2018年初，東北大學(xué)材料電磁過程研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開始為日本日立金屬株式會社提供鈦合金加工刀具鍍膜。這是東北大學(xué)首次為國外企業(yè)加工鈦合金高速切削刀具，不僅打破了歐美企業(yè)對中國鈦合金高速切削刀具的技術(shù)封鎖，而且成功實(shí)現(xiàn)逆襲，標(biāo)志著中國鈦合金高速切削用新型刀具達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。
鈦是被廣泛應(yīng)用于航空航天、海洋工程、醫(yī)療設(shè)備等高端裝備制造領(lǐng)域的一種重要結(jié)構(gòu)金屬。鈦合金不僅制備難度大，而且在產(chǎn)品制造過程中切削加工難度更大，成為制約我國高端裝備制造業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。
鈦合金硬度大于HB350時難以切削加工，小于HB300時又容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，也難于切削。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為防止切削溫度過高，我國絕大多數(shù)鈦合金加工企業(yè)采用“低速大切深小進(jìn)給”的傳統(tǒng)加工方式，刀具磨損很快。國外的優(yōu)質(zhì)刀具又對中國限制出口，殘酷的現(xiàn)實(shí)使我國鈦合金的切削速度和加工效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美等發(fā)達(dá)國家。
研發(fā)鈦合金高效切削用新型刀具，成為高端裝備制造業(yè)和金屬切削研究領(lǐng)域普遍關(guān)注的問題。2012年，東北大學(xué)材料電磁過程研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授王強(qiáng)牽頭申報的“航空航天高強(qiáng)輕質(zhì)材料典型零件高速切削工藝及刀具材料研究”項(xiàng)目，獲得了“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項(xiàng)課題資助。
課題組依托國家科技重大專項(xiàng)課題，聯(lián)合中科院金屬研究所等單位，共同開展航空航天用鈦合金材料典型零件高速切削工藝和高性能刀具材料共性技術(shù)研究。針對鈦合金“熱導(dǎo)率低、彈性模量低和高化學(xué)反應(yīng)活性”等難以切削加工性的特性，課題組集中團(tuán)隊力量認(rèn)真研究，逐項(xiàng)解決了這些難題。
經(jīng)過3年無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，課題組成功研發(fā)出具有國際領(lǐng)先水平的鈦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細(xì)晶梯度硬質(zhì)合金刀具材料和功能復(fù)合納米刀具涂層技術(shù)，成功克服了切削溫度高、反應(yīng)活性大時產(chǎn)生的切削效率低等問題，有效解決了刀具和鈦合金間易粘結(jié)產(chǎn)生的切屑瘤等難題，為我國高端裝備制造業(yè)發(fā)展奠定堅實(shí)基礎(chǔ)
2014年，課題組研發(fā)的整體超細(xì)晶硬質(zhì)合金銑刀、超細(xì)晶硬質(zhì)合金銑刀片以及表面改性硬質(zhì)合金銑刀片在某飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司進(jìn)行了鈦合金中央翼對接帶板的切削加工。其中，整體超細(xì)晶硬質(zhì)合金銑刀實(shí)現(xiàn)了160m/min切削速度的穩(wěn)定切削，加工效率提高42.2%。實(shí)際應(yīng)用表明，東北大學(xué)研發(fā)的涂層銑刀片實(shí)現(xiàn)了對鈦合金零部件穩(wěn)定的高速切削加工。
2015年，課題組研發(fā)的超細(xì)晶粒梯度功能硬質(zhì)合金車刀片經(jīng)國家刀具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測，在以100m/min切削速度精車加工鈦合金的條件下，切削性能超過國內(nèi)外同類刀具，加工效率提高50%以上；在以60m/min切削速度粗車加工鈦合金的條件下，切削性能與國內(nèi)外同類刀具相當(dāng)，加工效率提高50%以上。國家刀具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測表明，東北大學(xué)研發(fā)的刀具性能超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品水平，總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分刀具產(chǎn)品國際領(lǐng)先，打破了國外企業(yè)長期的技術(shù)壟斷。
隨著鈦合金高速切削用新型刀具的不斷發(fā)展完善，課題組研發(fā)的刀具和技術(shù)贏得了眾多企業(yè)的青睞。表面改性硬質(zhì)合金刀具經(jīng)深圳市海洲數(shù)控機(jī)械刀具有限公司粗加工銑削鈦合金驗(yàn)證，在70m/min的切削速度下，磨損率減少64%，真正達(dá)到了削“鈦”如泥的效果，獲得刀具制造企業(yè)和用戶的廣泛好評。
在具體和生產(chǎn)實(shí)踐中，課題組還逐步建立了典型鈦合金零件高速切削加工工藝規(guī)范，顯著提高了切削速度和加工質(zhì)量，有效降低了加工成本。目前，沈陽市和世泰通用鈦業(yè)有限公司、日本日立金屬都對東北大學(xué)鈦合金高速切削用新型刀具表達(dá)了濃厚的興趣，希望進(jìn)一步加強(qiáng)合作。
王強(qiáng)表示，日前，中德(沈陽)高端裝備制造產(chǎn)業(yè)園與東北大學(xué)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，高速切削用涂層刀具項(xiàng)目落地中德園。即將進(jìn)入批量生產(chǎn)階段的鈦合金高速切削用新型刀具，將極大地促進(jìn)飛機(jī)、汽車等中國高端制造企業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)社會效益。
