东北大学研发高速切削用新型刀具

2019-11-07 00:01栏目:学信档案
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  2018年初,日本日立金属株式会社邀请东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室为钛合金加工刀具镀膜,希望借助东北大学的技术优势,增强刀具的耐用性。这是东北大学首次为国外企业加工钛合金高速切削刀具,不仅打破了欧美企业对中国钛合金高速切削刀具的技术封锁,而且成功实现逆袭,标志着中国钛合金高速切削用新型刀具达到了国际领先水平。  钛是被广泛应用于航空航天、海洋工程、医疗设备等高端装备制造领域的一种重要结构金属。钛合金不仅制备难度大,而且在产品制造过程中切削加工难度更大,成为制约我国高端装备制造业发展的瓶颈之一。  钛合金硬度大于HB350时难以切削加工,小于HB300时又容易出现粘刀现象,也难于切削。在实际生产过程中,为防止切削温度过高,我国绝大多数钛合金加工企业采用“低速大切深小进给”的传统加工方式,刀具磨损很快。国外的优质刀具又对中国限制出口。残酷的现实使我国钛合金的切削速度和加工效率远远落后于欧美等发达国家。  研发钛合金高效切削用新型刀具,成为高端装备制造业和金属切削研究领域普遍关注的问题。2012年,东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室王强教授牵头申报的“航空航天高强轻质材料典型零件高速切削工艺及刀具材料研究”项目,获得了“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项课题资助。  课题组依托国家科技重大专项课题,联合中科院金属研究所等单位,共同开展航空航天用钛合金材料典型零件高速切削工艺和高性能刀具材料共性技术研究。针对钛合金“热导率低、弹性模量低和高化学反应活性”等难以切削加工性的特性,课题组集中团队力量认真研究,逐项解决了这些难题。  经过三年无数次的实验,课题组成功研发出具有国际领先水平的钛合金高速切削用新型刀具。刀具采用晶粒尺寸小于0.6μm表面呈梯度分布的超细晶梯度硬质合金刀具材料和功能复合纳米刀具涂层技术,成功克服了切削温度高、反应活性大时产生的切削效率低等问题,有效解决了刀具和钛合金间易粘结产生的切屑瘤等难题,为我国高端装备制造业发展奠定坚实基础  2014年,课题组研发的整体超细晶硬质合金铣刀、超细晶硬质合金铣刀片以及表面改性硬质合金铣刀片在某飞机工业(集团)有限公司进行了钛合金中央翼对接带板的切削加工。其中,整体超细晶硬质合金铣刀实现了160m/min切削速度的稳定切削,加工效率提高42.2%。实际应用表明,东北大学研发的涂层铣刀片实现了对钛合金零部件稳定的高速切削加工。  2015年课题组研发的超细晶粒梯度功能硬质合金车刀片经国家刀具质量监督检验中心检测,在以100m/min切削速度精车加工钛合金的条件下,切削性能超过国内外同类刀具,加工效率提高50%以上;在以60m/min切削速度粗车加工钛合金的条件下,切削性能与国内外同类刀具相当,加工效率提高50%以上。国家刀具质量监督检验中心的检测表明,东北大学研发的刀具性能超过国内外同类产品水平,总体技术达到国际先进水平,部分刀具产品国际领先,打破了国外企业长期的技术垄断。  随着钛合金高速切削用新型刀具的不断发展完善,课题组研发的刀具和技术赢得了众多企业的青睐。表面改性硬质合金刀具经深圳市海洲数控机械刀具有限公司粗加工铣削钛合金验证,在70m/min的切削速度下,磨损率减少64%,真正达到了削“钛”如泥的效果,获得刀具制造企业和用户的广泛好评。  在具体和生产实践中,课题组还逐步建立了典型钛合金零件高速切削加工工艺规范,显著提高了切削速度和加工质量,有效降低了加工成本。目前沈阳市和世泰通用钛业有限公司、日本日立金属都对东北大学钛合金高速切削用新型刀具表达了浓厚的兴趣,希望进一步加强合作。  课题组负责人王强教授表示,日前,中德(沈阳)高端装备制造产业园与东北大学签订战略合作协议,高速切削用涂层刀具项目落地中德园。即将进入批量生产阶段的钛合金高速切削用新型刀具,将极大地促进飞机、汽车等中国高端制造企业的发展,创造巨大的经济社会效益。(通讯员张广宏)

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