作者:洪松 游玉增 王之康 来源:中国科学报 发布时间:2017/8/29 9:05:57
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宁波大学学生团队攻克企业难题

 

■本报通讯员 洪松 游玉增 见习记者 王之康

金属切削在机械加工行业中并不少见,然而却存在着一个亟待解决的安全隐患——金属切屑缠绕。长切削的产生不仅影响企业的加工效率,增加企业生产成本消耗,还威胁着操作人员的人身安全。

目前,这一困扰企业多年的难题有望被宁波大学机械学院的一个学生团队攻克,因为他们研发出了超硬车刀断屑器。

一次经历激发兴趣

吴剑钊是该校2015级机械工程专业研究生,也是该项目组负责人。有一次他在企业进行生产实习,看见工人被飞溅出来的长金属切削割伤、烫伤。“那场景让人触目惊心。”他当时就想,有没有什么办法能够实现有效断屑,避免事故再发生?

回到学校,吴剑钊查阅资料后发现,现在市场上仅有德国贝克、日本三菱等极少数外国企业能够生产出带有断屑槽的超硬车刀。然而,断屑槽车刀的应用仍存在瓶颈。

“一方面,目前加工断屑槽需要采用激光雕刻,加工难度大、成本高;另一方面,超硬刀片本身比较薄,若强行采用开槽加工,将影响刀片性能和强度。”吴剑钊说,同一断屑槽车刀的尺寸也很难适应不同的切削条件,如何研发出性能稳定、成本低廉、适用面广的超硬车刀断屑产品成了关键。

最初,吴剑钊的想法引来不少人的质疑:“这些制造强国里的制造名企都没研发出来,你一个研究生就能够做到?”面对大家的不解,他反而更加坚定了目标:“外国企业能够做到的,我们也能做到。”

小成本解决大难题

实现金属切屑的细碎化、避免出现堆积缠绕现象是断屑装置最基本的功能和要求,也是保障操作人员生命安全的关键之处。后来,经过反复演算与实验,项目组找到了一种切实可行的解决方案。

“基于某日本学者的切屑折断理论,我们发现,通过在超硬车刀上装夹断屑装置,可以使长切屑弯曲变形,减少切屑曲率半径,增加内部应变,从而实现断屑。这是关键的一步,不仅让我们找到了头绪,也为后续工作的开展打开了胜利大门。”吴剑钊说。

经过一年多的努力,项目组依据原有车刀结构,设计了一款装夹牢固、可供调节的超硬车刀断屑器,并在此基础上先后申请了5项专利,发表了3篇核心期刊论文。

在保证性能稳定的同时,项目组还使超硬车刀断屑器的研发成本大大降低。“目前带有断屑槽的超硬车刀售价在180~190元,仅断屑槽委托加工成本就达80元。而我们的一套装置断屑器的超硬车刀售价在100元左右,断屑器所需成本经估算仅需3~5元。相较于前者,我们的成本降低了百分之九十多。”吴剑钊说。

现在,这一装置在郑州、宁波等地的多家企业得到了良好试用,并得到了中国工程院院士周丰峻、侯晓等专家学者的广泛认可。周丰峻更是大力表扬,认为“发明真实有用,有较好应用价值,解决了长期不够完善的问题”。

做大国里的小工匠

超硬车刀断屑器长120毫米、宽25毫米、高30毫米、重500克,和一把电动剃须刀的大小、重量相差无几。“这东西个头虽小,要想研发出来可没那么容易。”吴剑钊感慨道。

当时,项目组从断屑机理着手,在图书馆和实验室里打起了持久战,并利用一切机会向来访的专家学者请教,周丰峻就是其中之一。

“为了让周院士指导我们的项目,我和吴剑钊两人晚上9点还跑到他入住的宾馆,但他不仅没有责怪我们,反而给予了充分肯定,还写了推荐意见。”项目组成员兰浩说。

不过,装置刚研发出来时并不被看好。“我前后给上百家企业打了500多个电话,承诺给试用机会的却寥寥无几。好不容易有了机会,却又发现和实验室的效果不一样,能‘夹’不能‘调’,能‘调’又‘夹’不住。”兰浩说,项目组随后向技术工人请教,最终在“枪毙”了十余种方案后,才终于研发出装夹牢固、可供调节的超硬车刀断屑器。

“这东西虽小,但要想做好,也得精益求精、不断研磨。这是‘工匠精神’的重要内涵,我们也想做大国里的一个小工匠。”吴剑钊坚定地说。

《中国科学报》 (2017-08-29 第8版 科创)
 
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