機械特種加工技術發展趨勢探索研究

胡羽沫

（廣東理工學院 廣東肇慶 526100）

經過了長達幾十年的發展，中國已成為全球制造業最為強大的國家。然而隨著2015年前后世界第四次產業、技術變革的到來，現代機械制造與加工工藝的應用與發展快速推進，人們對機械設備的功能與性能提出了更高的要求。為保持制造業優勢，我國發布了《中國制造 2025》戰略計劃，作為未來很長一段時間國家制造業總體規劃，其確立了包括高檔數控機床和機器人、航空航天裝備等在內的十大高精尖產業發展目標，而以上產業都與機械制造及特種加工工藝技術等緊密相關。因此，研究、探索機械制造及機械特種加工工藝發展已成為決定我國制造業強國、智能制造等戰略發展成功與否的又一重要“變量”。

本文通過回顧機械制造及機械特種加工發展歷程，根據當前社會發展需求，預測未來技術發展趨勢，并在此基礎上綜合國內現狀提出建議，以期為我國制造業發展提供支撐。

1 機械特種加工技術發展及對制造業的影響

伴隨著機械制造尤其是先進制造技術的高精度、高效率的發展趨勢，現代高技術產品零件也呈現出結構及形狀越來越復雜、材料性能越來越嚴苛的情況，由此便對特殊性能材料加工提出了更高的訴求與挑戰。在此背景下，機械特種加工技術應運而生。機械特種加工技術是指通過直接利用聲、光、電、熱、化學和特殊機械等能量去消除或添加材料的工藝技術，其主要實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、電化學加工等［1］。首先，國內外經驗顯示該技術的誕生可有效解決產品設計過程中不同類型的材料因表層加工產生的繁瑣工藝、超精度等問題，同時可對快速成型技術中的快速試制變形工藝形成重要支撐，對進一步擴展產品設計中零件的材料和工藝有較大作用。其次，就機械制造中材料應用方面，該技術也能滿足傳統普通材料和新材料、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，采用特種加工技術可獲得較好的加工效果。最后，機械特種加工技術使得機械加工向精細化轉變，這一特點在產品修復方面得到了很好的體現，如在淬火熱處理的工藝工序中使用該技術可有效提升產品合格率；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致的應變現象等。

總體而言，機械特種加工的出現推動了機械制造工藝技術的跨越式發展，改善了現代機械加工作業能效，是當前智能制造的重要組成部分。

2 現代機械制造技術與加工工藝的趨勢發展

隨著第四次產業、技術變革，大數據、信息化、智能化成為時代特征，并不斷滲透于各個行業，也引發了制造業的全新變革。一方面，機械制造業加工技術的應用需求呈現出高精度、結構復雜化、“精益求精”訴求；另一方面，機械制造業加工技術發展呈現一體化、綜合性、系統性的趨勢。

2.1 機械制造業加工技術的應用需求

隨著快速推進的現代機械制造與加工工藝應用及發展，人們對機械設備的功能與性能提出了更高的要求［2］。

①機械設備配套零件高精度訴求不斷提升。生產力是制造業追求利益的重要倚仗，與高生產率對應的是產品質量，這里的質量不僅僅是產品本身的耐用程度，更涉及到產品精度，而由此延伸的問題就是機械制造效率與加工工藝所代表的產量與精度的對比。為實現數量與產品精度的同步提升，現代機械制造通過計算機精準控制產生快速加工成型技術，即生成立體光刻法、疊層實體制造法等，跳出了三維特點制約，實現了高精度與產量提升。但是這也僅僅是對當前社會需求而言，在未來發展過程中，以上技術儼然是難以滿足需求的。

②不同行業對機械設備結構提出不同的應用需求。隨著互聯網的發展，機械制造已不僅僅是重型工業的專業設備，更關聯到各個產業。行業的不同除了引發先進制造技術向著高精度、高效率方向發展外，更使得產品零件的結構形狀愈加復雜，對材料性能的要求越來越高，進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、復雜造型、高精度表面、低剛性工件及模具制造等領域中，需要精密加工、特種加工技術的參與。

③微細加工方面“精益求精”。當前，全球產品發展趨勢向“微小體型”轉變，零件細加工等需求不斷增長，也使得微細加工技術工藝必須創新發展。根據技術工藝特點，已有如車、銑、磨、削、電鍍、氣相沉積等技術，結合有氧化、滲碳、離子注入、鍛造、液晶定向、電火花等加工方式。

2.2 機械制造業加工技術的變革趨勢

①現代機械制造與加工中相關技術工藝的應用具有一體化的特點。自20世紀80年代開始，機械制造開始趨向計算機應用化，機械制造、機械零件加工等逐步與自動控制理念、計算機技術、電子技術實現接觸、融合。進入21世紀，機械工程自動化趨勢不再是理念，而是逐步投放于實際生產過程中。已有機械設備大量加裝計算機控制系統，并根據需要形成制造設置、加工參數完成自動控制，極大地改善了由于人為操作失誤而產生的產品質量問題。

②機械制造與加工生產過程中，傳統制造技術與加工工藝綜合性逐漸凸顯。傳統制造技術與加工工藝綜合性主要體現在機械制造與加工的生產作業中，在多種現代化理念與信息技術的推動下，機械化、自動化、微電子、光學等先進技術不斷被融入制造技術中，逐步形成了機械制造與加工工藝的聯動關系，綜合性機械制造與加工成為了生產體系的主要構成。進入21世紀后，物聯網、大數據等信息技術的產生更為現代機械制造與加工行業的發展形成了助力。

③機械制造與加工技術工藝形成了全新生產系統性。隨著信息化、智能化的發展，現代機械加工生產流程由一個或多個計算機系統參與控制的比重逐步增加，在提高生產效率的同時避免了重大機械事故的發生，顛覆了傳統機械工業中的既有認知，形成了較為高效、安全的生產系統。

3 我國機械制造業加工技術現狀

我國機械制造行業起步相對較晚。新中國成立后，我國開始建設包括輕工業、重工業等在內的制造業體系，并在政府大力支持下取得了跨越式發展。截至21世紀初，我國機械工業企業已達到4萬多家、機械機床擁有約300多萬臺、主要技術人員約900多萬。制造業規模已經達到世界第4位，僅次于美國、日本和德國。2018年前后，我國制造業規模達到20%，超過美國，位列全球第一。盡管取得了較快的發展，但與工業發達國家相比較還存在很大的差距。同時，隨著機械制造行業的不斷發展，我國也不斷受到其他國家的技術封鎖。我國機械制造業問題主要表現為對外依存度高、關鍵技術領域存在“技術制約”現象、制造技術及工藝存在陳舊和落后、產品質量和技術水平參差不齊等方面。

3.1 制造業設備問題

當前我國機械制造設備對外依存度高。平均每年用于固定資產的上萬億元設備投資中，60%以上是引進的。在國家幾個重點高新技術產業開發區中，機械制造設備引進率也高達57%。據機械工業聯合會統計，工業發達國家新產品貢獻率為52%，我國僅為5.9%。

3.2 自主核心技術實用性不足

在“核心技術方面”，具有獨立自主知識產權的產品較少，多模仿、克隆國外技術產品。在政府的專項支持下，我國機械制造研發和創新方面的投資蓬勃發展。專利申請主要集中在與電氣、能源、數字化和信息及生物技術、基礎化學和食品等具高附加值的制造業。據國外專家分析，表示“雖然中國申請專利的數量之大令人驚嘆，但是西方國家在批準專利上更為嚴苛，真正具有實用性的專利申請才可通過”。由此可見，我國的自主創新力度還需加強。

3.3 產品質量和技術水平參差不齊

機械制造業的快速發展離不開先進工藝技術和熟練的專業技術人員。根據機械工業聯合會統計，我國現有的生產設備中，數控、精密、高效設備不足5%，自動化制造程度低，無氧化加熱、無切削工藝比重低，機械制造業固定資產新度系數低于6個百分點，面臨一定的企業裝備陳舊、生產工藝落后問題。同時，由于激勵機制不健全，對熟練技能工人的待遇不合理，導致工人缺乏鉆研技術的熱情，工人技能水平較低。

4 啟示及建議

現代機械制造與加工行業該如何改革已成為當前智能制造不得不考慮的問題。特種機械加工作為其關鍵技術應提早布局前沿技術研究，以應對世界制造業發展變革和支撐我國制造強國發展。第一，加強專業化人才培養力度，涵養創新精神，提高人才創新能力。當前我國機械制造、特種機械加工人才的培養多以大、中職業院校為主，教師教學水平參差不齊，且教育內容相對陳舊，未來應進一步結合發展趨勢豐富教學內容，形成先進人才培育模式；同時，改革專業教育模式，通過社會領域行業競賽等手段激發學生學習的積極性［4］。第二，加大基礎研究、前瞻性研究課題的設立，激發科學家研究熱情。縱觀機械制造、特種機械加工的技術發展，其背后主要是社會需求的推動，并結合時代技術發生轉變。新時代背景下，智能化、信息化等技術手段層出不窮，政府應根據社會需求及時代技術特征積極推動產學研合作，加強政策性促動要素投入，激勵科學家探索新技術背后的專業技術因素。第三，行業內部應立足于促進現代機械制造與加工行業的健康發展，以此形成行業促進單位。社會是技術發展的根本需求者，行業作為接觸需求最直觀的主體，應積發揮出題者作用，立足現代機械制造與加工行業的健康發展形成行業促進機制，進而帶動我國產業技術提升［5］。