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    首頁  ?  新聞資訊  ?  行業動態  ?  精密超精密加工技術

           20世紀60年代初隨著航天技術的發展,精密超精密加工技術在美國首先被提出并由于得到了政府和軍方的財政支持而迅速發展,70年代日本也成立了超精密加工技術委員會并制定了相應發展規劃,將該技術列入高新技術產業,經過多年的發展,日本在民用光學、電子及信息產品等產業處于世界領先地位。近年來美國開始實施“微米和納米級技術”國家關鍵技術計劃,國防部成立了特別委員會,統一協調研究工作。美國勞倫斯利佛摩爾國家實驗室(LLNL)、摩爾(Moore)公司等在國際超精密加工技術領域久負盛名。日本相關機構重點開發民用產品所需的超精密加工設備及工藝,相機、電視、復印機、投影儀等民用光學行業的快速發展與其先進的超精密加工技術有著直接的關系,德國和瑞士也以生產精密加工及檢測設備聞名于世。從2000年開始,美國和歐洲開始實施納米制造技術研究和開發技術,進一步加強和推動了超精密加工技術的發展。


           國內真正系統提出超精密加工技術這一概念是從20世紀80年代,來源于航空、航天等軍工行業對高精度零件的需求。其發展的里程碑是非球面零件超精密加工設備的研制成功,該設備在這之前只有美國、日本及西歐等少數國家能夠生產,國內引進受到嚴格限制而且價格昂貴。到“九五”末期,國內多家單位陸續研制成功,徹底打破了國外的技術封鎖。隨著國內超精密加工設備及工藝方面的迅速發展,超精密加工技術的應用領域也從軍工行業擴展到民用行業。


    精密超精密加工技術的重要作用


           精密超精密加工技術可促進現代基礎科學的發展。美國航空航天局為了驗證愛因斯坦廣義相對論的重力場彎曲效應和慣性系拖曳效應兩項預言,從1963年開始計劃,但直到2004年才發射了一個利用高精度陀螺儀的測量裝置——引力探測器,用于檢測地球重力對周圍時空影響。其中陀螺儀的核心部件——石英轉子(38.1毫米)的真球度達到了7.6納米,若將該轉子放大到地球的尺寸,要求地球表面波峰波谷誤差僅為2.4米,如此高的加工精度可以說將超精密加工技術發揮到了極限。


           精密超精密加工技術是現代高新技術產業發展的基礎。交通、能源、信息、生物醫藥等高新技術產業的核心技術國內還沒有真正掌握,關鍵設備或零部件仍然依賴進口,如國內生產的高性能軸承由于材料、工藝等方面的原因,壽命遠遠不能滿足要求。近年國內開始研究的抗疲勞制造技術則是以被加工件的抗疲勞強度及疲勞壽命為判據,其中的核心技術之一是精密超精密磨削拋光工藝。


           精密超精密加工技術是現代高技術戰爭的重要技術支撐。超精密加工技術對國防武器裝備的發展具有重大影響,掌握超精密加工技術并具備相應的生產能力是國防工業涉入現代國防科技和武器裝備尖端技術領域的必要手段,上世紀90年代初,美國就將其列為21項美國國防關鍵技術之一。如武器裝備成像和制導等關鍵元部件的精度決定了精確打擊、超視距攻擊的能力,噴嘴及葉片等的精密加工及檢測則會影響航空發動機的性能。


           精密超精密加工技術是衡量國家制造水平高低的重要標志。制造技術不斷追求的目標是質量和效率,其中質量就是精度和性能。歐美等國精密超精密加工技術具有很高的水平,同時這些國家的制造業水平在全球處于絕對領先地位,而我國近些年來由于國家的重視,制造業有了長足的進步,但是目前還只能被稱作制造大國,為了向制造強國邁進,在關注智能化制造的同時也應重視精密超精密加工等基礎技術水平的提升。


    精密超精密加工技術的發展趨勢


           超精密加工技術基礎理論和實驗還需進一步不斷發展。超精密加工技術基礎理論是指在超精密加工過程的基本規律和現象的描述。例如,超精密加工工藝系統在力、熱、電、磁、氣等多物理量/場復雜耦合下的作用機理以及系統的動態特性、動態精度及穩定性如何保證等都需要得到新理論的支持。利用分子動力學仿真技術研究納米級機械加工過程,可描述原子尺寸、瞬態的切削過程,在一定程度上反映了材料的微觀去除機理,但這一切還有待于實驗驗證。被加工材料和工藝方法也在不斷擴展。隨著導彈飛行速度的增加,對頭罩材料的耐磨性和耐高溫性要求提高,頭罩材料已從紅外向藍寶石乃至金剛石發展,形狀也從球形向非球面乃至自由曲面發展,這對超精密加工設備、工藝及檢測技術提出了新的要求??蛊谥圃旒夹g要求控制工件表層及亞表層的損傷及組織結構、應力狀態等參數,為超精密加工技術提出了新的發展方向。微納結構功能表面的超精密加工技術得到重視。微結構功能表面具有特定的拓撲形狀, 結構尺寸一般為10~100微米,面形精度小于0.1微米,其表面微結構具有紋理結構規則、高深寬比、幾何特性確定等特點,如凹槽陣列、微透鏡陣列、金字塔陣列結構等,這些表面微結構使得元件具有某些特定的功能,可以傳遞材料的物理、化學性能等,如粘附性、摩擦性、潤滑性、耐磨損性,或者具備特定的光學性能等。例如,在航空、航天飛行器宏觀表面加工出微納結構形成功能性表面,不僅可以減小飛行器的風阻、摩阻,還可以避免結冰層形成,提高空氣動力學和熱力學功能,從而達到增速、增程、降噪等目的,同時表面特定的微結構特征還能起到隱身功能,增強突防能力。未來零部件將會增加一項功能表面結構的設計與制造,通過在零件表面設計和加工不同形狀的微結構,從而提高零部件力學、光學、電磁學、升學等功能,這將是微納制造的重要應用領域,2006年成立的國際納米制造學會經專家討論并認為,納米制造中的核心技術將從目前以MEMS技術逐步轉向超精密加工技術。


           超精密加工開始追求高效。超精密加工技術發展之初是為了保證一些關鍵零部件的最終精度,所以當初并不是以加工效率為目標,更多關注的是精度和表面質量。但是隨著零件尺寸的進一步加工增大和數量的增多,例如,激光核聚變點火裝置需要7000多塊400毫米見方的KDP晶體,如果沒有高效超精密加工工藝,加工時間無法想象。


           超精密加工技術將向極致方向發展。大到10米口徑的天文望遠鏡反射鏡、小到數微米的微結構特征的加工都需要超精密加工設備及工藝的支持,自由曲面光學曲面精度要求高、形狀復雜,有的甚至無法用方程表示,但由于其具有卓越的光學性能近年來應用范圍不斷擴大,其設計、制造及檢測等技術還有待于進一步發展。超精密加工技術正向極大零件的極高精度、極小零件及特征的極高精度、極復雜環境下的極高精度、極復雜結構的極高精度等極致方向發展。


           超精密加工技術將向超精密制造技術發展。超精密加工技術發展之初是為提高零件的精度和表面質量,通常用于最終工序。隨著產品要求的提高,某些零部件整個制造過程或整個產品的研制過程都涵蓋了“超精密”的概念。例如,隨著高精度慣性傳感器結構的微小型化、尺寸及形位精度的亞微米化,微小結構零組件裝夾、定位、找正的精細化,刀具的小型化、尺寸測量顯微化,微小結構零組件加工和裝配工藝等一系列技術難題要求建立系統的超精密微細加工設備及工藝、微細測量、組裝工藝技術平臺,實現由單工序的超精密加工向全過程的超精密制造的演變。


           大到天體望遠鏡的透鏡,小到大規模集成電路等微納米尺寸及特征零件的制造,超精密加工技術從發展之初一直面臨著不斷的挑戰。當前精密超精密加工技術在不斷研究新理論、新工藝以及新方法的同時,將向著高效、極致等方向發展,并貫穿零部件整個制造過程或整個產品的研制過程,向精密超精密制造技術發展。隨著我國精密超精密加工等基礎技術的不斷發展和進步,將為智能制造技術奠定基礎,最終實現從制造大國向制造強國的飛躍。



    精密超精密加工技術

    創建時間:2016-01-06 00:00
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