提到刀具，你會(huì)想到什么?估計(jì)很多人脫口而出的答案會(huì)是菜刀、水果刀和剪刀，甚至是三國(guó)時(shí)期武將關(guān)羽的青龍偃月刀。

機(jī)床的“牙齒”

在工業(yè)體系中，刀具大部分都不是我們熟悉的單面開刃的樣子。機(jī)械加工中的刀具主要進(jìn)行切削、切割、磨削、銑削等工藝，廣泛應(yīng)用于各種類型、材質(zhì)和大小的工件和產(chǎn)品的外形加工。因此，它們的外形多種多樣，如鉆頭、圓盤鋸片，甚至空心的“狼牙棒”等。

刀具常常被比喻為機(jī)床的“牙齒”，它是現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)的組成部分之一。隨著制造業(yè)現(xiàn)代化步伐的加快，航空航天、海洋工程、汽車等各個(gè)行業(yè)都對(duì)高效刀具產(chǎn)生了大量的需求。

比如航空航天領(lǐng)域近年來大量采用鎳基高溫合金、鈦合金、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼等材料，這些材料的加工難度都很大。此外，飛機(jī)在制造過程中大量使用整體化構(gòu)件，即在大塊毛坯上去除余量，形成薄壁機(jī)構(gòu)的零件。這些都對(duì)切削加工刀具提出了更高的要求。

新材料離我們并不遙遠(yuǎn)，我們平時(shí)使用的手機(jī)等電子產(chǎn)品中，近年來也廣泛應(yīng)用的一些超硬新材料，包括玻璃蓋板、3D玻璃、陶瓷背板、鋁合金殼體、不銹鋼中框及結(jié)構(gòu)件等。這也要求切削刀具不斷創(chuàng)新，以適應(yīng)新材料、新工藝發(fā)展的需求。

銑刀難題

近十幾年來，高鐵已經(jīng)成為我國(guó)閃亮的國(guó)家名片和新時(shí)代的中國(guó)地標(biāo)。在高鐵為我們提供出行便利的背后，有很多不為人熟知卻非常重要的養(yǎng)護(hù)工作。其中，對(duì)有著高鐵“筋骨”之稱的鋼軌的養(yǎng)護(hù)更是關(guān)鍵一環(huán)。每一條鋼軌都是有生命的，天冷它會(huì)緊縮“身軀”，天熱它會(huì)舒張“筋骨”。高速列車對(duì)鋼軌的碾壓沖擊也會(huì)不斷加大其傷損。如果鋼軌得不到及時(shí)養(yǎng)護(hù)整形，將直接影響到高鐵奔跑時(shí)的穩(wěn)定性、舒適度，還會(huì)滋生安全隱患。

目前對(duì)高鐵鐵軌進(jìn)行維護(hù)的設(shè)備是被稱為鋼軌“急救車”的銑磨車，它可以對(duì)鋼軌輪廓銑削整形，及時(shí)消除各種缺陷，但是對(duì)于銑磨車最核心的部件銑刀，我國(guó)現(xiàn)在仍然沒有能力生產(chǎn)，只能從國(guó)外進(jìn)口。

刀具的金剛石“外衣”

我國(guó)刀具消耗全球第一，但高效刀具長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，難以滿足進(jìn)一步降低加工成本和提高重大裝備研制國(guó)產(chǎn)化水平的要求，實(shí)現(xiàn)高效切削刀具國(guó)產(chǎn)化已迫在眉睫。

上海交通大學(xué)陳明教授團(tuán)隊(duì)以刀具國(guó)產(chǎn)化作為目標(biāo)，構(gòu)建了刀具形性協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)體系;突破了刀具材料-結(jié)構(gòu)-性能一體化協(xié)同制備關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)明了形性可控的微納米復(fù)合金剛石涂層刀具制備新技術(shù);開發(fā)出金剛石涂層刀具、復(fù)雜型線高速鋼刀具和超硬刀具等系列化產(chǎn)品。

金剛石薄膜具有一系列優(yōu)異性能，是高性能刀具的首選涂層材料。但是，刀具的金剛石薄膜涂層技術(shù)需要解決兩個(gè)難題：涂層表面光滑度和涂層界面附著強(qiáng)度。

陳明研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地發(fā)展了金剛石微納米復(fù)合涂層成套裝備與技術(shù)，首先在刀具基體上生長(zhǎng)微米級(jí)別的柱狀晶體，然后再在柱狀晶體上生長(zhǎng)納米晶體，成功制備獲得兼具高耐磨性與超光滑表面的金剛石涂層，解決了金剛石涂層刀具性能精確調(diào)控的問題。

陳明研究團(tuán)隊(duì)還尋找到了一種適合硬質(zhì)合金襯底表面生長(zhǎng)中間過渡層的方法，解決了金剛石涂層和硬質(zhì)合金刀具基體之間的附著強(qiáng)度問題。它不但能阻止鈷的催石墨化作用，而且有效調(diào)制了復(fù)合涂層的機(jī)械力學(xué)性能，滿足刀具的高效切削要求。

這種具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的金剛石微納米復(fù)合涂層技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，基于此技術(shù)，國(guó)內(nèi)已建立了十幾條金剛石涂層刀具生產(chǎn)線。利用該技術(shù)研制的系列化金剛石涂層刀具，成為中國(guó)商飛唯一指定的國(guó)產(chǎn)化刀具，為首架C919客機(jī)順利下線做出了貢獻(xiàn)