十年后的新型加工技术

十年后的新型加工技术

http://cn.newmaker.com 2004-3-30  工具展望

制造技术的方向 21世纪在很大程度上可说是以环保为核心的世纪，是从大量消费、大量产生废弃物的经济社会转变为资源循环利用的经济社会，为了保证持续发展，必须具备以下三个条件： (1)可重复利用的资源应在重复利用资源的框架内消费； (2)对于不可重复利用的资源，则尽可能以可重复利用的资源去取代，而且应在与生产量保持平衡的范围内去消费； (3)废弃物的排放量应控制在自然净化的可能范围之内。 根据上述条件，制造技术应努力开发资源循环利用系统，即应着重实现下述目标：(1)建立循环利用型的生产系统；(2)实现零辐射及耗用能源的最小化；(3)确立环境承受极限的评价技术。要达到上述(1)、(2)两项指标，必须用全新的观点来进行加工技术的开发工作。对应于社会和经济的需求，包含加工技术在内的生产系统发展方向如下:①与信息化相对应：独立分散型生产系统；②与非熟练者及老龄化相对应：自动化生产系统、以人为本的生产系统；③与环保相对应：资源循环利用型生产系统、低辐射生产系统；④与需求多样化相对应：品种批量可调试生产系统、确定订货生产系统。 以上生产系统并非在统一的概念基础上提出的，也并非按社会需求而提出的一对一的系统，而且以人为本的生产系统也仅仅是从广义的角度来加以粗略的区分。 新型加工技术 预计2010年将从重视资本生产效率转变为更加重视资源生产效率，但即使这种转变的趋势日益强烈，历来的加工技术开发方向—高精度化、高速化、高效率化、高功能化等仍然是我们追求的技术目标。作为生产系统的发展方向自然与上述内容不尽相同，要具体预测10年后的新加工技术并不是一件容易的事情。下面举出新加工技术涉及的几个方面，供大家参考。 (1)坯件的精密化：以飞机发动机零件等为对象的恒温锻压和精密热锻技术，可使坯件精密化，目的是尽可能提高昂贵材料的利用率，此项研究始于20世纪60年代。现在，对此项技术的重要性应加深认识，这是因为环保问题越来越突出。通常制作毛坯和反复加工将耗费大量能源和排放大量废弃物，工件材料也随之被大量浪费。坯件精密成形技术是节约材料极为有效的措施，但精密铸锻要求有高精度的模具，而且必须在大批量生产的前提下使用该技术，才可获得良好效益。因此，在小批量生产中应用时，就不能沿用简单的模具和型腔，而必须开发新的精密成形加工技术。迄今，最有效的手段就是采用已达到实用化水平的成形模拟技术，通过模拟可最大限度地利用型材和零散材料。正因如此，精密成形技术就成为当前制造业普遍追求的一种新技术潮流。 (2)微细化：为了制作微型机床，作为加工技术，正在开展机械加工、电加工、激光加工、成形加工等方面的深入研究。充分利用上述诸种加工的特点，加工技术正沿着微细化、大面积化、三维化、适应多种材料加工的方向发展。所谓微细化，是指达到10nｍ水平的加工指标。如利用原子力显微镜的微细加工尽管已经非常微细，但此种方法的生产效率很低，因此，进一步实现高速化和轻量化的课题尚待解决。目前，利用激光进行加工，在加工精度和纵横尺寸比方面可望得到改善。如用SR光进行膜片加工，可降低制作成本，如在成形加工技术方面再加以改进是可以达到实用化水平的。在三维化加工方面，利用SR光的加工和利用离子束的蚀刻加工等，均可望成为此方面的有效方法。适应多种材料的主要加工方法仍然是成形加工，如10μｍ～10nm左右的结构体其纵横尺寸比达到10的复制加工，将左右今后10年的仿生、信息机械行业。复制材料包括功能陶瓷、不可涂覆的金属(一种非常适用于生物体的材料)、玻璃(派拉克斯耐热玻璃和石英玻璃)、新型聚合物等。 (3)与材料相对应的加工技术：加工技术和材料技术的联接点如下：①随着加工的超高精度和高稳定性等要求，需进一步加强有关材料学的研究；②随着纳米级粒子技术的进展，纳米结构体、薄膜及复合材料的制作等将得到进一步发展，加工和材料开发工程相一致的领域增多；③新材料的加工技术等。 ①项内容是过去工作的延续，材料学的研究可望进一步提高加工精度；②项内容是目前最引人注目的领域，纳米材料、纳米加工、纳米装置等均可望逐步达到实用化水平；③项内容是指开发对各种新材料进行循环利用的加工技术，当然也包括开发非新材料的加工技术。另外，对那些虽然不是新材料，但单位面积刚性和强度很高的材料(如埋藏量非常丰富的镁等轻型结构材料)加以改进的研究也极引人注目。 (4)综合化技术：应该指出，在成熟的市场环境下，伴随着竞争的实质性变化，生产技术的创新是极为重要的。不仅要继续进行特定的工艺革新，而且应在新产品开发过程中，将不同的工艺综合应用到同一个工艺规程的作业之中，从而满足对高功化、高效率化、低环境影响等要求，取得与单一技术复合迥然不同的综合化效应。例如，仅就环境保护来看，实现废弃物零排放的不同领域融合、坯件精密成形及高速干式加工、激光焊接、镀层厚板的冲孔加工等不同工艺的综合利用，可在环境保护方面取得极为理想的效果。 加工技术是一个非常广义的概念，很难对其进行全面的预测。本文仅对机械零件加工技术中涉及的成形加工、切除加工、高附加值加工等技术的十年前景作了一个概略的描述。