng)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(fā)現(xiàn)，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(zhuǎn)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(xiàn)“工件燒傷”等傳統(tǒng)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(shù)不僅能提高加工效率，更能提高加工質(zhì)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(shù)的巨大應用潛力已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，國際生產(chǎn)工程院將超高速加工技術(shù)作為21世紀的核心研究方向，日本先端技術(shù)研究會也將超高速加工技術(shù)列為五大現(xiàn)代制造技術(shù)之一。

目前新材料不斷涌現(xiàn)，超高速加工技術(shù)有望徹底解決加工難題，給“難加工材料”的高質(zhì)高效加工帶來一場革命，而被譽為“工業(yè)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(yè)生態(tài)也將因此發(fā)生變化，出現(xiàn)若干快速增長的新領(lǐng)域，從而改變現(xiàn)有的商業(yè)模式，促進制造業(yè)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(shù) 加工材料 南方科技大學