【环球聚看点】超高速加工：制造业实现产业升级的利器

• 2022-08-07 16:44:23 来源：科普时报

(相关资料图)

日前，我国工业和信息化十年发展成绩单公布：从2012年到2021年，制造业增加值从16.98万亿元增加到31.4万亿元，占全球的比重从20%左右提高到近30%……一项项亮眼的数据和提气的成就，标志着我国迎来了从“制造大国”向“制造强国”的历史性跨越。

关键设备的核心零部件通常必须具备质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能，而传统材料无法满足要求。随着科技的发展，钛合金、镍合金、高性能陶瓷、陶瓷增强金属基复合材料、纤维增强复合材料等新材料不断涌现。这些材料虽然能满足核心零部件的性能要求，但加工极其困难成为共性问题，也是世界各国科研机构一直想尽办法解决的难题。

作为解决这一难题的创新性技术，超高速加工被制造业寄予厚望。所谓超高速加工技术，是指通过提高加工速度来改变材料的可加工性，提高材料去除率、加工精度和加工质量的全新加工技术。超高速加工速度比传统加工快10倍以上，在超高速加工过程中材料来不及变形就被去除。南方科技大学科研团队研究发现，当加工速度达到每小时700公里时，材料的“难加工”特性消失，材料加工“转难为易”。

钛合金就是典型的“难加工材料”，被喻为材料中的“口香糖”，在加工过程中会像口香糖粘牙似的“粘刀”，形成“切屑瘤”。但当加工速度升高到临界值之后，钛合金不再“粘刀”，更不会出现“工件烧伤”等传统加工中常见的问题。此外，加工损伤也会随着加工速度的升高得到抑制，形成“损伤趋肤”的效应。

超高速加工技术不仅能提高加工效率，更能提高加工质量与精度。基于“材料脆化”与“损伤趋肤”等超高速加工理论，只要达到临界加工速度，材料的难加工特性就会消失，材料加工就会如“庖丁解牛”一样容易。

目前，超高速加工技术的巨大应用潜力已经受到广泛关注，国际生产工程院将超高速加工技术作为21世纪的核心研究方向，日本先端技术研究会也将超高速加工技术列为五大现代制造技术之一。

目前新材料不断涌现，超高速加工技术有望彻底解决加工难题，给“难加工材料”的高质高效加工带来一场革命，而被誉为“工业母机”的超高速机床，则有望成为突破“难加工材料”加工困境的利器。未来许多行业生态也将因此发生变化，出现若干快速增长的新领域，从而改变现有的商业模式，促进制造业升级换代。

（作者系南方科技大学工学院副院长、机械系讲席教授）

标签： 加工技术 加工材料 南方科技大学

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