采编 / 刘颖

来源 / 人才头条

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发动机是当代装备的灵魂，不论在航空航天、兵器路装或日常生活中都有着不可替代的作用。随着时代的进步，发动机性能越来越好，制造材料的性能也更为优异，但同时也赋予了其加工的难度，为了提升发动机性能，在“难切削”材料上进行微孔制造已经成为“卡脖子”的关键难题。

国内真正开始系统研究超声加工技术是从1980年代开始的，主要以振动切削机理试验研究为主。后来逐步扩大到1990年代的第二代研究力量，逐步研发实用性超声加工装置，并出现了椭圆超声加工技术，克服了单向超声振动切削的崩刃问题，为工程应用奠定了技术基础。

王鹏翔是一名中北大学机械工程特种加工方向的硕士研究生，今年即将毕业。未来，还将继续攻读大连理工大学的博士研究生。本科时王鹏翔便对超声辅助电加工产生了兴趣，加入微孔制造超声技术团队后，他探索了许多超声辅助的方法，例如超声内圆磨削、超声电火花微细加工、超声骨科手术刀、超声高速切削刀具等。以下是人才头条对王鹏翔的专访。

最初是如何选择这个方向的？

我的本科就是机械工程系、硕士是机械工程系特种加工方向。在读期间我对超声辅助电加工产生了浓厚的兴趣，发现它可以使电火花加工效率成倍的增长。

微小孔加工过程  图源/受访者

除此之外，对硬脆材料的超声加工在近期抢占了大量市场，市场规模大，前景优异。所以我探索了很多超声辅助的方法，且市面上超声辅助加工还未普及，有望与其他企业合作迅速抢占市场。

超声辅助电火花加工与传统电火花加工相比操作上有哪些不同？

传统电火花加工通过击穿极间介质烧蚀工件表面材料，加工精度高，但单位时间内放电次数低，导致加工效率很低，尤其是类似钛合金等难切削材料，效率极低。超声辅助电火花加工以附件的形式加装至电火花机床主轴上，可以带动电极丝以每秒4万次的频率在3-5微米的范围内振动，可以极大的提升单位时间内电火花的放电次数，且在小间隙的流体场中引发的空化作用、泵吸作用有效的促进排出废屑，降低电极消耗。

微小孔测量过程  图源/受访者

难点上：1.要注意超声系统的理论设计，谐振频率，结构用途等方面。2.在实际应用中要注意超声参数与电参数的耦合效应，这是当前超声辅助电火花技术的一大难题。3.要注意放电能量的精密控制，例如电压、电流、脉宽、脉间等参数。

超声参数与电参数的优化结果  图源/受访者

团队研发出的超声辅助电火花微细加工系统，有什么突出亮点？

我们结合电火花加工与超声加工的优势，应用“数字化”“信息化”“智能化”的手段，制作出了一套超声辅助电火花微细加工系统。

超声系统实际加工  图源/受访者

实验显示，在加工0.18mm、深径比20的钛合金材料微孔加工上，1.普通微细电火花机床加工时间为300s，且电极消耗严重。而超声辅助电火花机床加工时间只需60秒，极大地提升了加工效率。2.重铸层厚度减小，孔裂纹减少，这是由于超声空化作用产生的冲击波带走了废屑产出，使其无法落入孔表面产生重铸层。3.加工的表面粗糙度较普通微孔加工有很大降低，实现了高精密、高效率加工。

同时我们响应国家绿色制造的政策，制作出了高精度SERS传感器，可以实时检测机床工作液的成分，有助于分析加工过程中的反应过程并检测废液的污染物浓度；使用超声激光的检测手段实现了工件无损检测，防止破坏工件原有的结构和精度。

目前行业发展现状如何？

全世界超声电火花微细深孔加工技术的研究都仍不完备，精密控制理论不完全、耦合机理还不明确，仍然处于附件化的阶段。在该领域，SCI约50余篇，技术发展还不成熟。国内以大连理工、重庆大学、太原理工大学研究为主，目前国内外都在进行参数耦合机理、能量精密控制的研究，望我国抢占先机。

孔加工实物图  图源/受访者

我愿意将我本科-硕士-博士所有的时间都用以研究超声辅助领域，若可以突破技术壁垒，如耦合机理、能量控制等领域，该行业发展前景将十分广阔。目前，我们团队也已与四家公司展开产学研合作，努力推进超声行业工业4.0的进程。

未来行业有什么样的发展？

未来的特种加工行业势必跟随政策向着工业4.0的方向发展，在智能制造、绿色制造、数字孪生、视觉识别等方向发力，尤其是多耦合复合特种加工方向将迎来井喷式发展，例如：超声电火花技术、超声磨削技术、激光超声技术、激光电火花技术。

未来工业将从高精密、高效率向着超精密、超效率的方向发展，对高端装备的研发也会坐拥更高的优先级，打破国外垄断的态势，从中国制造走向中国创造，走进工业4.0时代。