先进制造技术与特种加工

先进制造技术与特种加工

黄 恺

1． 孔加工

深孔加工，油缸缸体孔，通孔与盲孔，套料，耐热合金小孔加工，微小孔加工，激光束电子束离子束弯孔加工，特种型材拉丝模模具加工。

2． 特种材料加工

陶瓷加工，玻璃、大理石水切割加工，整体硬质合金钻头、铣刀加工。玻璃、硅片表面压制小坑： 在纳米的世界里，物质发生了神奇的变化。二氧化硅陶瓷在通常情况下是很脆的，但当二氧化硅陶瓷颗粒缩小到纳米级时，脆性的陶瓷竟然具有了韧性。据《日刊工业新闻》报道，脆硬材料容易破裂，但在长度不足1微米的情况下，材料表面就会显示出光滑、不易破裂等特性。利用这种特性，就可以在纵深方向上作压制加工而保证不使其破裂。

学者们首先对进行纵向加工的钻石工具作了进一步加工。他们在工具尖端60微米见方的区域内制做出342个边长为1微米的四方突起，突起之间设有1.7微米的离子束（FIB）装置。实验时，他们使用这种工具对玻璃和硅的表面在几秒钟内施加1至5牛顿的压力，结果发现普通玻璃上出现了300纳米深的小坑，且玻璃没有破裂。此外，利用这种方法在耐热玻璃和平面硅上也能压出分别为75和45纳米深的小坑。

3． 微细加工与纳米技术

用金刚石刀具超精密切削加工有色金属和非金属、能获得Ra0.02-0.002μm的镜面。仔细研磨刀具时、可切1nm厚度的切屑。这种方法用于平面、圆柱面和非球曲面的镜面切削加工。最近新发展的金属结合剂砂轮的在线电解修整砂轮的ELID镜面磨削技术、可以加工出Ra0.02-0.002μm的镜面。精密研磨抛光可以加工出Ra0.01-0.002μm的镜面。 目前、量块、光学平晶、集成电路的硅基片等、都是最后用精密研磨达到高质量表面的。

用微小机器人群进行超精密加工是国外20世纪90年代中期制造技术领域发展起来的高技术，完全突破了传统机床加工的概念，不是把工件放在机床上加工(即机床远大于工件)，而是把微小机器人放在工件上"爬"进行加工(工件远大于加工设备--微小机器人)。即用蚂蚁啃骨头方式，一群微小机器人构成一个加工系统，由计算机、传感器及信息通讯等组成的控制系统来控制。

所谓纳米科技，就是在0.1纳米到100纳米的尺度上研究物质的特性和相互作用，并利用它制造具有特定功能产品的科学与技术。纳米科技的萌芽来源于诺贝尔奖得主物理学家理查德·费因曼在20世纪50年代的两次讲演，但是把理查德·费因曼的设想推进一大步的是美国科学家德雷克斯勒，他在1986年出版的《有创造力的发动机》一书中，描述了这样一幅动人的场景：成群的有自我复制能力的机器人在地毯上或书架上爬行，把灰尘分解成原子，再把原子复原成餐巾、肥皂或纳米计算机等诸如此类的东西。这个设想激起了无数科学家的热情，现在用纳米管制造的世界上第一个单分子晶体管已经可以在室温下工作；"纳米火车"以神经细胞中的微管片段为车厢，以牛脑中的驱动蛋白为牵引机车，正在实验室的轨道上急速前行；一个分子大小的马达以每秒钟3到4圈的转速转了40分钟。在中国，用纳米技术制造的涂料刷上了立交桥；股市上，"纳米概念"甚至成为吸引投资的一大卖点……手机越来越小巧，大型计算机的体积从一个房间缩小到一张书桌，这都是托了纳米技术的福。

微型机器人是一个非常复杂的机电系统，现在已有不少单位在研制小型和微型机器人。

日本名古屋大学研制成功不需电缆的管道微型移动机器人，可用管道外的电磁线圈控制其运动，随管外的磁力线而移动。 它可用于小尺寸管道检测，在生物医学领域的小空间内作微小工作。 一种微型单向运动模型直径为 6mm。 美国MIT人工智能实验室正在研制一种"蚊子机器人"用于收集情报和窃听。 医用超微型机器人是最有发展前途的应用领域。超微型机器人可以进入人的血管，从主动脉管壁上刮去堆积的脂肪，疏通患脑血栓病人的阻塞的血管。 外科医生可以遥控微型机器人作毫米级的眼网膜手术。 日本制定了采用"机器人外科医生"的计划，并正在开发能在人体血管中穿行、用于发现并杀死癌细胞的超微型机器人。