十年后的新型加工技术
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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。
本文作者:何易(编译)
原载:《工具展望》
上载于:2004-4-14 19:32:15

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