1、1走产学研道路发展高效切削技术胡俊辉 李铸宇 刘钢 陈明（上海交通大学 上海市华山路 1954 号 200030）摘 要：现代制造技术的特征是高效、精密、复合、智能和环保，切削技术作为制造技术的主要基础工艺在近年来获得很大发展，对其机理和应用技术研究正在不断深入。现代切削技术对刀具的要求是高精度、高效率、高可靠性和专用化，各类先进切削技术都会涉及到关于刀具、工艺过程和工件材料的共性技术，如刀具设计技术、刀具材料技术、刀具成形技术、刀具涂层技术、刀具测量技术、刀具切削性能评价技术、刀具数据库技术和材料切削加工性评价技术等。上海交通大学切削磨削与刀具研究基地基于切削加工共性技术特点，建立了比较完善
2、的关于刀具和工件材料的切削加工性能评价体系和刀具/切削加工工艺数据库。通过产学研结合，与相关的材料供应企业、刀具制造企业和刀具应用企业进行密切合作，取得一系列既有较高学术价值又有重要实际应用价值的成果，形成了基础科学研究促进应用技术发展、从应用技术中提炼科学问题的良性循环。本文首先介绍了切削加工共性技术概念，然后以奥氏体不锈钢高效钻削钻头的开发过程为例，探讨相关的刀具切削加工性能评价技术；以易切削钢为例，探讨材料切削加工性评价技术；以钛合金高速铣削为例，探讨切削工艺参数与工件加工表面质量之间关系。本文认为，高效切削技术应用成功与否，涉及刀具制造企业、刀具应用企业和材料供应企业，涉及环节多，走产
3、学研结合道路是发展高效切削技术的捷径。关键词：高效切削技术；切削性能评价；实验研究；应用；产学研中图分类号：TG1461. 引言切削技术作为制造技术的主要基础工艺，进入了以发展新刀具、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套装备技术为特征的发展新阶段 1-2。现代制造技术的特征是高效、精密、复合、智能和环保，因而对刀具的要求是高精度、高效率、高可靠性和专用化。高效切削技术应用成功与否，涉及刀具制造企业、刀具应用企业和材料供应企业，涉及环节多，走产学研结合道路是发展高效切削技术的捷径。上海交通大学切削磨削与刀具研究基地在工件材料切削加工性评价研究、新型刀具开发和刀具切削性能评价研究、数控加工工艺过程
4、优化和刀具/ 切削数据库研究方面进行了卓有成效的工作，积累了宝贵的经验和大量数据。形成了关于切削加工共性技术研究的实验方法和推广应用模式，形成了产学研的良好互动。分别与上海宝山钢铁股份有限公司、上海工具厂有限公司以及相关的航空、航天、汽车和模具制造企业建立了产学研合作关系，一方面解决了企业关心的高效切削技术难题；另外一方面，完善了关于刀具和工件材料的切削加工性能评价体系和刀具/切削加工工艺数据库。基于产学研合作模式，为企业培养了一批技术骨干，同时也为社会培养了一批从事切削加工研究的专业人才，积极推动了切削加工技术的健康发展。各类先进切削技术都会涉及到关于刀具、工艺过程和工件材料的共性技术，如刀
5、具设计、刀具材料、刀具成形、刀具涂层、刀具测量、刀具切削性能评价、刀具数据库和材料切削加工性评价等技术。本文对切削加工性能评价体系涉及的刀具、工件和加工系统进行了详细的分析和阐述。还介绍了刀具/切削加工工艺数据库，用户使用该系统可以方便地针对所加工的材料选定加工刀具和优化切削参数，对工艺过程进行优化，对加工过程的经济性和加工效率进行客观评价，并有利于制造企业物流资源的优化配备和2管理。2. 实验条件和方法研究基地所使用的加工设备有 DMU70V 高速加工中心和 INDEX G200 数控车削中心；刀具涂层设备系统。实验工件材料包括普通合金钢、高强度钢、易切钢（12 种） 、不锈钢（马氏体、奥氏
6、体和铁素体） 、淬硬模具钢（3 种） 、钛合金（8 种） 、硅铝合金（共晶、过共晶） 、铝合金（3 种） 、铸铁（灰铸铁、球墨铸铁） 、金属基复合材料（各种 SiC 含量） 、纤维增强复合材料（凯夫拉） 、防护橡胶、高温合金（9 种）以及陶瓷等等；刀具材料包括高速钢、硬质合金、金刚石、立方氮化硼（CBN）以及陶瓷等；刀具的表面处理有氧化处理、TiN 涂层、TiAlN 涂层、TiCN 涂层、TiN+Al 2O3+TiCN 涂层、AlTiN 涂层、金刚石涂层、类金刚石（DLC）涂层以及十余种国内外品牌刀具的复合涂层；使用的刀具包括铣刀、钻头、车刀、丝锥等。按照刀具切削加工评价体系指导各类切削实验，
7、其体系图如图 1 所示，在图中列出了大部分实验评定指标。数据的采集和分析分为在线和离线两大类。图 1 切削加工评价体系简图在线数据采集和分析是对加工过程进行动态监控。采用 Nikon 显微镜以及配套的数码照相机实时采集刀具、工件和切屑状态，导入专用的测量软件来进行图像分析；切削力的测量采用 KISTLER9272 四向压电式测力仪和超精密 SDC-DJ2SMM 应变式测力仪，以及相应的数据采集与处理系统；采用 Bruel Sun, FH; Wang, HL, etc. Experimental research on the dynamic characteristics of the cut
8、ting temperature in the process of high-speed milling. Journal of Materials Processing Technology, 2003,138 (1-3): 468-4719) Chen, M; Liu, GL; Sun, FH, etc. Investigation of chip formation mechanism and surface integrity in high speed milling titanium alloy. Key Engineering Materials, 2003,233 (2): 489-495.
