只有專用才能高效——訪哈爾濱工業大學機械制造及自動化系教授、博士生導師韓榮第

2015-04-08 02:04:12Reporter劉文元LIUWenyuan

制造技術與機床 2015年7期

本刊記者/Reporter 劉文元/LIU Wenyuan

韓榮第：男，1942年生，漢族，中共黨員，二級教授，博士生導師。1965年7月畢業于哈爾濱工業大學并留校，2012年底退休。從教47年，一直從事各層次教學工作，多次獲得學校優秀教學成果獎、教學優秀獎和優秀教學設計獎；主編教材9部，參編4部，主審3部；發表教學研究論文10篇；培養碩士42人、博士13人。曾主持和參加國家自然科學基金項目、863重點項目、省市重點攻關項目和企業課題等30余項，3項獲部級科技進步獎，1項成功應用于某型號通訊衛星，撰寫高水平科技論文160余篇，其中EI、SCI、ISTP檢索90余篇。獲國家發明專利4項。

在國內最早研制成功小孔攻絲用修正齒絲錐，可在鈦合金、高溫合金、高強度超高強度鋼、奧氏體不銹鋼等難加工材料上高效攻絲；在國內最先解決了SiC顆粒或晶須增強鋁基復合材料制備構件的精密加工工藝問題；研制成功了微機控制步進電機式振動攻絲機，解決了鋁基復合材料的攻絲難題；解決了高效切削Ni基高溫合金用可轉位車刀的涂層材料及合理幾何角度的選擇問題，解決了Ni基高溫合金和高強度超高強度鋼鉆孔用硬質合金鉆頭合理幾何角度的選擇問題；首次提出并采用了過熱水蒸汽作切削冷卻潤滑劑，實現了難加工材料的完全綠色切削；首次用超聲波或磁化法處理乳化液，實現了節能減排。

在國內，刀具領域的研究專家可謂屈指可數，而哈爾濱工業大學機械制造及自動化系博士生導師韓榮第教授在切削與刀具技術方面深耕近半個世紀，本期主題邀請韓教授來分享其在切削與刀具技術方面的研究成果再合適不過了。近日，本刊記者有幸在哈工大就相關問題當面請教了韓教授。

近半個世紀的學術耕耘

20世紀80年代初，韓教授的重點研究方向是鈦合金攻絲。當時，全國相關領域的人們都在熱議難加工材料的加工問題，尤其是鈦合金的小孔攻絲。由于鈦合金的比強度高，在飛行器上的應用非常廣泛，但彈性變形大，用標準絲錐攻絲非常困難，絲錐經常會折斷。而前蘇聯的一種稱修正齒的絲錐使韓教授得到了啟發。他解釋說：一般標準螺紋的齒形角都是60°，絲錐的齒形角也必須是60°才能攻出60°的螺紋，但鈦合金的彈性變形大會，使得攻絲時絲錐的齒頂和齒側均產生很大摩擦，絲錐會因攻絲扭矩太大而無法工作；而修正齒絲錐齒形角為55°，用其攻螺紋時齒側形成了2.5°的側隙角（或稱副偏角），極大地減小了摩擦扭矩（鈦合金攻絲時，摩擦扭矩甚至比切削扭矩還大），如果正確選擇了絲錐的齒形角、主偏角和倒錐角，且滿足一定的幾何關系，經試驗證明就可以攻出60°齒形角的螺紋，且滿足螺紋質量要求，這種絲錐可減小50%～60%的攻絲扭矩。

除鈦合金外，難加工材料還有諸如高強度超高強度鋼、Ni基高溫合金、奧氏體不銹鋼等，這些材料的攻絲都極為困難。韓教授不禁思考，能否把這種修正齒絲錐應用于這些材料的加工？然而，不同材料的物理力學性能不同，刀具的合理幾何角度就應該不同，材料的強度越高，刀具前角就應越小。因此，加工不同材料所用修正齒絲錐的前角、后角、主偏角、倒錐角都不應相同。盡管切削難題解決了，但修正齒絲錐的生產卻并非一帆風順。因為這種專用絲錐在試驗階段并不能大量生產，沒有哪個工廠肯接小批量的訂單。于是絲錐的推廣暫且擱置。后來，由于上海的一家螺紋工具廠老板在專業期刊上看到韓教授的相關論文，遂與其取得聯系，這種修正齒絲錐才得以生產和推廣。

除此之外，韓教授的重點研究方向還有Ni基高溫合金用可轉位車刀的涂層材料及合理幾何角度的選擇問題，Ni基高溫合金和高強度超高強度鋼鉆孔用硬質合金鉆頭合理幾何角度的選擇問題，記憶合金Ni-Ti的車刀材料，硬脆材料的低頻振動攻絲，鋁基復合材料（SiCp/Al、SiCw/Al）車削（包括車螺紋）用金剛石刀具問題，等等；還逆向思維提出并采用了過熱水蒸汽作切削冷卻潤滑劑，實現了難加工材料的完全綠色切削，用超聲波或磁化法處理乳化液，實現了節能減排，等等。他桃李滿天下，培養的本科生不可計數，碩士和博士研究生55名。可以說，韓教授將其47年的學術生涯奉獻給了中國刀具的人才培養和科研事業，可敬可佩！

人才與切削實驗室缺一不可

近幾年，我國刀具企業之間的競爭日益激烈，放眼全國，大大小小的工具廠商比比皆是，為了參與競爭，各工具廠商也是絞盡腦汁。“但無論怎樣競爭，主要是打價格戰，做具體深入研究的廖廖無幾。”韓教授說。

鈦合金等難加工材料在航空航天、汽輪機等行業使用較多。目前，盡管進口絲錐的價格比國內同類產品高10～20倍，國內相關領域在難加工材料攻絲時仍首選國外產品。韓教授認為，這其中固然有技術落后的原因，但也不全是技術問題。韓教授以日本某公司為例解釋，該公司對鈦合金絲錐的研究極為精細：針對4H、5H、6H等不同精度等級螺孔的要求，攻絲應有的底孔孔擴量均有對應值。“國外的科研人員在對某一種刀具進行研究時都會做很多切削試驗，以找到最優解，再確定生產。”中國刀具技術落后的最重要原因之一就是極少有企業建立切削實驗室。因此，生產的刀具基本是通用型的，加工一般材料還行，但面對難加工材料時，就力不從心了。

不能深入進行研究的另外一個原因：人才的匱乏。與上世紀五六十年代相比，韓教授對當今教育體系能否培養符合刀具行業所需人才持懷疑態度。在教學改革之前，哈工大采用前蘇聯的教學體制，課程體系非常明確。韓教授回憶自己讀書時是5年制本科，總學時五六千，機床、刀具、工藝等都有完整的課程體系，很有條理，例如刀具方面先學習切削原理，然后學習刀具設計，再搞刀具課程設計。而現在的4年制本科為通才教育，只有兩千多學時，專業課學時少且無體系可言，實驗和課程設計也大大減少，學生學完印象不深。去工廠實習時，，生產線是封閉的，基本變為走形式，效果微乎其微。因此，在這種條件下培養的學生不可能適合企業的需要。經過這些年的教學和對行業的觀察，韓教授認為，中國的工廠招聘人才仍然是按專業進行的。而現在的通才教育與工廠的實際需要存在很大差異，學生到工廠后仍需要從頭學起，學生對工廠的適應能力差。“人才培養必須腳踏實地，片面強調寬口徑是不切實際的。”韓教授憂心地說。事實上，現在國內的工廠非常缺少研究刀具的人才，這方面的人才非常搶手。但對刀具研究和教學較好的高校鳳毛麟角。

另外，從事切削的技術人員的素質也有待提高。他們對切削刀具并不很了解，通常都是買來國外的刀具，不去詳細地了解產品，認為國外的東西一切都好。

“工廠的切削實驗室、高校的人才培養及技術人員的素質提高，這三個問題如果得不到解決，中國不可能有高端刀具。”韓教授總結道。