机械特种加工技术发展趋势探索研究

胡羽沫

（广东理工学院 广东肇庆 526100）

经过了长达几十年的发展，中国已成为全球制造业最为强大的国家。然而随着2015年前后世界第四次产业、技术变革的到来，现代机械制造与加工工艺的应用与发展快速推进，人们对机械设备的功能与性能提出了更高的要求。为保持制造业优势，我国发布了《中国制造 2025》战略计划，作为未来很长一段时间国家制造业总体规划，其确立了包括高档数控机床和机器人、航空航天装备等在内的十大高精尖产业发展目标，而以上产业都与机械制造及特种加工工艺技术等紧密相关。因此，研究、探索机械制造及机械特种加工工艺发展已成为决定我国制造业强国、智能制造等战略发展成功与否的又一重要“变量”。

本文通过回顾机械制造及机械特种加工发展历程，根据当前社会发展需求，预测未来技术发展趋势，并在此基础上综合国内现状提出建议，以期为我国制造业发展提供支撑。

1 机械特种加工技术发展及对制造业的影响

伴随着机械制造尤其是先进制造技术的高精度、高效率的发展趋势，现代高技术产品零件也呈现出结构及形状越来越复杂、材料性能越来越严苛的情况，由此便对特殊性能材料加工提出了更高的诉求与挑战。在此背景下，机械特种加工技术应运而生。机械特种加工技术是指通过直接利用声、光、电、热、化学和特殊机械等能量去消除或添加材料的工艺技术，其主要实施方法包括电火花加工、超声加工、电子束和离子束加工、激光加工、快速成型、电化学加工等［1］。首先，国内外经验显示该技术的诞生可有效解决产品设计过程中不同类型的材料因表层加工产生的繁琐工艺、超精度等问题，同时可对快速成型技术中的快速试制变形工艺形成重要支撑，对进一步扩展产品设计中零件的材料和工艺有较大作用。其次，就机械制造中材料应用方面，该技术也能满足传统普通材料和新材料、超硬或特殊性材料的工艺需求，能够使材料加工不再受硬度、脆度、强度和韧性的局限，特别是一些表面存在凹面或硬脆的材料，采用特种加工技术可获得较好的加工效果。最后，机械特种加工技术使得机械加工向精细化转变，这一特点在产品修复方面得到了很好的体现，如在淬火热处理的工艺工序中使用该技术可有效提升产品合格率；在磨削成型加工过程中，可借助该工艺解决成型加工之后淬火热处理所导致的应变现象等。

总体而言，机械特种加工的出现推动了机械制造工艺技术的跨越式发展，改善了现代机械加工作业能效，是当前智能制造的重要组成部分。

2 现代机械制造技术与加工工艺的趋势发展

随着第四次产业、技术变革，大数据、信息化、智能化成为时代特征，并不断渗透于各个行业，也引发了制造业的全新变革。一方面，机械制造业加工技术的应用需求呈现出高精度、结构复杂化、“精益求精”诉求；另一方面，机械制造业加工技术发展呈现一体化、综合性、系统性的趋势。

2.1 机械制造业加工技术的应用需求

随着快速推进的现代机械制造与加工工艺应用及发展，人们对机械设备的功能与性能提出了更高的要求［2］。

①机械设备配套零件高精度诉求不断提升。生产力是制造业追求利益的重要倚仗，与高生产率对应的是产品质量，这里的质量不仅仅是产品本身的耐用程度，更涉及到产品精度，而由此延伸的问题就是机械制造效率与加工工艺所代表的产量与精度的对比。为实现数量与产品精度的同步提升，现代机械制造通过计算机精准控制产生快速加工成型技术，即生成立体光刻法、叠层实体制造法等，跳出了三维特点制约，实现了高精度与产量提升。但是这也仅仅是对当前社会需求而言，在未来发展过程中，以上技术俨然是难以满足需求的。

②不同行业对机械设备结构提出不同的应用需求。随着互联网的发展，机械制造已不仅仅是重型工业的专业设备，更关联到各个产业。行业的不同除了引发先进制造技术向着高精度、高效率方向发展外，更使得产品零件的结构形状愈加复杂，对材料性能的要求越来越高，进而对特殊性能材料的加工提出了更高的要求［3］。在特殊材料、复杂造型、高精度表面、低刚性工件及模具制造等领域中，需要精密加工、特种加工技术的参与。

③微细加工方面“精益求精”。当前，全球产品发展趋势向“微小体型”转变，零件细加工等需求不断增长，也使得微细加工技术工艺必须创新发展。根据技术工艺特点，已有如车、铣、磨、削、电镀、气相沉积等技术，结合有氧化、渗碳、离子注入、锻造、液晶定向、电火花等加工方式。

2.2 机械制造业加工技术的变革趋势

①现代机械制造与加工中相关技术工艺的应用具有一体化的特点。自20世纪80年代开始，机械制造开始趋向计算机应用化，机械制造、机械零件加工等逐步与自动控制理念、计算机技术、电子技术实现接触、融合。进入21世纪，机械工程自动化趋势不再是理念，而是逐步投放于实际生产过程中。已有机械设备大量加装计算机控制系统，并根据需要形成制造设置、加工参数完成自动控制，极大地改善了由于人为操作失误而产生的产品质量问题。

②机械制造与加工生产过程中，传统制造技术与加工工艺综合性逐渐凸显。传统制造技术与加工工艺综合性主要体现在机械制造与加工的生产作业中，在多种现代化理念与信息技术的推动下，机械化、自动化、微电子、光学等先进技术不断被融入制造技术中，逐步形成了机械制造与加工工艺的联动关系，综合性机械制造与加工成为了生产体系的主要构成。进入21世纪后，物联网、大数据等信息技术的产生更为现代机械制造与加工行业的发展形成了助力。

③机械制造与加工技术工艺形成了全新生产系统性。随着信息化、智能化的发展，现代机械加工生产流程由一个或多个计算机系统参与控制的比重逐步增加，在提高生产效率的同时避免了重大机械事故的发生，颠覆了传统机械工业中的既有认知，形成了较为高效、安全的生产系统。

3 我国机械制造业加工技术现状

我国机械制造行业起步相对较晚。新中国成立后，我国开始建设包括轻工业、重工业等在内的制造业体系，并在政府大力支持下取得了跨越式发展。截至21世纪初，我国机械工业企业已达到4万多家、机械机床拥有约300多万台、主要技术人员约900多万。制造业规模已经达到世界第4位，仅次于美国、日本和德国。2018年前后，我国制造业规模达到20%，超过美国，位列全球第一。尽管取得了较快的发展，但与工业发达国家相比较还存在很大的差距。同时，随着机械制造行业的不断发展，我国也不断受到其他国家的技术封锁。我国机械制造业问题主要表现为对外依存度高、关键技术领域存在“技术制约”现象、制造技术及工艺存在陈旧和落后、产品质量和技术水平参差不齐等方面。

3.1 制造业设备问题

当前我国机械制造设备对外依存度高。平均每年用于固定资产的上万亿元设备投资中，60%以上是引进的。在国家几个重点高新技术产业开发区中，机械制造设备引进率也高达57%。据机械工业联合会统计，工业发达国家新产品贡献率为52%，我国仅为5.9%。

3.2 自主核心技术实用性不足

在“核心技术方面”，具有独立自主知识产权的产品较少，多模仿、克隆国外技术产品。在政府的专项支持下，我国机械制造研发和创新方面的投资蓬勃发展。专利申请主要集中在与电气、能源、数字化和信息及生物技术、基础化学和食品等具高附加值的制造业。据国外专家分析，表示“虽然中国申请专利的数量之大令人惊叹，但是西方国家在批准专利上更为严苛，真正具有实用性的专利申请才可通过”。由此可见，我国的自主创新力度还需加强。

3.3 产品质量和技术水平参差不齐

机械制造业的快速发展离不开先进工艺技术和熟练的专业技术人员。根据机械工业联合会统计，我国现有的生产设备中，数控、精密、高效设备不足5%，自动化制造程度低，无氧化加热、无切削工艺比重低，机械制造业固定资产新度系数低于6个百分点，面临一定的企业装备陈旧、生产工艺落后问题。同时，由于激励机制不健全，对熟练技能工人的待遇不合理，导致工人缺乏钻研技术的热情，工人技能水平较低。

4 启示及建议

现代机械制造与加工行业该如何改革已成为当前智能制造不得不考虑的问题。特种机械加工作为其关键技术应提早布局前沿技术研究，以应对世界制造业发展变革和支撑我国制造强国发展。第一，加强专业化人才培养力度，涵养创新精神，提高人才创新能力。当前我国机械制造、特种机械加工人才的培养多以大、中职业院校为主，教师教学水平参差不齐，且教育内容相对陈旧，未来应进一步结合发展趋势丰富教学内容，形成先进人才培育模式；同时，改革专业教育模式，通过社会领域行业竞赛等手段激发学生学习的积极性［4］。第二，加大基础研究、前瞻性研究课题的设立，激发科学家研究热情。纵观机械制造、特种机械加工的技术发展，其背后主要是社会需求的推动，并结合时代技术发生转变。新时代背景下，智能化、信息化等技术手段层出不穷，政府应根据社会需求及时代技术特征积极推动产学研合作，加强政策性促动要素投入，激励科学家探索新技术背后的专业技术因素。第三，行业内部应立足于促进现代机械制造与加工行业的健康发展，以此形成行业促进单位。社会是技术发展的根本需求者，行业作为接触需求最直观的主体，应积发挥出题者作用，立足现代机械制造与加工行业的健康发展形成行业促进机制，进而带动我国产业技术提升［5］。