超硬材料網

　　數控車床操作工小劉被急忙送往醫院，他的手臂被劃開了一道深深的傷口，血流不止。而引發事故的原因，并非工人操作不慎，而是被纏繞在加工零件上鋒銳滾燙的金屬切屑割傷…… 　　金屬切削，在機械加工行業中并不鮮見。尤其是在汽車零部件、數控機床等采用超硬刀具的精密制造領域中，每天都有大量的機械零部件需要通過車削加工產出。該產業規模已達近百億元。然而，在這巨大產量的背后，卻也存在著一個亟待解決的安全隱患——金屬切屑纏繞。這不僅影響企業的加工效率，增加企業生產成本消耗，甚至還威脅著操作人員的人身安全，由于缺乏有效措施，該問題一直沒有得到很好解決。
　　目前，這一困擾企業多年的難題，有望被寧波大學機械學院的一個學生團隊攻克。憑借超硬車刀斷屑器這一研發裝置，該項目組在不久前結束的浙江省第十五屆“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽中榮獲特等獎。

　　“外國企業能做的，我們也能做到”
　　吳劍釗，機械學院2015級機械工程專業的研究生，也是該項目組的負責人。在企業的一次生產實習的經歷，讓他記憶猶新：“我親眼看見工人被飛濺出來的長金屬切削割傷、燙傷，那場景讓人觸目驚心。當時就想：有沒有什么辦法能夠實現有效斷屑，避免事故再發生。”
　　回到學校，吳劍釗開始查閱文獻資料，發現結果不盡人意。盡管超硬車刀的應用范圍十分廣泛，且產業規模已達近百億元，但現今在市場上銷售的超硬車刀卻基本上不具備斷屑功能，僅有諸如德國貝克、日本三菱等極少數外國企業，能夠生產出帶有斷屑槽的超硬車刀。
　　然而，斷屑槽車刀的應用仍存在發展瓶頸。“一方面，目前加工斷屑槽需要采用激光雕刻，加工難度大、成本高；另一方面，超硬刀片本身厚度薄，若強行采用開槽加工，將影響到刀片性能和強度。此外，同一斷屑槽車刀的尺寸很難適應不同的切削條件”，吳劍釗說。
　　如何研發出性能穩定，成本低廉、適用面廣的超硬車刀斷屑產品成了關鍵。
　　當吳劍釗表達想要做一款“物美價廉”的斷屑裝置時，卻引來了不少人的質疑。“這些制造強國里的制造名企都沒研發出來，你一個研究生就能夠做到？”面對大家的不解，他并沒有氣餒，反而更加堅定了自己的目標：“當時就有一個信念：外國企業能夠做到的，我相信我們也能做到。” 　　吳劍釗的團隊小成本，解決企業大難題
　　實現金屬切屑的細碎化，避免出現堆積纏繞現象是斷屑裝置最基本的功能和要求，也是讓操作人員生命安全得到保障的關鍵之處。最終，通過查閱國內外大量資料，經過反復進行邏輯演算與實驗后，吳劍釗的項目組找到一種切實可行的解決方案。
　　“基于某日本學者的切屑折斷理論，發現通過在超硬車刀上裝夾斷屑裝置可以使長切屑彎曲變形，減少切屑曲率半徑，增加內部應變，從而實現斷屑。這是關鍵的一步，讓解決方案找到了頭緒，也為后續工作的開展打開的勝利大門”，吳劍釗說。
　　經過一年多的努力，項目組依據原有車刀結構，設計了一款裝夾牢固，可供調節的超硬車刀斷屑器，并在此基礎上先后申請5項專利，發表3篇核心期刊論文。
　　在保證性能穩定的同時，項目組還使超硬車刀斷屑器的研發使成本大大降低。“目前帶有斷屑槽的超硬車刀售價在180元-190元，僅斷屑槽委托加工成本就達80元左右。而我們一套裝置斷屑器的超硬車刀售價在100元左右，斷屑器所需成本經估算僅需3—5元。”
　　這一研發裝置，不僅在鄭州、寧波等多家企業中得到了良好試用，還先后獲得了中國工程院院士周豐峻、侯曉，教育部“長江學者”特聘教授、南京大學博士生導師吳興龍，國家“千人計劃”入選專家、中科院寧波材料所先進制造技術研究所副所長張文武和寧波拓普集團股份有限公司吳總工程師等行業內外專家學者的廣泛認可。周豐峻院士更是在推薦信中予以大力表揚，認為“發明真實有用，有較好應用價值，解決了長期不夠完善的問題”。
　　由于性能優越，成本低廉，目前，項目組已經和與寧波銳克陶瓷有限公司簽訂了批量生產合同，與寧波大虹工具有限公司和鎮海為民工具廠達成經銷合作意向。

　　“做一個大國里小工匠”
　　眼前的超硬車刀斷屑器，長120mm，寬25mm，高30mm毫米，重500g，和一把電動剃須刀大小重量相差無幾。
　　“這東西個頭雖小，可就好比圓珠筆芯。要想研發出來，可沒那么容易。”談起研發過程，吳劍釗感慨不已。在研發過程中，他愈發感覺單個人的力量過于單薄，僅理論研究這一塊，就已經讓他吃不消，“實現‘彎道超車’，靠的不是響亮的口號，而是實際的行動，需要團隊的努力” 。
　　于是，他“忽悠”了來自同一學院，并同為寧波大學青年人才學院第九期學員的陳家琦、蘭浩。“‘青才’匯聚了各學院的優秀青年人才，對項目發展幫助很大。
　　要解決斷屑性能穩定問題，就必須有科學嚴謹的理論進行支撐。該項目組首先從斷屑機理著手，開始在圖書館和實驗室里打起了持久戰，并利用一切機會向學院來訪的專家學者請教。請教周豐峻院士便是其中一例。“院士來一趟學校不容易，為了讓周院士給我們項目指導指導，我和吳劍釗兩人晚上9點左右還跑去他入住的賓館請教。他人非常和藹，沒有責怪我們，反而在仔細聽了我們的介紹后給予了充分肯定，還寫了推薦意見！現在想想，當時真有些‘初生牛犢不怕虎’！”項目成員之一，機械學院2014級工業工程專業的蘭浩說。
　　東西好不容易研究出，可一開始卻在市場應用上碰了壁。負責市場推廣的蘭浩體會最為深刻，“(我)前后給上百家企業打了500多個電話，承諾給予試用機會的卻寥寥無幾。好不容易有了機會，卻又發現和實驗室的效果不一樣，能‘夾’不能‘調’，能‘調’又‘夾’不住，一點也不實用。”為此，項目組深入工廠車間，和技術工人共同探討，聽取改進建議。最終，在“槍斃”掉十余種方案后，終于研發出裝夾牢固，可供調節的超硬車刀斷屑器。
　　此外，為了斷屑器能適應不同的切屑條件，規避使用者依靠經驗帶來的操作風險，團隊決定依據斷屑區域推導理論開發軟件，研發具備刻度的可精準調節斷屑器。擅長建模分析的陳家琦主導這一塊：“目前軟件著作權申請已經提交”。
　　“這東西雖小，但要想做好，也得精益求精，不斷研磨。這是大國‘工匠精神’的重要內涵，我們也想做大國里的一個小工匠。”吳劍釗一臉堅定地說道。