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2011年3月15日 星期二
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研分金斷鐵鑽石刀 2理大學者獲獎


http://paper.wenweipo.com   [2011-03-15]     我要評論
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 ■理大張志輝及其隊伍,經年鑽研「超精密加工」理論與技術,將光學產品金屬切削的精細度提升至「納米級」,獲頒國家教育部自然科學二等獎。圖為他利用儀器測試光學產品。香港文匯報記者梁祖彝 攝

——「納米級」切削規律助製光學產品 獲高校科研二等獎

 香港文匯報訊(記者 黃德正)鑽石恆久遠,不單譜出段段浪漫愛情,應用在工業上,更是削鐵如泥的寶刀,是金屬切削加工過程中不可或缺的工具。「超精密加工」利用鑽石刀具,為金屬削出特定的表面,達至所需的光學效果,以製作各種光學產品,為人們帶來更清晰、更高解像度的感觀享受。過去業界主要依賴技師的切削經驗和人手「撞彩」測試,欠缺嚴謹的科學理論。香港理工大學工業及系統工程學系副教授張志輝及講座教授李榮彬,經年努力終研究出各種金屬材料的切削機理和規律,更以此製作出科學化的模擬和測量機制,將金屬切削的精細度提升至極致的「納米級」。有關研究獲國家教育部頒授2010年度高校科研優秀成果自然科學二等獎,表揚他們於相關研究領域的貢獻。

 機械零件中的光學組件是由不同金屬加上其他材料組成,並靠金屬造成的「表面生成」,達到不同光學效果,例如相機鏡頭、望遠鏡等。張志輝解釋,「表面生成」是透過「超精密加工」(Ultra Precision Machining)技術,將原本的金屬切削成特定表面的過程,以將金屬粗糙度控制至納米級,大大提升其精密度,「『表面生成』又稱『光潔度』(Accuracy),技師會因應不同的光學效果切削出不同的『表面生成』效果」。他舉例說,若要顯示出的影像越細緻,無論是曲面或平面,其金屬表面便要越光滑和平衡。

大減實驗性切削成本

 張志輝表示,業界過去主要靠技師經驗,判斷所需的切削技術和加工條件,但往往因為加工條件控制失當,影響「表面生成」的效果,「不同金屬材料,以不同的切削速度、鑽石刀的振動頻率等,可達到不同的『表面生成』效果」。由於缺乏系統化數據,技師往往需要進行多次實驗性切削,才能造出較理想的效果。張志輝形容,傳統加工過程無異於「撞彩」,由於每柄鑽石刀具動輒數萬元,使用上百次便告報銷,令生產成本大增。

模擬數據助提升品質

 二人的研究成功為不同材料的「表面生成」,發現及歸納出所需要的切削條件和形成規律,並建立一套分析模型,透過電腦模擬取代人手測試,進行納米表面輪廓仿真。由於在正式切削前已計算出各項切削數據,切削儀器可根據相關數據運作,令「表面生成」效果更精確,亦能製作出效果更細膩的產品。

 張志輝舉例說,若要切削出表面更光滑的鋁材,要先測量出鋁材和刀具的相對振動數據,透過控制切削速度、轉速、刀尖半徑等切削條件,確保能切削出更光潔的表面。他們亦可以透過頻譜分析,取得其他光學製成品的切削數據,猶如為產品「驗指紋」,透過有關數據資料,更能提升切削品質,「切削過程中可能出現回彈,即俗稱的『材料發水』,情況就如割破傷口後引發紅腫和敏感,因此要審視當中有甚麼條件出錯」。

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