謙和質(zhì)樸為人者師堅毅執(zhí)著如刀之鋒——訪北京航空航天大學(xué)機械工程學(xué)院教授陳五一

本刊記者/Reporter 余捷/YU Jie

陳五一教授：1951年出生，教授，主要研究方向為新材料加工理論與技術(shù)，先進(jìn)工藝裝備技術(shù)。1984年在太原機械學(xué)院（現(xiàn)中北大學(xué)）畢業(yè)獲碩士學(xué)位，1994年在英國伯明翰大學(xué)獲博士學(xué)位。現(xiàn)任北京航空航天大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，數(shù)字化設(shè)計制造北京市重點實驗室副主任。擔(dān)任教育部高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會機械設(shè)計制造分委員會委員，中國刀協(xié)切削及先進(jìn)制造技術(shù)研究會常務(wù)理事，被授予國防科工委“511”技術(shù)人才稱號。擔(dān)任Elsevier出版社《International Journal of Machine Tools and Manufacture》刊物副編委。

承擔(dān)并完成了多項國家自然科學(xué)基金等縱向課題和一些橫向課題的研究工作，所參與的“緊縮場技術(shù)研究”課題獲得2004年國防科工委科技一等獎、2005年國家科技進(jìn)步二等獎；獲得六項發(fā)明專利，一項實用新型專利。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和會議上共發(fā)表論文200余篇，其中SCI、EI、ISTP檢索100余篇，引用600篇次。

初見陳五一教授，是在去年瓦爾特舉辦的中國國際刀具技術(shù)研討會上，再見陳教授則是在北航新主樓他的辦公室內(nèi)，一桌一椅一書架，明凈的落地窗，布置簡單而不失大雅。訪談中，筆者深深為陳教授睿智而詼諧的言談所感染。

治學(xué)客觀嚴(yán)謹(jǐn) 數(shù)十年如一日

陳五一教授主要研究方向為新材料加工理論與技術(shù)以及先進(jìn)工藝裝備及控制技術(shù)，當(dāng)問及一直致力于這一領(lǐng)域研究工作的熱情從何而來時，陳教授用非常質(zhì)樸的言語說道，做刀具這一行當(dāng)?shù)娜撕芏啵肓诵兄缶拖氚堰@一行當(dāng)給做好，其實有的時候在什么時期從事什么樣的課題研究不是光由自己說了算，很大程度上與國家的支持與社會的需求緊密相關(guān)。上世紀(jì)90年代，眾多研究人員將目光和精力投向其他科研方向的時候，切削加工技術(shù)在當(dāng)時受到不小的冷落，甚至有不少研究人員都“改行”從事其他課題的研究，但陳教授卻是為數(shù)不多的從碩士一直到教授，從未停歇過對切削加工理論與技術(shù)研究的“老人”之一。

陳五一教授上世紀(jì)90年代在英國伯明翰大學(xué)獲得博士學(xué)位，他對這段國外的求學(xué)經(jīng)歷印象深刻。在學(xué)術(shù)上國外的科研成果都非常客觀，力求實事求是，在國內(nèi)，我們在表示判定時經(jīng)常用一個“很”字，但在英語中“very”這個詞很少用，喜歡用一些非常中性的詞。若是對自己的論點有確鑿、無懈可擊的論據(jù)來支持，那可以說是“definite”；如果支持的論據(jù)不是很充分、不夠完美，就可以說是“probably”，這個表意模糊的詞在學(xué)術(shù)論文中是可以出現(xiàn)的。學(xué)術(shù)研究中必然會有一些不確定性，科研工作者們需要客觀地看待。

相比較而言，制造業(yè)在眾多行業(yè)中是發(fā)展最為緩慢的一個行業(yè)。現(xiàn)在在很多設(shè)計領(lǐng)域諸如電磁場設(shè)計、機械設(shè)計等，許多人都能將其算得很精準(zhǔn)，但是切削加工領(lǐng)域中在刀尖上的計算，至今國內(nèi)外還沒有學(xué)者敢拍著胸脯說自己算得非常精準(zhǔn)。因為這本來就是一個很模糊的、不確定的領(lǐng)域，根據(jù)給定的加工條件很難準(zhǔn)確算出合理的切削用量，影響的因素太多、太復(fù)雜。既然這是個本身就比其他行業(yè)都要落后的行業(yè)，那總得需要些人靜得下心來搞研究。陳教授認(rèn)為，現(xiàn)在國內(nèi)刀具行業(yè)需要向國外學(xué)習(xí)的方面有很多，可以說是全方位的、環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)上都需要學(xué)習(xí)。航空航天行業(yè)進(jìn)口刀具占到刀具使用量的80%以上，這是多么龐大的一個數(shù)字，但是能進(jìn)口的到產(chǎn)品，卻進(jìn)口不到技術(shù)，更多的技術(shù)需要我們自主開發(fā)。

對當(dāng)今許多行業(yè)非常時髦的“跨越式發(fā)展”一詞，陳教授持謹(jǐn)慎態(tài)度，至少對于刀具行業(yè)，是需要一步一步循序漸進(jìn)的，我們不能只看到國外技術(shù)如何先進(jìn)、國外科技取得什么樣的成就，這是他們上百年來一步步所走出的經(jīng)驗，更深層次上來說，這些進(jìn)步更多的是建立在多年來足夠多的失敗教訓(xùn)積累基礎(chǔ)上的。科研工作者們大可發(fā)揮自己的主觀能動性，充分利用國家的支持，盡可能走快一些，但仍然要一步一個腳印，“跨越”仍需慎之又慎。

刀具業(yè)高速進(jìn)步 切削液用得其所

談及近些年來國內(nèi)刀具行業(yè)的進(jìn)步，陳教授笑稱，刀具行業(yè)的進(jìn)展很大程度上是被航空航天行業(yè)“逼”出來的。現(xiàn)在國內(nèi)能夠滿足航空航天制造要求的新刀具一直都層出不窮，行業(yè)內(nèi)不斷有難加工材料出現(xiàn)，材料越難加工，其所需要的刀具性能就要越好。從整個刀具的發(fā)展史上來說，同樣也是被加工材料的發(fā)展促使刀具的發(fā)展。1898年，美國的泰勒和懷特發(fā)明了高速鋼，就是被當(dāng)時出現(xiàn)的合金結(jié)構(gòu)鋼“逼”出來的。

隨著現(xiàn)代機械制造業(yè)的快速發(fā)展，切削技術(shù)和切削工藝的不斷創(chuàng)新對切削液的性能也提出了更高要求。尤其是近年來環(huán)境保護(hù)和人類健康日益成為全社會關(guān)注的焦點，再伴隨“綠色制造”理念的深入人心，很多工業(yè)發(fā)達(dá)的國家均開始大力倡導(dǎo)干式切削工藝，另外還有使用液氮冷卻或是噴氣冷卻的。但是這些方法雖然各有其自身的特點和優(yōu)點，但也存在一定的局限性。陳教授說，其實在切削加工領(lǐng)域，干式切削全面取代傳統(tǒng)切削液的濕式加工至少在現(xiàn)在還不是很現(xiàn)實，運用微量潤滑技術(shù)，努力改進(jìn)和優(yōu)化切削液的供液方式以及嚴(yán)格控制用量，切削液還是能夠用得其所的。

難加工材料層出不窮 刀具技術(shù)發(fā)展為先

減輕重量是飛機設(shè)計永恒的主題，而采用高強度材料和結(jié)構(gòu)是減輕重量的主要措施。航空發(fā)動機工作在數(shù)百至上千K的溫度，旋轉(zhuǎn)速度上萬轉(zhuǎn)每分，零件既要求輕又要求能在高溫下承受極端載荷，所以航空發(fā)動機零件的特點為：大量采用耐高溫、高強度的難加工和極難加工材料以承受高溫和極端載荷；工作在高溫、大應(yīng)力、動載荷條件下，對零件表面質(zhì)量有極高要求，零件表面粗糙度、加工殘余應(yīng)力、組織和缺陷對零件壽命極其重要。飛機結(jié)構(gòu)中的難加工材料主要有鈦合金、超高強度鋼以及復(fù)合材料，不同的材料都有其不同的加工特性。

解決難加工材料切削加工問題的關(guān)鍵是選擇最佳刀具，刀具性能試驗的傳統(tǒng)方法為：刀具耐用度試驗，進(jìn)行切削用量與刀磨損值關(guān)系的切削試驗，記錄刀具達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時的實際切削時間即為刀具耐用度；運用泰勒公式對上述試驗結(jié)果進(jìn)行回歸處理，得到切削用量與刀具耐用度之間的經(jīng)驗公式。3～4種刀具加工一種工件材料的標(biāo)準(zhǔn)耐用度實驗，需耗時數(shù)月，耗材數(shù)百至上千公斤，大范圍選擇刀具現(xiàn)實中難以實施，各個工廠只能從少量刀具中選用相對較好的，或只根據(jù)廠商推薦。

陳教授研究了如何才能在最少的工件材料消耗、最少的時間消耗下，最好是在幾天的時間內(nèi)篩選出大批的刀具，并率先提出了“基于刀具初期磨損的快速篩選技術(shù)”。該方法對初期磨損快，正常磨損就會快的假設(shè)進(jìn)行了統(tǒng)計檢驗，根據(jù)幾百條磨損曲線的統(tǒng)計規(guī)律得出：當(dāng)兩種刀具初期磨損率之比K＞3時，上述假設(shè)的置信度達(dá)90%以上，初期磨損快的刀具可以淘汰；當(dāng)1.5＜K＜3時，初期磨損快的刀具可以作為備選刀具；當(dāng)K＜1.5時，可認(rèn)為刀具耐磨性沒有差別，均可作為最佳刀具選用。該方法大大縮短了選刀時間，并且該技術(shù)從概率統(tǒng)計角度分析，選出合適刀具的事件是一個大概率事件，置信度達(dá)90%以上。

浸心研究避免眼高手低 鞏固基礎(chǔ)繼續(xù)做精做大

訪談末尾，陳教授舉了一個國外的實例來說明細(xì)節(jié)問題在整體發(fā)展中所起到的作用:六七年前，在與一家德國機床企業(yè)交流時得知，企業(yè)中有一位工程師專門研究機床安裝完成后，有哪些部位需要墊鐵，墊在什么位置才能讓機床運行更平穩(wěn)，這在國內(nèi)來看是多么不起眼的一件小事情但在國外卻傾注精力來做。陳教授也提出了對我國刀具行業(yè)發(fā)展的愿景，他希望國產(chǎn)刀具行業(yè)能夠先做精、再做大，只要科研工作者們能把這些不起眼的小問題一一琢磨透了，我國的刀具行業(yè)乃至機床工具行業(yè)才能夠有大的發(fā)展，趕超國外先進(jìn)制造技術(shù)的目標(biāo)也就不是紙上談兵了。