机械设计与制造新技术文章

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制造技术是古老而又不断刷新的生产技术。从18世纪起，在欧美就形成了近代机械制造业；第一次工业革命，到了19世纪又实现了制造机械化；这时，已经形成了一整套传统加工技术，即机械加工技术。随着机械寿命和材料强度的提高，使难切削材料愈来愈多，产品集成化使零件愈来愈复杂，产品小型化又提出了微细加工的需要，以及加工过程要求易於自动化等，使传统加工很难满足社会对机械制造业日益提高的要求。

从20世纪30年代到80年代，随着制造技术与电力技术和电子技术结合，爆发了第一次制造革命。在这些年代，一个接一个的发明并在机械制造业应用了一系列与传统加工完全不同的新加工方法，这些方法统称为特种加工，其中包括物理和化学加工，简称理化加工；电物理和电化学加工，简称电加工及其复合加工。从狭义加工到广义加工无论是传统加工还是特种加工，都有广义加工和狭义加工之分。

广义加工包括：变形加工、接合加工、减材加工和改性加工等。变形加工简称成形，是由一定体积的材料使其变形成为所需形状、尺寸和性状的毛坯、半成品或零件的工艺方法。在传统加工中变形加工有冷固态变形，主要靠超过材料弹性界限的机械力作用，例如冷锻、冷压、冷拔、冷轧和冷挤等；也有热固态变形，主要靠热能和机械力的作用，例如热锻、热压、热拔、热轧和热挤等；此外还有液态变形或半液态变形，主要靠热能，有时还加机械力的作用，例如铸造、压铸和注射成形等。

在特种加工中变形加工有放电成形、电磁成形和激光三维成形等。接合加工简称连接，是将两种或两种以上的材料或半成品连接在一起，使之成为半成品或零件的工艺方法。在传统加工中接合加工有压接、铆接、焊接和胶接等。在特种加工中接合加工有放电冲击焊接、电子束焊接、激光焊接和等离子焊接等。减材加工简称去除，是由大块原材料或有余量的毛坯逐步去除多余的材料，而得到所需形状、尺寸和性状零件的工艺方法。

在传统加工中，减材加工主要利用机械力的作用去除原材料或毛坯的多余部分，即用高硬度的刀具切削原材料或毛坯使之变成零件，例如车、刨、剃、锯、钻、镗、铣、拉、铰、攻丝等切削加工和磨削加工。特种加工中减材加工有放电加工、电解加工、激光加工、超声加工、电子束加工、化学加工、等离子加工和离子束加工等。改性加工简称处理，是用冷、热和化学处理以及腐蚀、抛光、包涂、合金化和喷丸等来改变材料、毛坯、半成品或零件内部、表层或表面的物理、化学或几何等特性的工艺方法。

狭义加工单指减材加工。虽然传统加工和特种加工都包含着广义加工，但它们都以减材加工为主要加工手段。随着精密变形加工和精密接合加工技术的进步，机械制造业以减材加工为主要精加工手段的局面被打破，代之以各种广义加工方法并用的局面。从减材加工到增材加工在进入20世纪90年代以来，面临动态多变市场的机械制造业，产品周期缩短、产品更新加快、品种增多、批量减少；产品的质量、价格和交货期已成为增加企业竞争力的三个决定性因素。

以减材加工为主要手段的制造业，难以满足如上的要求。为此，随着制造技术与材料技术、能源技术、微电子技术和信息技术的结合，以增材加工为主要内容的第二次制造革命就应运发生了。增材加工简称生长，是用类似生长的方法逐渐增加材料，直到生成所需形状、尺寸和性状的样件或零件。在传统加工的基础上，虽然有人试图用形状熔化或焊接，以及三维焊接来发展增材加工，但没有取得实用性进展。

后来又在特种加工的基础上开发了增材加工。它是采用粘结、熔结和聚合作用或化学反应等手段，选择性地固化液体材料或粘结固体材料等，以此制造所需形状、尺寸和性状的零件。这种制造技术是一种多学科的综合技术，包括：CAD技术、CNC技术、能源技术和材料技术等。采用这种制造技术可以在短短两天给顾客制造新型样件，它不是显示在计算机屏幕上的画面，而是一个实际物体。

如顾客不满意，可以立即在CAD系统中进行修改，再制造出一个新样件，直到顾客满意为止。专家预言，这种新型制造技术给制造业带来的影响，可以同数控技术相媲美。最初人们把它叫做快速原型制造或快速成形，至今还广泛使用这个名称。目前已有多种增材加工方法，其中应用较好的如化学法中的液态光敏树脂选择性固化、复合法中的纸基材料选择性切割、热物理法中的丝状材料选择性熔覆和粉末材料选择性烧结，以及喷射法中的粉末材料选择性粘结和基於创新的数字化喷射RP技术等。

“快速原型制造”或“快速成形”这个名称不是最合理，因为“快速”并非指加工速度快，而是指全部加工时间短；另外，现有的众多方法早已超出“原型制造”的范围。因此，采用“增材加工”这个名称，足以概括全部方法和应用，清楚地指出了加工原理，并能用其英文缩写MAM清楚地与减材加工的英文缩写MRM相对应。