在高端制造迭代与国家重大装备升级背景下,高精密加工是航空航天等战略领域的核心支撑,其技术水平决定我国制造业竞争力。切削加工作为核心工艺虽体系完善,但在核心技术、产业落地等方面仍有挑战。笔者结合实践,从多维度解读其发展路径,为行业发展提供参考。

陈明 中国刀协切削先进技术研究分会副理事长兼秘书长
发展现状:高精密切削加工迈入提质增效新阶段
当前国内高精密切削加工技术发展势头良好,主要体现在研究切削先进工艺技术的硬件条件和软件环境配套良好,高校科研工作布局和企业问题导向实现良好互动,资源配置合理,能够围绕国家重大需求有针对性地开展相关难加工材料与难加工结构切削工艺与刀具技术研究。
工艺层面体现在以下方面:(1)智能制造特色明显,围绕全工艺流程物理模型构建、数据挖掘重用等开展工作,获得高质量数据集,满足工艺过程与质量的高稳定性和高一致性;(2)清洁切削特色明显,围绕高速切削、干式硬切、微量润滑、低温冷风等开展工作,满足绿色、低碳等加工要求。
刀具装备层面体现在如下方面:(1)围绕面向高可靠性和智能切削的刀具技术开展工作,聚焦全工艺流程刀具寿命管理技术,研究具有预测与主动感知切削过程状态的智能刀具和智能刀柄技术;(2)围绕面向新的工程材料和特殊结构的刀具技术开展工作,聚焦复合材料、高强高硬材料、叠层结构、蜂窝结构、大深径比孔及薄壁复杂曲面结构等,开展刀具形性协同设计、高性能切削技术、高效低缺陷成形制造技术、涂层技术与刃口技术等工作,服务于航空航天、能源与汽车等高端制造业。
高校聚焦基础研究,企业推动成果转化,“产学研用”协同模式为行业发展注入动力。
差距审视:精准发力 破解核心技术瓶颈
我国高精密切削技术与国际先进水平仍有差距,核心集中在技术基础与软件支撑层面,制约行业高质量发展。
一是切削数据标准缺失,不同主体的数据格式、精度不统一,难以共享复用,无法形成规模化高质量数据集,限制智能切削技术发展。
二是核心软件与专用模型滞后,国内多依赖国外专用软件,自主研发产品存在差距;专用切削模型不完善,无法精准模拟切削过程,难以支撑工艺与刀具优化。
这些差距源于技术积累不足、产学研协同不深,需聚焦瓶颈精准突破,构建自主可控技术体系。可以说,切削加工在高端制造领域应用广泛,但不同领域需求差异显著,结合应用实践,需精准适配,方可破解高端领域差异化加工难题,也只有在精准适配下才能发挥其技术价值。
航空航天、半导体及医疗器械等高端制造领域,对高精密切削加工的工艺、精度、效率要求存在显著差异,需要从刀具应用需求端入手,开展相关刀具设计制备与应用优化工作。以碳纤维复合材料孔加工为例,材料性能的各向异性导致制孔缺陷多发,制孔效率和精度受到严重制约,且零部件单件小批量、高价值,刀具设计理念、方法、性能评价技术和工艺制订方法均有特殊性。群孔加工质量一致性和可靠性要求高,零件单件价值高。传统的金属加工刀具设计制备与应用技术体系不再适用复合材料切削刀具。
针对性优化路径:刀具设计采用形性协同方法,优化几何参数与涂层;工艺上优化切削参数,采用微量润滑技术;建立全流程质量监测体系,确保加工一致性,有效破解该领域加工难题。
这表明,高精密切削技术落地需立足领域差异,精准优化才能支撑高端制造发展。
技术融合:协同赋能 推动加工水平迭代升级
飞秒激光和数字孪生等新技术与传统高精密切削技术互补共生,推动加工水平升级,是多能场复合加工与数字化发展的具体体现。
传统切削技术在精度、效率上成熟,但处理极端结构与高硬度材料时存在短板;飞秒激光可用于刀具刃口微纳加工等环节,提升刀具性能与寿命,为传统技术赋能。
数字孪生技术支撑智能化升级,通过构建虚拟模型实现加工仿真、实时监测与参数优化,减少试切成本,推动传统加工向智能化管控转型。二者融合将形成“传统工艺筑基、新技术赋能”的体系,大幅提升高精密加工水平。
破局之路:产学研协同 助力产业自主可控
面对核心技术壁垒、人才短缺等挑战,需行业协会、高校、企业协同发力,笔者结合中国刀协切削先进技术研究分会工作实践,提出协同发展路径。
推动产学研协同:搭建对接平台,促进成果转化;参与政策咨询与标准制订,完善切削数据、刀具设计等核心标准。
破解技术瓶颈:组织联合攻关,聚焦数据标准、数据集构建、专用软件等关键领域,推动技术自主可控;开展技术交流,提升行业整体水平。
培育专业人才:联合高校、企业,聚焦先进材料、智能制造、产品设计、机器人、人工智能和大数据等相关领域开展人才培养,缓解人才短缺压力。
未来中国刀协切削先进技术研究分会将深化协同,加大中小企业扶持,助力行业实现核心技术自主可控。
未来展望:锚定创新方向 开启高精密切削新征程
在智能化、绿色化的行业发展大背景下,结合切削先进技术的发展趋势,高精密加工行业将朝着“数据化、智能化、协同化、国产化”的方向迈进,呈现三大核心创新方向。
一是面向智能制造的切削磨削高质量数据集构建。随着人工智能技术在切削领域的深度应用,高质量数据集将成为核心竞争力。未来,行业将逐步完善切削数据标准,推动数据共享与复用,构建规模化、高精度的切削磨削数据集,为智能切削、工艺优化和刀具寿命预测等提供数据支撑,推动切削加工向智能化、精准化转型。
二是面向刀具全产业链协同工作知识平台建设。刀具作为高精密切削加工的核心装备,其设计、制造、应用、维护等环节的协同效率直接影响加工质量与效率。未来,将构建刀具全产业链协同工作知识平台,整合刀具设计、制造、应用等各类资源,实现知识共享、协同优化,提升刀具全生命周期管理水平,推动刀具产业高质量发展。
三是面向高端装备制造的全国产化技术链构建。破解核心技术壁垒,实现自主可控,是行业发展的核心目标。未来,将聚焦高端装备制造需求,推动切削工艺、刀具装备及专用软件等核心环节的国产化替代,构建全链条国产化技术体系,摆脱对国外技术与产品的依赖,提升我国高精密加工行业的核心竞争力。
此外,人工智能技术将极大赋能切削磨削工艺,为行业发展注入新的活力。随着人工智能与切削技术的深度融合,将实现工艺参数的自动优化、切削过程的实时管控、故障的精准预判,大幅提升加工效率与质量。同时,机床行业也将迎来重要发展窗口期,特别是高精密切削技术的升级,对机床的精度、稳定性与智能化水平提出更高要求,将推动机床行业向高端化、智能化转型。
高精密切削加工是高端制造的基石,也是我国制造业转型升级的关键支撑。当前,我国高精密切削加工行业正处于机遇与挑战并存的发展阶段,既要正视与国际先进水平的差距,精准破解核心技术瓶颈,也要立足自身优势,推动技术创新与产业融合。相信在产学研协同发力、行业各界共同努力下,我国高精密切削加工技术将实现跨越式发展,逐步实现核心技术自主可控,为我国高端制造业高质量发展提供有力支撑,在全球制造业竞争中占据主动地位。
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