谦和质朴为人者师坚毅执着如刀之锋——访北京航空航天大学机械工程学院教授陈五一

本刊记者/Reporter 余捷/YU Jie

陈五一教授：1951年出生，教授，主要研究方向为新材料加工理论与技术，先进工艺装备技术。1984年在太原机械学院（现中北大学）毕业获硕士学位，1994年在英国伯明翰大学获博士学位。现任北京航空航天大学教授、博士生导师，数字化设计制造北京市重点实验室副主任。担任教育部高等学校教学指导委员会机械设计制造分委员会委员，中国刀协切削及先进制造技术研究会常务理事，被授予国防科工委“511”技术人才称号。担任Elsevier出版社《International Journal of Machine Tools and Manufacture》刊物副编委。

承担并完成了多项国家自然科学基金等纵向课题和一些横向课题的研究工作，所参与的“紧缩场技术研究”课题获得2004年国防科工委科技一等奖、2005年国家科技进步二等奖；获得六项发明专利，一项实用新型专利。在国内外学术刊物和会议上共发表论文200余篇，其中SCI、EI、ISTP检索100余篇，引用600篇次。

初见陈五一教授，是在去年瓦尔特举办的中国国际刀具技术研讨会上，再见陈教授则是在北航新主楼他的办公室内，一桌一椅一书架，明净的落地窗，布置简单而不失大雅。访谈中，笔者深深为陈教授睿智而诙谐的言谈所感染。

治学客观严谨 数十年如一日

陈五一教授主要研究方向为新材料加工理论与技术以及先进工艺装备及控制技术，当问及一直致力于这一领域研究工作的热情从何而来时，陈教授用非常质朴的言语说道，做刀具这一行当的人很多，入了行之后就想把这一行当给做好，其实有的时候在什么时期从事什么样的课题研究不是光由自己说了算，很大程度上与国家的支持与社会的需求紧密相关。上世纪90年代，众多研究人员将目光和精力投向其他科研方向的时候，切削加工技术在当时受到不小的冷落，甚至有不少研究人员都“改行”从事其他课题的研究，但陈教授却是为数不多的从硕士一直到教授，从未停歇过对切削加工理论与技术研究的“老人”之一。

陈五一教授上世纪90年代在英国伯明翰大学获得博士学位，他对这段国外的求学经历印象深刻。在学术上国外的科研成果都非常客观，力求实事求是，在国内，我们在表示判定时经常用一个“很”字，但在英语中“very”这个词很少用，喜欢用一些非常中性的词。若是对自己的论点有确凿、无懈可击的论据来支持，那可以说是“definite”；如果支持的论据不是很充分、不够完美，就可以说是“probably”，这个表意模糊的词在学术论文中是可以出现的。学术研究中必然会有一些不确定性，科研工作者们需要客观地看待。

相比较而言，制造业在众多行业中是发展最为缓慢的一个行业。现在在很多设计领域诸如电磁场设计、机械设计等，许多人都能将其算得很精准，但是切削加工领域中在刀尖上的计算，至今国内外还没有学者敢拍着胸脯说自己算得非常精准。因为这本来就是一个很模糊的、不确定的领域，根据给定的加工条件很难准确算出合理的切削用量，影响的因素太多、太复杂。既然这是个本身就比其他行业都要落后的行业，那总得需要些人静得下心来搞研究。陈教授认为，现在国内刀具行业需要向国外学习的方面有很多，可以说是全方位的、环环节节上都需要学习。航空航天行业进口刀具占到刀具使用量的80%以上，这是多么庞大的一个数字，但是能进口的到产品，却进口不到技术，更多的技术需要我们自主开发。

对当今许多行业非常时髦的“跨越式发展”一词，陈教授持谨慎态度，至少对于刀具行业，是需要一步一步循序渐进的，我们不能只看到国外技术如何先进、国外科技取得什么样的成就，这是他们上百年来一步步所走出的经验，更深层次上来说，这些进步更多的是建立在多年来足够多的失败教训积累基础上的。科研工作者们大可发挥自己的主观能动性，充分利用国家的支持，尽可能走快一些，但仍然要一步一个脚印，“跨越”仍需慎之又慎。

刀具业高速进步 切削液用得其所

谈及近些年来国内刀具行业的进步，陈教授笑称，刀具行业的进展很大程度上是被航空航天行业“逼”出来的。现在国内能够满足航空航天制造要求的新刀具一直都层出不穷，行业内不断有难加工材料出现，材料越难加工，其所需要的刀具性能就要越好。从整个刀具的发展史上来说，同样也是被加工材料的发展促使刀具的发展。1898年，美国的泰勒和怀特发明了高速钢，就是被当时出现的合金结构钢“逼”出来的。

随着现代机械制造业的快速发展，切削技术和切削工艺的不断创新对切削液的性能也提出了更高要求。尤其是近年来环境保护和人类健康日益成为全社会关注的焦点，再伴随“绿色制造”理念的深入人心，很多工业发达的国家均开始大力倡导干式切削工艺，另外还有使用液氮冷却或是喷气冷却的。但是这些方法虽然各有其自身的特点和优点，但也存在一定的局限性。陈教授说，其实在切削加工领域，干式切削全面取代传统切削液的湿式加工至少在现在还不是很现实，运用微量润滑技术，努力改进和优化切削液的供液方式以及严格控制用量，切削液还是能够用得其所的。

难加工材料层出不穷 刀具技术发展为先

减轻重量是飞机设计永恒的主题，而采用高强度材料和结构是减轻重量的主要措施。航空发动机工作在数百至上千K的温度，旋转速度上万转每分，零件既要求轻又要求能在高温下承受极端载荷，所以航空发动机零件的特点为：大量采用耐高温、高强度的难加工和极难加工材料以承受高温和极端载荷；工作在高温、大应力、动载荷条件下，对零件表面质量有极高要求，零件表面粗糙度、加工残余应力、组织和缺陷对零件寿命极其重要。飞机结构中的难加工材料主要有钛合金、超高强度钢以及复合材料，不同的材料都有其不同的加工特性。

解决难加工材料切削加工问题的关键是选择最佳刀具，刀具性能试验的传统方法为：刀具耐用度试验，进行切削用量与刀磨损值关系的切削试验，记录刀具达到磨钝标准时的实际切削时间即为刀具耐用度；运用泰勒公式对上述试验结果进行回归处理，得到切削用量与刀具耐用度之间的经验公式。3～4种刀具加工一种工件材料的标准耐用度实验，需耗时数月，耗材数百至上千公斤，大范围选择刀具现实中难以实施，各个工厂只能从少量刀具中选用相对较好的，或只根据厂商推荐。

陈教授研究了如何才能在最少的工件材料消耗、最少的时间消耗下，最好是在几天的时间内筛选出大批的刀具，并率先提出了“基于刀具初期磨损的快速筛选技术”。该方法对初期磨损快，正常磨损就会快的假设进行了统计检验，根据几百条磨损曲线的统计规律得出：当两种刀具初期磨损率之比K＞3时，上述假设的置信度达90%以上，初期磨损快的刀具可以淘汰；当1.5＜K＜3时，初期磨损快的刀具可以作为备选刀具；当K＜1.5时，可认为刀具耐磨性没有差别，均可作为最佳刀具选用。该方法大大缩短了选刀时间，并且该技术从概率统计角度分析，选出合适刀具的事件是一个大概率事件，置信度达90%以上。

浸心研究避免眼高手低 巩固基础继续做精做大

访谈末尾，陈教授举了一个国外的实例来说明细节问题在整体发展中所起到的作用:六七年前，在与一家德国机床企业交流时得知，企业中有一位工程师专门研究机床安装完成后，有哪些部位需要垫铁，垫在什么位置才能让机床运行更平稳，这在国内来看是多么不起眼的一件小事情但在国外却倾注精力来做。陈教授也提出了对我国刀具行业发展的愿景，他希望国产刀具行业能够先做精、再做大，只要科研工作者们能把这些不起眼的小问题一一琢磨透了，我国的刀具行业乃至机床工具行业才能够有大的发展，赶超国外先进制造技术的目标也就不是纸上谈兵了。