從實踐中來 到實踐中去——訪北京工業大學機械工程與應用電子技術學院副院長劉志峰教授

本刊記者/Reporters 李 靜/LI Jing，劉文元/LIU Wenyuan

撰稿/Author 劉文元/LIU Wenyuan

特種加工亦稱“非傳統加工”或“現代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學能、化學能、聲能及特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工方法，從而實現材料被去除、變形 、改變性能或被鍍覆等。特種加工近幾十年發展迅速，與傳統加工方式相比具有一定的優勢，因此我刊近些年也一直將特種加工技術列為主題欄目，采訪了不少的專家，從不同的角度來詮釋特種加工的發展和研究內容。本期我刊記者采訪了北京工業大學機械工程與應用電子技術學院的副院長劉志峰教授。

校企合作 獲益良多

北京工業大學承擔了一大批包括國家自然科學基金、“973”計劃、“863”計劃、科技支撐計劃在內的國家和北京市重大、重點項目。劉教授作為青年的科研骨干專家，也承擔了很多的課題研究，其中不乏與企業合作的項目。其中包括一個今年年底將要結題的“大行程（1 100 mm）數控單向慢走絲線切機床樣機研制”，還有一個正在進行中的“高性能電火花成形機床理論研究及分析”。

談及校企合作的兩個特種加工項目，劉教授講到，“大行程（1 100 mm）數控單向慢走絲線切機床樣機研制”是與一個民營企業共同合作的。目前該企業用銅絲做慢走絲，精度完全可以達到μ 級。而北京工業大學則重點解決其中的兩個問題，首先是在整體結構方面進行建模和有限元分析，其次就是重點解決熱造成的變形。通過理論分析和實驗分析，采集溫度變化所造成上下絲架的未知變化，最后得出銅絲在空間中的變化。而這些數據經過測試和分析之后若基本吻合，就可以說建模和所采用的數據是可信的，從而總結銅絲位置隨溫度變化的規律，然后反饋給系統，因此，硬件方面根本無需調整，只需在數控系統中將誤差補償回來即可。

而從“高性能電火花成形機床理論研究及分析”項目中則可以明顯看出特種加工的獨特優勢。在加工鈦合金等特殊材料時，盡管傳統的金切機床可以完成，但是主要靠五軸聯動，公式成本和去除的材料非常多；同時，刀具還應比工件的硬度高，這就對刀具也提出了更高的要求；盡管最終可以加工出想要的形狀，但一段時間之后，殘余應力的釋放和金屬件的恢復會使工件產生形變，并失去原來的表面光潔度和精度。而電火花加工則能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復雜形狀工件；加工時無切削力；不產生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；工具電極材料無需比工件材料硬；直接使用電能加工，便于實現自動化，在表面微細加工時效果很好。

劉教授認為學校與企業的深度合作，對學校本身可謂獲益良多。在高校中主要是理論和基礎研究，但研究對象卻直接來源于企業。因為高校有雄厚的理論基礎，企業帶著問題前來咨詢，高校可以幫他們把經驗變成方法性的、能長期使用的成果；同時，也能夠把企業已經做成的事情，通過參量化的設計和分析使其變形并用于指導實踐，保證變形后的實踐能夠成功。另外，北工大有很豐富的設計資源、分析資源和測試資源，這樣企業就不需要在這些方面投入很大。

在跟企業的合作中，學校最重要的是能得到真實的問題。因為在頭腦中想到和在文獻中看到的問題與企業在實際生產中遇到的問題是不同的，后者直接來源于生產實踐。因此，帶著具有實踐意義的問題去做項目，而非紙上談兵，不僅對于培養人才大有裨益，同時經過理論的改造和提升之后，也可以做出高水平的成果。

抓住機遇 面向未來

傳統的金屬加工機床分為很多系列，能達到很高的精度，但是在加工過程中受力和熱的影響非常大，不同材料和刀具的配合與其加工效果密切相關。而特種加工機床對材料范圍屬性的要求較小，對不同材料的加工性較好，非接觸加工無需接觸工件表面，對表面殘余應力和表面精細控制很好，并且可以幾種形式混合加工，形成復合加工工藝，達到一個更好的加工效果。劉教授說，這是特種加工的明確優勢，但是也存在加工效率低的問題。例如慢走絲加工機床、電火花加工機床等做精加工完全沒問題，但如果批量加工零件時仍然是傳統加工機床占優勢，特種加工機床在效率上有明顯的差距。

在談到中國的特種加工所達到的水平時，劉教授引用了“技術就緒度”的概念，它分為9 級，國外可能已經達到了7 級或8 級，中國目前差距還是非常明顯的。中國出口的特種加工機床主要是中低端產品，這種情況和金切加工機床是一樣的。但是這并不能說明中國的特種加工機床甘為人后。因為在傳統加工機床中數控系統非常關鍵，我國傳統加工機床的數控系統，質量好的基本上都是國外的；而我國特種加工機床的數控系統很多都是自主研發，所以在這方面完全可以突破、實現自主化，而不用像傳統加工機床那樣只是跟著國外跑。但是這個系統也要涉及到標準、體系和規范化，目前還沒有確立起來，不像傳統加工機床數控系統的幾大流派已經基本定型。所以特種加工機床領域，在這方面跑在前面，對于占據行業影響力的制高點是非常重要的。

劉教授認為特種加工的發展主要有兩方面值得一提，一是電加工機床，不僅在歷史上，而且在現在和未來都仍然會是特種加工機床行業的領頭羊。第二個新增長點則是作為3D 打印基礎的激光加工機床。

中國正在制定“中國制造2025”規劃，即到2025年步入制造強國行業，到2035 年時趕超德國、日本。然而，中國制造業大而不強主要有4 個原因：一是自主創新能力不強；二是產品質量問題還比較突出；三是資源效率利用比較低，能耗比較高，污染比較嚴重；四是產業結構不是很合理，低端產品產能嚴重過剩，高端產品能力比較差。對于這些問題，一個產業、及其制定行動的綱領和行動的計劃是可以解決的。我們應了解國內外特種加工制造技術的發展現狀，抓住“中國制造2025”這一寶貴的歷史機遇，將我國的制造業提升到新的水平，為更好地實現中華民族偉大復興的“中國夢”保駕護航！