【项目名称】

高效切削刀具设计、制备与应用

【所属学科群】

机械工程

【所获奖项】

2018年上海交通大学“科研成果奖”一等奖

【获奖感言】

刀具虽小，学问很大，常常被比喻成机床的牙齿，起到四两拨千斤的作用。我国刀具消耗全球第一，但高效刀具长期依赖进口，严重制约了重大装备研制国产化水平的进一步提高。研究团队用“二十年磨一刀”的坚持，在高速切削和先进刀具设计、制备与应用等方面收获颇丰，成果广泛应用于航空、航天、汽车、汽轮机和发动机等重大装备制造领域。高效切削刀具国产化对我国重大装备研制技术安全性起到保障作用，促进了高端制造业可持续发展。

【项目简介】

针对高效切削刀具国产化过程中面临的挑战，构建了刀具形性协同设计技术体系；突破了刀具材料-结构-性能一体化协同制备关键技术，发明了形性可控的微纳复合金刚石涂层刀具制备新技术；提出了复杂型线高速钢刀具高效精密成形新方法；发明了重载高效切削超硬刀具刃口成形新技术。开发出金刚石涂层刀具、复杂型线高速钢刀具和超硬刀具等系列化产品，应用于整体薄壁结构件、难加工材料零件和复合材料叠层构件高效精密加工生产线。

【成就与应用】

建立了具有自主知识产权的金刚石涂层刀具生产线并在行业内推广；构建了高效切削复杂型线刀具制备技术链，为百万千瓦级汽轮机和重型燃机国产化提供大规格型线轮槽铣刀和组合拉刀；开发了满足工序复合和载荷有序分布的重载切削超硬刀具，应用于军用大型钛合金坯锭生产线；PCD螺纹铣刀应用于汽车发动机生产线。科研成果“高速切削技术”被列入工业和信息化部“百项技术创新推进计划”，该计划重点聚焦当前制约重点产业发展的瓶颈，突出解决高端装备制造的关键共性技术。项目促进我国刀具行业科技进步作用显著；打破了国外技术垄断，保障了重大装备研制技术安全；降本增效作用显著，促进了制造业可持续发展。

【曾获奖项】

2017年度获得国家科学技术进步奖二等奖（排1）

2014年度获得中国机械工业科学技术奖一等奖（排1）

2008年度获得教育部科学技术进步奖二等奖（排1）

【研究历程】

高效切削刀具基本特征是高速、高精度、高耐用度。高速切削中力热强耦合导致刀具磨损严重，刀具精度和性能影响因素多，导致刀具控形控性精准设计难以实现；刀具制备技术链长，刀具稳定性影响环节多，实现刀具协同制备难度大；刀具和零件多样，导致刀具应用中工艺适配性差。在973、863、04专项课题支持下，研究团队与我国工具骨干企业和航空、航天、汽车、汽轮机和发动机等高端装备制造企业开展产学研合作达20余年，完成了基础理论创新和关键技术突破。研制的高效切削刀具规模化应用于高端制造企业，满足航空航天、能源、汽车等高端制造领域对刀具的高精度和长寿命要求。