機(jī)械特種加工技術(shù)發(fā)展趨勢探索研究

胡羽沫

（廣東理工學(xué)院 廣東肇慶 526100）

經(jīng)過了長達(dá)幾十年的發(fā)展，中國已成為全球制造業(yè)最為強(qiáng)大的國家。然而隨著2015年前后世界第四次產(chǎn)業(yè)、技術(shù)變革的到來，現(xiàn)代機(jī)械制造與加工工藝的應(yīng)用與發(fā)展快速推進(jìn)，人們對機(jī)械設(shè)備的功能與性能提出了更高的要求。為保持制造業(yè)優(yōu)勢，我國發(fā)布了《中國制造 2025》戰(zhàn)略計(jì)劃，作為未來很長一段時(shí)間國家制造業(yè)總體規(guī)劃，其確立了包括高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備等在內(nèi)的十大高精尖產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，而以上產(chǎn)業(yè)都與機(jī)械制造及特種加工工藝技術(shù)等緊密相關(guān)。因此，研究、探索機(jī)械制造及機(jī)械特種加工工藝發(fā)展已成為決定我國制造業(yè)強(qiáng)國、智能制造等戰(zhàn)略發(fā)展成功與否的又一重要“變量”。

本文通過回顧機(jī)械制造及機(jī)械特種加工發(fā)展歷程，根據(jù)當(dāng)前社會發(fā)展需求，預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展趨勢，并在此基礎(chǔ)上綜合國內(nèi)現(xiàn)狀提出建議，以期為我國制造業(yè)發(fā)展提供支撐。

1 機(jī)械特種加工技術(shù)發(fā)展及對制造業(yè)的影響

伴隨著機(jī)械制造尤其是先進(jìn)制造技術(shù)的高精度、高效率的發(fā)展趨勢，現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)品零件也呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)及形狀越來越復(fù)雜、材料性能越來越嚴(yán)苛的情況，由此便對特殊性能材料加工提出了更高的訴求與挑戰(zhàn)。在此背景下，機(jī)械特種加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)械特種加工技術(shù)是指通過直接利用聲、光、電、熱、化學(xué)和特殊機(jī)械等能量去消除或添加材料的工藝技術(shù)，其主要實(shí)施方法包括電火花加工、超聲加工、電子束和離子束加工、激光加工、快速成型、電化學(xué)加工等［1］。首先，國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)顯示該技術(shù)的誕生可有效解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中不同類型的材料因表層加工產(chǎn)生的繁瑣工藝、超精度等問題，同時(shí)可對快速成型技術(shù)中的快速試制變形工藝形成重要支撐，對進(jìn)一步擴(kuò)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)中零件的材料和工藝有較大作用。其次，就機(jī)械制造中材料應(yīng)用方面，該技術(shù)也能滿足傳統(tǒng)普通材料和新材料、超硬或特殊性材料的工藝需求，能夠使材料加工不再受硬度、脆度、強(qiáng)度和韌性的局限，特別是一些表面存在凹面或硬脆的材料，采用特種加工技術(shù)可獲得較好的加工效果。最后，機(jī)械特種加工技術(shù)使得機(jī)械加工向精細(xì)化轉(zhuǎn)變，這一特點(diǎn)在產(chǎn)品修復(fù)方面得到了很好的體現(xiàn)，如在淬火熱處理的工藝工序中使用該技術(shù)可有效提升產(chǎn)品合格率；在磨削成型加工過程中，可借助該工藝解決成型加工之后淬火熱處理所導(dǎo)致的應(yīng)變現(xiàn)象等。

總體而言，機(jī)械特種加工的出現(xiàn)推動了機(jī)械制造工藝技術(shù)的跨越式發(fā)展，改善了現(xiàn)代機(jī)械加工作業(yè)能效，是當(dāng)前智能制造的重要組成部分。

2 現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)與加工工藝的趨勢發(fā)展

隨著第四次產(chǎn)業(yè)、技術(shù)變革，大數(shù)據(jù)、信息化、智能化成為時(shí)代特征，并不斷滲透于各個(gè)行業(yè)，也引發(fā)了制造業(yè)的全新變革。一方面，機(jī)械制造業(yè)加工技術(shù)的應(yīng)用需求呈現(xiàn)出高精度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、“精益求精”訴求；另一方面，機(jī)械制造業(yè)加工技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)一體化、綜合性、系統(tǒng)性的趨勢。

2.1 機(jī)械制造業(yè)加工技術(shù)的應(yīng)用需求

隨著快速推進(jìn)的現(xiàn)代機(jī)械制造與加工工藝應(yīng)用及發(fā)展，人們對機(jī)械設(shè)備的功能與性能提出了更高的要求［2］。

①機(jī)械設(shè)備配套零件高精度訴求不斷提升。生產(chǎn)力是制造業(yè)追求利益的重要倚仗，與高生產(chǎn)率對應(yīng)的是產(chǎn)品質(zhì)量，這里的質(zhì)量不僅僅是產(chǎn)品本身的耐用程度，更涉及到產(chǎn)品精度，而由此延伸的問題就是機(jī)械制造效率與加工工藝所代表的產(chǎn)量與精度的對比。為實(shí)現(xiàn)數(shù)量與產(chǎn)品精度的同步提升，現(xiàn)代機(jī)械制造通過計(jì)算機(jī)精準(zhǔn)控制產(chǎn)生快速加工成型技術(shù)，即生成立體光刻法、疊層實(shí)體制造法等，跳出了三維特點(diǎn)制約，實(shí)現(xiàn)了高精度與產(chǎn)量提升。但是這也僅僅是對當(dāng)前社會需求而言，在未來發(fā)展過程中，以上技術(shù)儼然是難以滿足需求的。

②不同行業(yè)對機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)提出不同的應(yīng)用需求。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，機(jī)械制造已不僅僅是重型工業(yè)的專業(yè)設(shè)備，更關(guān)聯(lián)到各個(gè)產(chǎn)業(yè)。行業(yè)的不同除了引發(fā)先進(jìn)制造技術(shù)向著高精度、高效率方向發(fā)展外，更使得產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)形狀愈加復(fù)雜，對材料性能的要求越來越高，進(jìn)而對特殊性能材料的加工提出了更高的要求［3］。在特殊材料、復(fù)雜造型、高精度表面、低剛性工件及模具制造等領(lǐng)域中，需要精密加工、特種加工技術(shù)的參與。

③微細(xì)加工方面“精益求精”。當(dāng)前，全球產(chǎn)品發(fā)展趨勢向“微小體型”轉(zhuǎn)變，零件細(xì)加工等需求不斷增長，也使得微細(xì)加工技術(shù)工藝必須創(chuàng)新發(fā)展。根據(jù)技術(shù)工藝特點(diǎn)，已有如車、銑、磨、削、電鍍、氣相沉積等技術(shù)，結(jié)合有氧化、滲碳、離子注入、鍛造、液晶定向、電火花等加工方式。

2.2 機(jī)械制造業(yè)加工技術(shù)的變革趨勢

①現(xiàn)代機(jī)械制造與加工中相關(guān)技術(shù)工藝的應(yīng)用具有一體化的特點(diǎn)。自20世紀(jì)80年代開始，機(jī)械制造開始趨向計(jì)算機(jī)應(yīng)用化，機(jī)械制造、機(jī)械零件加工等逐步與自動控制理念、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)接觸、融合。進(jìn)入21世紀(jì)，機(jī)械工程自動化趨勢不再是理念，而是逐步投放于實(shí)際生產(chǎn)過程中。已有機(jī)械設(shè)備大量加裝計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并根據(jù)需要形成制造設(shè)置、加工參數(shù)完成自動控制，極大地改善了由于人為操作失誤而產(chǎn)生的產(chǎn)品質(zhì)量問題。

②機(jī)械制造與加工生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)制造技術(shù)與加工工藝綜合性逐漸凸顯。傳統(tǒng)制造技術(shù)與加工工藝綜合性主要體現(xiàn)在機(jī)械制造與加工的生產(chǎn)作業(yè)中，在多種現(xiàn)代化理念與信息技術(shù)的推動下，機(jī)械化、自動化、微電子、光學(xué)等先進(jìn)技術(shù)不斷被融入制造技術(shù)中，逐步形成了機(jī)械制造與加工工藝的聯(lián)動關(guān)系，綜合性機(jī)械制造與加工成為了生產(chǎn)體系的主要構(gòu)成。進(jìn)入21世紀(jì)后，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的產(chǎn)生更為現(xiàn)代機(jī)械制造與加工行業(yè)的發(fā)展形成了助力。

③機(jī)械制造與加工技術(shù)工藝形成了全新生產(chǎn)系統(tǒng)性。隨著信息化、智能化的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械加工生產(chǎn)流程由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)參與控制的比重逐步增加，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)避免了重大機(jī)械事故的發(fā)生，顛覆了傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)中的既有認(rèn)知，形成了較為高效、安全的生產(chǎn)系統(tǒng)。

3 我國機(jī)械制造業(yè)加工技術(shù)現(xiàn)狀

我國機(jī)械制造行業(yè)起步相對較晚。新中國成立后，我國開始建設(shè)包括輕工業(yè)、重工業(yè)等在內(nèi)的制造業(yè)體系，并在政府大力支持下取得了跨越式發(fā)展。截至21世紀(jì)初，我國機(jī)械工業(yè)企業(yè)已達(dá)到4萬多家、機(jī)械機(jī)床擁有約300多萬臺、主要技術(shù)人員約900多萬。制造業(yè)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到世界第4位，僅次于美國、日本和德國。2018年前后，我國制造業(yè)規(guī)模達(dá)到20%，超過美國，位列全球第一。盡管取得了較快的發(fā)展，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比較還存在很大的差距。同時(shí)，隨著機(jī)械制造行業(yè)的不斷發(fā)展，我國也不斷受到其他國家的技術(shù)封鎖。我國機(jī)械制造業(yè)問題主要表現(xiàn)為對外依存度高、關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域存在“技術(shù)制約”現(xiàn)象、制造技術(shù)及工藝存在陳舊和落后、產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平參差不齊等方面。

3.1 制造業(yè)設(shè)備問題

當(dāng)前我國機(jī)械制造設(shè)備對外依存度高。平均每年用于固定資產(chǎn)的上萬億元設(shè)備投資中，60%以上是引進(jìn)的。在國家?guī)讉€(gè)重點(diǎn)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)中，機(jī)械制造設(shè)備引進(jìn)率也高達(dá)57%。據(jù)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計(jì)，工業(yè)發(fā)達(dá)國家新產(chǎn)品貢獻(xiàn)率為52%，我國僅為5.9%。

3.2 自主核心技術(shù)實(shí)用性不足

在“核心技術(shù)方面”，具有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品較少，多模仿、克隆國外技術(shù)產(chǎn)品。在政府的專項(xiàng)支持下，我國機(jī)械制造研發(fā)和創(chuàng)新方面的投資蓬勃發(fā)展。專利申請主要集中在與電氣、能源、數(shù)字化和信息及生物技術(shù)、基礎(chǔ)化學(xué)和食品等具高附加值的制造業(yè)。據(jù)國外專家分析，表示“雖然中國申請專利的數(shù)量之大令人驚嘆，但是西方國家在批準(zhǔn)專利上更為嚴(yán)苛，真正具有實(shí)用性的專利申請才可通過”。由此可見，我國的自主創(chuàng)新力度還需加強(qiáng)。

3.3 產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平參差不齊

機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展離不開先進(jìn)工藝技術(shù)和熟練的專業(yè)技術(shù)人員。根據(jù)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備中，數(shù)控、精密、高效設(shè)備不足5%，自動化制造程度低，無氧化加熱、無切削工藝比重低，機(jī)械制造業(yè)固定資產(chǎn)新度系數(shù)低于6個(gè)百分點(diǎn)，面臨一定的企業(yè)裝備陳舊、生產(chǎn)工藝落后問題。同時(shí)，由于激勵(lì)機(jī)制不健全，對熟練技能工人的待遇不合理，導(dǎo)致工人缺乏鉆研技術(shù)的熱情，工人技能水平較低。

4 啟示及建議

現(xiàn)代機(jī)械制造與加工行業(yè)該如何改革已成為當(dāng)前智能制造不得不考慮的問題。特種機(jī)械加工作為其關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)提早布局前沿技術(shù)研究，以應(yīng)對世界制造業(yè)發(fā)展變革和支撐我國制造強(qiáng)國發(fā)展。第一，加強(qiáng)專業(yè)化人才培養(yǎng)力度，涵養(yǎng)創(chuàng)新精神，提高人才創(chuàng)新能力。當(dāng)前我國機(jī)械制造、特種機(jī)械加工人才的培養(yǎng)多以大、中職業(yè)院校為主，教師教學(xué)水平參差不齊，且教育內(nèi)容相對陳舊，未來應(yīng)進(jìn)一步結(jié)合發(fā)展趨勢豐富教學(xué)內(nèi)容，形成先進(jìn)人才培育模式；同時(shí)，改革專業(yè)教育模式，通過社會領(lǐng)域行業(yè)競賽等手段激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性［4］。第二，加大基礎(chǔ)研究、前瞻性研究課題的設(shè)立，激發(fā)科學(xué)家研究熱情?？v觀機(jī)械制造、特種機(jī)械加工的技術(shù)發(fā)展，其背后主要是社會需求的推動，并結(jié)合時(shí)代技術(shù)發(fā)生轉(zhuǎn)變。新時(shí)代背景下，智能化、信息化等技術(shù)手段層出不窮，政府應(yīng)根據(jù)社會需求及時(shí)代技術(shù)特征積極推動產(chǎn)學(xué)研合作，加強(qiáng)政策性促動要素投入，激勵(lì)科學(xué)家探索新技術(shù)背后的專業(yè)技術(shù)因素。第三，行業(yè)內(nèi)部應(yīng)立足于促進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械制造與加工行業(yè)的健康發(fā)展，以此形成行業(yè)促進(jìn)單位。社會是技術(shù)發(fā)展的根本需求者，行業(yè)作為接觸需求最直觀的主體，應(yīng)積發(fā)揮出題者作用，立足現(xiàn)代機(jī)械制造與加工行業(yè)的健康發(fā)展形成行業(yè)促進(jìn)機(jī)制，進(jìn)而帶動我國產(chǎn)業(yè)技術(shù)提升［5］。