謙和質(zhì)樸為人者師堅(jiān)毅執(zhí)著如刀之鋒——訪北京航空航天大學(xué)機(jī)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?yàn)樾虏牧霞庸だ碚撆c技術(shù)，先進(jìn)工藝裝備技術(shù)。1984年在太原機(jī)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(guó)伯明翰大學(xué)獲博士學(xué)位?，F(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(jì)制造北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。擔(dān)任教育部高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造分委員會(huì)委員，中國(guó)刀協(xié)切削及先進(jìn)制造技術(shù)研究會(huì)常務(wù)理事，被授予國(guó)防科工委“511”技術(shù)人才稱號(hào)。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(xiàng)國(guó)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(chǎng)技術(shù)研究”課題獲得2004年國(guó)防科工委科技一等獎(jiǎng)、2005年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；獲得六項(xiàng)發(fā)明專利，一項(xiàng)實(shí)用新型專利。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和會(huì)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(guó)國(guó)際刀具技術(shù)研討會(huì)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(jiǎn)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?yàn)樾虏牧霞庸だ碚撆c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(shí)，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?，入了行之后就想把這一行當(dāng)給做好，其實(shí)有的時(shí)候在什么時(shí)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(guó)家的支持與社會(huì)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(shí)候，切削加工技術(shù)在當(dāng)時(shí)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(duì)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(guó)伯明翰大學(xué)獲得博士學(xué)位，他對(duì)這段國(guó)外的求學(xué)經(jīng)歷印象深刻。在學(xué)術(shù)上國(guó)外的科研成果都非?？陀^，力求實(shí)事求是，在國(guó)內(nèi)，我們?cè)诒硎九卸〞r(shí)經(jīng)常用一個(gè)“很”字，但在英語中“very”這個(gè)詞很少用，喜歡用一些非常中性的詞。若是對(duì)自己的論點(diǎn)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(gè)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(huì)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(gè)行業(yè)?，F(xiàn)在在很多設(shè)計(jì)領(lǐng)域諸如電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)算，至今國(guó)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?yàn)檫@本來就是一個(gè)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(gè)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(guó)內(nèi)刀具行業(yè)需要向國(guó)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(gè)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(duì)當(dāng)今許多行業(yè)非常時(shí)髦的“跨越式發(fā)展”一詞，陳教授持謹(jǐn)慎態(tài)度，至少對(duì)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(guó)外技術(shù)如何先進(jìn)、國(guó)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(yàn)，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?？蒲泄ぷ髡邆兇罂砂l(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，充分利用國(guó)家的支持，盡可能走快一些，但仍然要一步一個(gè)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(guó)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?，F(xiàn)在國(guó)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(gè)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(guó)的泰勒和懷特發(fā)明了高速鋼，就是被當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的合金結(jié)構(gòu)鋼“逼”出來的。

隨著現(xiàn)代機(jī)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(duì)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(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，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(guó)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(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的局限性。陳教授說，其實(shí)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(shí)，運(yùn)用微量潤(rùn)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(jī)設(shè)計(jì)永恒的主題，而采用高強(qiáng)度材料和結(jié)構(gòu)是減輕重量的主要措施。航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)零件的特點(diǎn)為：大量采用耐高溫、高強(qiáng)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(dòng)載荷條件下，對(duì)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(duì)零件壽命極其重要。飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的難加工材料主要有鈦合金、超高強(qiáng)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(yàn)的傳統(tǒng)方法為：刀具耐用度試驗(yàn)，進(jìn)行切削用量與刀磨損值關(guān)系的切削試驗(yàn)，記錄刀具達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的實(shí)際切削時(shí)間即為刀具耐用度；運(yùn)用泰勒公式對(duì)上述試驗(yàn)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(yàn)公式。3～4種刀具加工一種工件材料的標(biāo)準(zhǔn)耐用度實(shí)驗(yàn)，需耗時(shí)數(shù)月，耗材數(shù)百至上千公斤，大范圍選擇刀具現(xiàn)實(shí)中難以實(shí)施，各個(gè)工廠只能從少量刀具中選用相對(duì)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(shí)間消耗下，最好是在幾天的時(shí)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(duì)初期磨損快，正常磨損就會(huì)快的假設(shè)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，根據(jù)幾百條磨損曲線的統(tǒng)計(jì)規(guī)律得出：當(dāng)兩種刀具初期磨損率之比K＞3時(shí)，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(shí)，初期磨損快的刀具可以作為備選刀具；當(dāng)K＜1.5時(shí)，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(shí)間，并且該技術(shù)從概率統(tǒng)計(jì)角度分析，選出合適刀具的事件是一個(gè)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(gè)國(guó)外的實(shí)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(guó)機(jī)床企業(yè)交流時(shí)得知，企業(yè)中有一位工程師專門研究機(jī)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(jī)床運(yùn)行更平穩(wěn)，這在國(guó)內(nèi)來看是多么不起眼的一件小事情但在國(guó)外卻傾注精力來做。陳教授也提出了對(duì)我國(guó)刀具行業(yè)發(fā)展的愿景，他希望國(guó)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(guó)的刀具行業(yè)乃至機(jī)床工具行業(yè)才能夠有大的發(fā)展，趕超國(guó)外先進(jìn)制造技術(shù)的目標(biāo)也就不是紙上談兵了。