第一篇：國外茶葉加工現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

國外茶葉加工現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

中國食品產(chǎn)業(yè)網(wǎng)(2006-6-20 10:54:10)

印度

目前印度居全球第二產(chǎn)茶大國的位置，也是世界茶葉出口的第四大國。在印度，全國60個茶樹種植場的茶葉產(chǎn)量占全部總產(chǎn)量的60%，因而產(chǎn)品質(zhì)量易于控制，市場容易開拓。印度政府對茶葉拍賣有規(guī)定，即茶園生產(chǎn)的茶葉，70%以上要進入拍賣市場（也有介紹說是75%要進入拍賣市場）。國外公司的經(jīng)紀人和國內(nèi)零售商一般都從拍賣市場中進貨。印度作為茶葉出口大國，受西方茶葉消費偏好改變的影響，以及肯尼亞等國茶葉出口的沖擊，加上國內(nèi)消費的增加，近年來茶葉產(chǎn)量持續(xù)下跌，從1998年的8.7億公斤減少到2004年的8.2億公斤，為15年以來的最低點。出口量也逐年下滑，茶葉出口量也從2002年的2億公斤下降到2004年的1.45億公斤。1公斤高品質(zhì)的阿薩姆茶5年前售價100盧比（約合2.3美元），現(xiàn)在跌到75盧比（約合1.72美元）。除去不利天氣的因素，茶葉價格下降、成本上漲、市場競爭激烈也是重要原因。為挽回印度茶葉昔日的輝煌，印度茶葉企業(yè)一面不斷開拓新興紅茶市場（包括中國在內(nèi)）；一面也在改變其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，適應(yīng)正在發(fā)生變化的西方社會的茶葉消費習(xí)慣；同時印度茶商紛紛采取措施降低生產(chǎn)成本，讓優(yōu)質(zhì)茶葉能以更有競爭力的價格出售。一些茶葉研究機構(gòu)也正在加緊開發(fā)降低生產(chǎn)成本的新技術(shù)并幫助茶廠進行生產(chǎn)加工設(shè)備的更新?lián)Q代。

印度政府于50年代通過了《茶葉法》，該法是茶葉生產(chǎn)、流通環(huán)節(jié)的法律依據(jù)。印度商業(yè)部代表政府依據(jù)《茶葉法》對茶葉的生產(chǎn)、流通領(lǐng)域?qū)嵤┍O(jiān)督。商業(yè)部下設(shè)國家茶葉局，茶葉局是實行具體行業(yè)管理的機構(gòu)，具有管理生產(chǎn)、出口和制定發(fā)展計劃等行政職能，并設(shè)有專門的研究機構(gòu)，負責(zé)技術(shù)研發(fā)和推廣。茶葉局在國內(nèi)主要茶區(qū)都設(shè)分支機構(gòu)。國外在莫斯科、漢堡、倫敦、紐約、迪拜等設(shè)立代表處或常任代表。茶葉局官員由政府任命，經(jīng)費都由政府提供。但總的來講茶葉局職能在慢慢弱化，而茶葉協(xié)會等民間組織的職能在加強。

斯里蘭卡

斯里蘭卡茶葉產(chǎn)業(yè)已有130多年的歷史。斯里蘭卡國內(nèi)每年大約消費茶葉2萬噸左右，斯里蘭卡一直在與肯尼亞開展激烈競爭，爭奪國際茶葉出口霸主地位。盡管2004年實現(xiàn)出口茶葉29萬噸，不及肯尼亞茶葉出口量（32.6萬噸），但斯里蘭卡仍處世界茶葉出口市場的主導(dǎo)地位。據(jù)統(tǒng)計，2005年，斯茶葉出口達30.8萬噸，同比增長2.83%，并呈現(xiàn)出三年連續(xù)小幅穩(wěn)步增長的態(tài)勢。期間，斯里蘭卡還進口茶葉719萬公斤（占其茶葉產(chǎn)量的3%），主要用于拼配茶和再出口。俄羅斯及前蘇聯(lián)各國仍是斯茶葉出口的最大市場，占出口總量的近兩成。

肯尼亞

茶葉是肯尼亞的第一大出口商品，每年為肯尼亞帶來約6億美元的出口收入。茶產(chǎn)業(yè)在肯尼亞為50萬人提供了直接的就業(yè)機會，相關(guān)行業(yè)為250萬人提供了就業(yè)機會。連續(xù)十年來一直居斯里蘭卡之后。排世界茶葉出口第二位的肯尼亞，2004年茶葉出口量較上年猛增了21%，躍居出口第一。根據(jù)肯尼亞茶葉局公布的資料，2005年，肯尼亞出口茶葉34.9萬噸，仍是世界最大的茶葉出口國?？夏醽喢砂退_市是非洲茶葉的出口港市。蒙巴薩茶葉拍賣中心聚集了來自馬拉維、坦桑尼亞、烏干達、盧旺達、布隆迪、津巴布韋以及非洲其他產(chǎn)茶小國的茶葉。因此，在這些國家生產(chǎn)的茶葉可能就被統(tǒng)計在肯尼亞的茶葉出口中。

日本

日本全國現(xiàn)有茶園面積5萬公頃，總產(chǎn)量8.98萬噸，茶農(nóng)約24萬戶，主要分布在靜崗、鹿兒島、三重等8個縣。茶樹品種比較單一，藪北種占83%。日本茶業(yè)機械化和自動化程度相當(dāng)高，茶樹修剪、采摘、加工、包裝基本上都實現(xiàn)了機械化和自動化。日本茶葉幾乎是青一色的蒸青綠茶，只是依據(jù)檔次不同從中分出玉露、玉綠、抹茶、番茶、煎茶、焙制茶、玄米茶等。日本茶園90%屬于農(nóng)戶所有，生產(chǎn)技術(shù)主要由茶葉指導(dǎo)者協(xié)會提供服務(wù)和協(xié)調(diào)。由農(nóng)協(xié)統(tǒng)一購置生產(chǎn)機械、統(tǒng)一防治病蟲害、統(tǒng)一加工，組織化程度很高。茶園管理現(xiàn)代化，園貌整齊劃一，樹勢健壯，單產(chǎn)高，效益好。

日本在20世紀20年代就有簡單的精揉機用于茶葉加工，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，制茶機械已很先進，不僅臺時產(chǎn)量大，而且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。茶葉加工基本上都由高度自動化的蒸青生產(chǎn)線來完成。一般每套蒸青機1年僅開工40~50天，由于造價高，茶農(nóng)以每15~20戶聯(lián)合購置一套。極少量的高檔玉露茶由熟練工人手工制作。手工茶每100克賣價高達3萬日元，是機制茶價格的10～100倍。

近年來因茶飲料的倍受關(guān)注，使日本茶葉行情一路飄紅。但根據(jù)日本有關(guān)部門的統(tǒng)計顯示，今后一段時間，茶市場卻不容樂觀，特別是一些綠茶加工廠、茶商都將因庫存量多大而一籌莫展。主產(chǎn)地之一的鹿兒島縣茶市場的平均價格與往年同期相比下降了4成。最大產(chǎn)地靜岡縣預(yù)計下跌300日元左右，跌幅為3成。在日本進口綠茶中，95%來自中國，5%來自越南等其它國家和地區(qū)。烏龍茶完全依靠中國大陸及臺灣省供給，紅茶來自印度、斯里蘭卡等國家。預(yù)計隨著經(jīng)濟的增長和茶葉保健功效被廣泛認可，日本國內(nèi)茶葉消費仍有一定的增長空間。

越南

越南現(xiàn)在擁有600家茶葉生產(chǎn)和貿(mào)易公司，其中包括234家出口企業(yè)。由于越南茶葉缺乏長久性貿(mào)易伙伴，因此易受國際市場的價格波動影響，所引起的貿(mào)易變更也較多，最近一些進口國（商）例如印度制定的新管理條例，對茶葉進口施加了嚴格的限制性條例，就使越南茶葉出口受限。（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所）

第二篇：我國茶葉深加工現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

我國茶葉深加工現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 １、茶葉深加工概況

茶葉深加工是以茶(包括茶鮮葉、制茶品、茶副品、原茶類或代用茶)為原料，運用現(xiàn)代科學(xué)理論和科學(xué)技術(shù)，從深度廣度研究開發(fā)新形態(tài)、新產(chǎn)品和食用添加劑。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會文明進步，人們生活水平的不斷提升，對食品、飲料等追求營養(yǎng)、保健、方便、口感好、衛(wèi)生安全飲品。茶葉作為飲料已有幾千年歷史，傳統(tǒng)泡飲方式，即用沸水泡茶飲用，傳統(tǒng)的泡茶方法是一種優(yōu)秀茶文化，但不能適應(yīng)現(xiàn)代人、新生活方式要求，尤其是發(fā)達國家和地區(qū)，“時間就是金錢”高效率工作，快節(jié)奏生活方式，他們喜歡茶，要求隨時隨地即時享用到茶。這對茶業(yè)的發(fā)展提出了重大課題。茶葉及其副產(chǎn)品內(nèi)含很多功能性的有效成分可以多方面、多用途利用。因此，有識之士，在二十世紀五十、六十年代，研究開發(fā)茶葉深加工新形態(tài)、新產(chǎn)品，當(dāng)時主要是速溶茶及提取咖啡堿等。進入八十年代之后，茶葉深加工技術(shù)研究領(lǐng)域與開發(fā)得到迅速發(fā)展，其新形態(tài)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，按市場供銷狀況，產(chǎn)品分類有各種流行茶飲料、茶酒、冷凍茶制品、茶味糖果、茶味糕點、茶膳、保健茶、藥物茶等還有從茶中抽提各種功能性成分和食品添加劑。目前茶葉深加工產(chǎn)品在國際市場上，以液態(tài)茶飲料銷量最大，開發(fā)中心在東南亞；又以烏龍茶水為主流產(chǎn)品，日本開發(fā)茶水，年銷量300萬噸；美國以冰茶銷量最大，年銷量200多萬噸；臺灣以風(fēng)味茶食品飲料為特色，烏龍茶水為主流；英國以水果香味為主流。其次是保健茶，以中國、日本為主產(chǎn)銷國。茶葉提取物在食品添加劑等廣泛使用，日本在這方面成為主導(dǎo)國。

發(fā)展我國茶葉深加工是保持和提高我國茶葉產(chǎn)業(yè)國際競爭力的迫切需要；是茶葉飲料消費方式轉(zhuǎn)變的需要；是傳統(tǒng)茶葉產(chǎn)業(yè)向食品、醫(yī)藥、日化行業(yè)延伸的必由之路；是解決中低檔茶出路、提高茶業(yè)附加值的重要手段。

２、原料分類

中國茶類之多是世界之最，眾多的茶類歸納起來可分為基本茶和再加工茶兩

大類。

基本茶類依據(jù)發(fā)酵程度不同由淺而深，分別是綠茶、白茶、黃茶、烏龍茶（青茶）、紅茶、黑茶。以基本茶類的茶葉作原料，進行再加工形成各種各樣的再加工茶，有花茶、緊壓茶、萃取茶、果味茶、藥用保健茶和含茶飲料。

3、茶飲品類產(chǎn)品及相關(guān)生產(chǎn)廠家、規(guī)模、市場

3.1、袋泡茶

袋泡茶具有沖泡快速、清潔衛(wèi)生、用量標(biāo)準、便于調(diào)味飲用、攜帶方便等優(yōu)點，自20世紀70年代以來，袋泡茶快速發(fā)展。目前，世界袋泡茶的年消費量將近40萬t，占國際茶葉消費總量的15%以上。特別是歐美等發(fā)達國家，近20年來袋泡茶消費量占總消費量的比例從2%上升到60%以上。傳統(tǒng)的產(chǎn)茶國印度、斯里蘭卡、印尼、孟加拉等國也積極研制開發(fā)袋泡茶產(chǎn)品。

3.2、茶飲料

我國國家標(biāo)準中規(guī)定，茶飲料（品）是指用水浸泡茶葉，經(jīng)抽提、過濾、澄清等工藝制成的茶湯或在茶湯中加入水、糖液、酸味劑、食用香精、果汁或植（谷）物抽提液等調(diào)制加工而成的制品。茶飲料是指以茶葉的萃取液、茶粉、濃縮液為主要原料加工而成的飲料，具有茶葉的獨特風(fēng)味，含有天然茶多酚、咖啡堿等茶葉有效成分，兼有營養(yǎng)、保健功效，是清涼解渴 的多功能飲料。

茶飲料按其原輔料不同分為茶湯飲料和調(diào)味茶飲料，茶湯飲料又分為濃茶型和淡茶型，調(diào)味茶飲料還可分為果味茶飲料、果汁茶飲料、碳酸茶飲料、奶味茶飲料及其它茶飲料。

目前我國茶飲料品種以調(diào)味茶為主，因為同純茶飲料相比，生產(chǎn)調(diào)味茶的難度不大，質(zhì)量的穩(wěn)定性容易得到保證。茶飲料以綠茶為主、紅茶、茉莉花茶則比較少。預(yù)計隨著純茶飲料生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進，純茶飲料的比例將會提高。

茶飲料基本工藝步驟（PET瓶灌裝茶飲料工藝流程）：去離子水→茶葉→茶抽出液→過濾→加熱→UHT殺菌→無菌充填→封蓋→冷卻→貼標(biāo)→檢驗→裝箱→成品。

3.3、速溶茶

速溶茶是提取茶葉中的水溶性成分，再經(jīng)過濾、分離、濃縮、干燥等工藝加工制成的。優(yōu)質(zhì)的速溶茶除了沒有茶葉的外形，幾乎能完美地保存茶葉的色、香、味，同時還克服了普通茶葉常常會出現(xiàn)的問題，如含有雜質(zhì)、農(nóng)藥殘留超標(biāo)、重金屬含量過高、不能溶于涼水等。

我國的速溶茶試制工作開始于20世紀60年代，當(dāng)時只獲得了一些樣品，到70年代才開始小規(guī)模生產(chǎn)速溶茶。70年代和80年代，我國的速溶茶除出口外，國內(nèi)銷量很少，到90年代，在茶飲料的帶動下，速溶茶才迅速興起。

現(xiàn)在，速溶茶被廣泛用做生產(chǎn)茶飲料的原料。用速溶茶調(diào)配茶飲料具有品控容易、品質(zhì)一致性好等優(yōu)點，加上飲料企業(yè)進行茶葉處理有一定的技術(shù)難度，使得越來越多的企業(yè)使用速溶茶來生產(chǎn)茶飲料。由于速溶茶能快速溶解于熱水、冰水及其在存放過程中的高穩(wěn)定性，使得速溶茶作為固體飲料又可由消費者自行配制，因而越來越受到消費者的青睞。固體冰茶、固體奶茶經(jīng)過多年的徘徊，銷量已明顯上升，而固體速溶茶也顯示出增長的趨勢。

目前國內(nèi)僅僅能成規(guī)模生產(chǎn)并供應(yīng)速溶茶的企業(yè)并不多，有湖州圣瑪生物化學(xué)有限公司供應(yīng)綠茶速溶茶，浙江天益食品添加劑有限公司供應(yīng)無糖杭白菊速溶茶粉等，國內(nèi)也有很多人正在尋求速溶茶生產(chǎn)廠家，欲發(fā)展這塊領(lǐng)域。

目前茶葉深加工產(chǎn)品在國際市場上，以液態(tài)茶飲料銷量最大，開發(fā)中心在東南亞；又以烏龍茶水為主流產(chǎn)品，日本開發(fā)茶水，年銷量300萬噸。

速溶茶加工工藝流程：

投料打碎榨汁漂洗二次榨汁低溫沉淀過濾濃縮干燥包裝出廠。

4、茶葉提取物產(chǎn)品、生產(chǎn)廠家、市場狀況

由于茶葉生物化學(xué)的發(fā)展，已發(fā)現(xiàn)茶類資源中含有500多種化合物，其中茶多酚、茶皂素、咖啡堿、色素、多糖等含量豐富。我國是茶葉發(fā)源地，國內(nèi)茶葉資源的蘊藏量十分豐富，對該產(chǎn)業(yè)方面已具備有豐富的資源優(yōu)勢。

4.1、茶葉提取物產(chǎn)品與功能及部分產(chǎn)品生產(chǎn)廠家、市場狀況

4.1.1、茶多酚/兒茶素具有三抗(抗腫瘤、抗氧化、抗輻射)、三降(降血壓、降血脂、降血糖)、三消(消炎、消毒、消臭)等功能；(EGCG，EGC，ECG，EC 等兒茶素單體，是天然藥物原料)。

以上茶單體中的EGCG在藥理方面的研究具有提高免疫、改善睡眠、抑菌、抗病毒、預(yù)防心血管疾病、抗癌、防輻射、延緩衰老等功能；在食品工業(yè)上可作抗氧、抑菌、保鮮、祛臭劑；在日化產(chǎn)品上作特殊功能的保質(zhì)劑、護膚劑。高純EGCG在國內(nèi)外市場有著廣闊的發(fā)展前景，國外市場需求量較大。據(jù)報僅DSM公司就計劃每年銷售20噸以上。高純EGCG目前市場價格在1.2萬元/kg左右。高純EGCG要求的技術(shù)水平較高，目前EGCG也還不能人工合成，國內(nèi)極少企業(yè)生產(chǎn)低成本生產(chǎn)高純的產(chǎn)品，據(jù)悉國內(nèi)外僅有羅氏公司生產(chǎn)。

4.1.2、茶色素、茶黃素、茶紅素：茶色素膠囊是一類治療和預(yù)防心腦血管系統(tǒng)疾病新的降血脂功能成分，具有抗氧化、抗衰老等功能。

4.1.3、茶氨酸具有松弛抗抑郁、增強免疫力、排毒護肝、改善記憶、改善腎功能、促進大腦功能和神經(jīng)的生長、抗腫瘤、降壓安神等功效，可應(yīng)用于合成醫(yī)藥、日用化學(xué)、食品補充劑等方面。茶氨酸作為美國FDA無限制用量安全的食品補充劑，廣泛應(yīng)用于改善睡眠、抗衰老等保健品方面，市場潛力廣闊。目前國內(nèi)工業(yè)化生產(chǎn)茶氨酸的企業(yè)與機構(gòu)極少。

4.1.4、咖啡堿、可可堿、茶堿具有興奮、利尿、護肝、減肥等功能。

4.1.5、茶多糖具有提高免疫力、防輻射、降血脂等功能。

4.1.6、茶皂素(茶葉皂素、茶籽皂素)具有抗菌、消炎、抑制酒精吸收、殺死血吸蟲中間宿主釘螺等功能?？捎糜谔烊蝗栈闷吩稀⑸镛r(nóng)藥：溶血、魚毒、建筑工業(yè)新材料，同時也是一類新型的保健品原料。

中國茶葉提取物生產(chǎn)主要企業(yè)有湖南金農(nóng)生物資源股份有限公司；無錫綠寶生物制品有限公司；浙江東方茶業(yè)科技股份有限公司；江西綠康天然產(chǎn)物有限公司；湖北五峰天健天然植物制品公司；大閩食品(漳州)有限公司；廣東翼龍集團；湖南猛洞河茶葉提取物有限公司。

茶葉提取物生產(chǎn)企業(yè)主要以綠茶為主且多分布于綠茶資源豐富的湖南、湖北、浙江、江西等省。烏龍茶深加工企業(yè)少，且規(guī)模均小。把烏龍茶作為一個深加工的產(chǎn)品，應(yīng)用到速溶茶及天然提取物產(chǎn)品將是茶葉深加工的方向。

第三篇：國外大豆加工食品及加工技術(shù)發(fā)展趨勢

國外大豆加工食品及加工技術(shù)發(fā)展趨勢

大豆飲料原本就含有異黃酮成分，現(xiàn)在再外加大豆異黃酮提取物強化了這一成分，但是強化時異黃酮的溶解性是個問題。為此，在溶解大豆異黃酮濃縮物時需配加乳化劑，或者通過均質(zhì)機進行均質(zhì)處理。

豆奶及以大豆為基料的飲料也有外加各種形式大豆蛋白的，飲料中大多使用分離大豆蛋白和濃縮大豆蛋白。供應(yīng)大豆蛋白和異黃酮公司的應(yīng)用研究人員第蘭克塔·埃戈巴特博士指出：“為了形成各種不同黏性狀態(tài)，市場上的許多大豆分離蛋白可以使最終制品飲料保持良好的性質(zhì)。”為制作有穩(wěn)妥黏度的大豆“夏克”，需要使用高黏度蛋白質(zhì)，而制作類似牛奶黏度的高蛋白質(zhì)“夏克”，則需使用低黏度蛋白質(zhì)。為制作果汁基礎(chǔ)的飲料，還需經(jīng)過特殊的穩(wěn)定化處理，以使用果膠為穩(wěn)定劑最理想，工藝中還同時需要均質(zhì)機處理。

埃戈巴特博士指出，制作透明型液體飲料的大豆蛋白迄今為止市場上還沒有，“只要少量使用大豆蛋白，就會形成較為混濁的飲料?，F(xiàn)在，為制作透明飲料需要使用相當(dāng)水解度的蛋白制品，但市面上尚無相應(yīng)的產(chǎn)品，而且目前尚未得到證明，高度水解的大豆蛋白制品也有益于心臟健康。”

大豆蛋白加入飲料時會出現(xiàn)豆腥味，因此加工時需試驗改良風(fēng)味，現(xiàn)在此類試驗和研究很多。在香精香料業(yè)界，目前已經(jīng)開發(fā)出可供大豆飲料用的多種屏蔽性香精。在飲料用大豆蛋白市場上，用于粉末型大豆蛋白的屏蔽性香精也已有同樣的開發(fā)，因此今后飲料公司可以很容易地加工制成高級大豆基料產(chǎn)品。

●大豆蛋白制作植物“牛肉”

美國的華盛頓食品公司、鮑卡漢堡（包）公司、拉伊特拉伊夫公司和耶布公司等許多企業(yè)現(xiàn)在都在市場上供應(yīng)以大豆為基礎(chǔ)材料的肉類替代制品，它們在味道、組織結(jié)構(gòu)和外觀上近似于肉、家禽或魚肉制品。最早的肉替代品分別用大豆粉制成，現(xiàn)在已改由組織狀大豆粉、大豆?jié)饪s蛋白、大豆分離蛋白或者由它們按比例組合處理加工而成。

有關(guān)專家指出，用于制作肉代替品的大豆蛋白有多種類型：制作植物性餡餅“派”和香腸的主要使用組織狀大豆粉、組織狀大豆蛋白濃縮物和大豆分離蛋白；加工法蘭克福香腸大多采用可賦予成品某種組織結(jié)構(gòu)特性的大豆分離蛋白制品。

通常大豆分離蛋白和濃縮蛋白為提高肉代替品中的蛋白質(zhì)量而使用，同時也有賦予功能性的目的。大豆?jié)饪s物與水結(jié)合后提高了肉制品中的持水力，大豆蛋白濃縮物在粗絞碎肉糜中，在凍結(jié)、解凍和再加熱過程中有保持水分的作用。

研究人員指出，肉替代制品存在的一個課題是如何形成適當(dāng)?shù)慕M織結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的風(fēng)味，此時需要用肉以外的材料制作香精，利用化學(xué)反應(yīng)的香精制作技術(shù)在開發(fā)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)香精時是有用的。此外，市場上也已經(jīng)開始出現(xiàn)了能形成非常類似于肉類組織結(jié)構(gòu)特性的新加工技術(shù)。有關(guān)專家說：“最近數(shù)年間，消費者非常希望在超市貨架上買到經(jīng)過改良的肉代替制品及其他范圍廣泛的含大豆加工制品?！保▉碓矗褐袊称穲螅?/p>

第四篇：航空航天用鈦合金的切削加工現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

航空航天用鈦合金的切削加工現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

鈦合金在航空航天工業(yè)和其他工業(yè)部門有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，作為“崛起的第三代金屬”鈦工業(yè)必將大有作為。

航空航天用鈦合金的特點及應(yīng)用

作為航空航天領(lǐng)域不斷興起的材料，鈦合金有以下優(yōu)勢[1-3]：

（1）比強度高。鈦合金具有很高的強度，其抗拉強度為686~1176MPa，而密度僅為鋼的60%左右，所以比強度很高。

（2）高溫性能優(yōu)良。鈦合金在高溫下仍能保持良好的機械性能，其耐熱性遠高于鋁合金，且工作溫度范圍較寬。

（3）抗腐蝕性強。在550℃以下的空氣中，鈦表面會迅速形成薄而致密的氧化鈦膜，其耐蝕性優(yōu)于大多數(shù)不銹鋼。

在航空工業(yè)領(lǐng)域，鈦合金主要用于制造噴氣發(fā)動機的壓氣機盤、渦輪盤、葉片、機匣等，以及諸如大型主起落架支撐梁、機身后段及轉(zhuǎn)向梁等結(jié)構(gòu)件[4]。因鈦合金具有比強度高和耐高溫特點，用于制造飛機發(fā)動機和機體能夠有效地提高發(fā)動機推重比和機體機構(gòu)效率，有利于緩解熱障現(xiàn)象[5]。近年來軍用飛機上所用鈦合金材料的比例正在不斷增加[6]，鈦合金材料的應(yīng)用水平已成為衡量飛機先進性的重要標(biāo)志之一。美國第四代戰(zhàn)斗機的F-22 的機體主要承力材料大量采用鈦64（Ti-6Al-4V），約占機身總質(zhì)量的36%，鈦62222 主要用于發(fā)動機周圍蒙皮機構(gòu)及發(fā)動機框架，約占機身總質(zhì)量的3%[7]。在民用飛機方面，鈦合金的應(yīng)用也較為廣泛。在波音777 上大約采用了11%的鈦結(jié)構(gòu)，其平面鈦箔的用量將達到12247kg[8]。在航天工業(yè)領(lǐng)域，鈦合金主要用于制造耐高溫和低溫零件[9]。如上海鋼鐵研究所的7715D 用于DFH-3 衛(wèi)星的FY-25 型遠地點發(fā)動機噴注器；俄羅斯的BT37 合金廣泛應(yīng)用于宇航工業(yè)形狀復(fù)雜的低溫管路系統(tǒng)。

航空航天用鈦合金的切削加工現(xiàn)狀

航空航天用鈦合金零部件主要有兩類。一類是復(fù)雜曲面，如葉輪、渦輪盤和葉片等，實際生產(chǎn)中采用多軸數(shù)控加工。圖1 中采用多軸銑削加工的鈦合金渦輪即為復(fù)雜曲面。另一類是薄壁框型件，如大型框、梁和壁板等多采用銑削加工。圖2 中采用立銑加工的鈦合金壁板是典型的薄壁框型件。上述兩種工件的加工都必須從整塊坯料中去除大量的材料，而鈦合金的切削加工性較差，其工件的加工成本占工件總成本的比重很大。切削加工困難是導(dǎo)致鈦合金零件價格高昂的重要因素。鈦合金的切削加工性

鈦合金是典型的難加工材料，其加工特性表現(xiàn)如下[10-11]：

（1）鈦合金的導(dǎo)熱性差，是不良導(dǎo)熱體金屬材料。切削加工時，切屑與前刀面的接觸面積很小，特別容易引起薄壁件的熱變形。

（2）鈦合金彈性模量低，彈性變形大。切削時接近后刀面處工件的回彈量大，導(dǎo)致已加工表面與后刀面的接觸面積特別大，造成加工件幾何形狀和精度差、表面粗糙度增大、刀具磨損增加。

（3）鈦合金的親和性大、切削溫度高。切削時，鈦屑及被切表層與刀具材料咬合，產(chǎn)生嚴重的粘刀現(xiàn)象，容易引起刀具強烈的粘結(jié)磨損。鈦合金的高溫化學(xué)活性強，在600℃以上時，與氧、氮產(chǎn)生間隙固溶。吸收氣體后鈦合金表面的硬度明顯上升，對刀具有強烈的磨損作用。

目前，我國的鈦合金切削加工效率還比較低，生產(chǎn)中應(yīng)用最多的硬質(zhì)合金刀具推薦的切削速度在30~50m/min，與國外相比還存在很大差距。目前的鈦合金切削加工工藝

現(xiàn)有的鈦合金切削加工方式主要是車削和銑削。鈦合金車削加工時易獲得較好的表面粗糙度，加工硬化不嚴重，但切削溫度高，刀具磨損快。鈦合金的銑削加工比車削加工困難。因為銑削是斷續(xù)切削，并且切屑易與刀刃發(fā)生粘結(jié)，當(dāng)粘屑的刀齒再次切入工件時，粘屑被碰掉并帶走一小塊刀具材料，形成崩刃，極大地降低了刀具的耐用度。

在加工鈦合金時，通常選擇較小的前角，以增大切屑與前刀面的長度；選擇較大的后角，以減小后刀面與加工表面之間的摩擦。為了降低切削溫度，通常選用較小的切削速度和較大的切深，并使用切削液。切削速度過小導(dǎo)致材料去除率低下，增加了鈦合金加工成本；較大的切深導(dǎo)致切削力增大，影響鈦合金工件尤其是薄壁件的質(zhì)量；切削液的使用增加了加工成本，造成環(huán)境污染，不符合綠色切削的要求。

目前，我國的鈦合金加工缺乏有效的工藝數(shù)據(jù)庫支持。在具體工藝安排和切削用量選擇上，往往憑經(jīng)驗和“試切”來確定工藝參數(shù)。此外，我國刀具和切削液的國產(chǎn)化程度還比較低，制約了鈦合金切削加工水平的提高。

鈦合金切削加工的發(fā)展趨勢

隨著航空工業(yè)的發(fā)展，鈦合金將逐步取代鋁合金，成為航空工業(yè)的主要材料。未來的鈦合金切削加工將主要面向3 個方向：

（1）大幅提高單位時間內(nèi)的材料去除量，實現(xiàn)高效加工；

（2）研發(fā)新型刀具，延長刀具使用壽命；

（3）減少切削液的使用，達到綠色切削。鈦合金高速切削

高速切削能大幅提高鈦合金加工效率，并保證零件加工質(zhì)量。鈦合金的高速槽銑和周銑實踐證明，高速切削不僅能提高加工效率，還能有效提高被加工表面的質(zhì)量[12-14]。

鈦合金高速切削具有以下優(yōu)勢：

（1）溫升少，工件熱變形小。高速切削雖然產(chǎn)熱量多，但由于切屑從工件上切離的速度快，90% 以上的切削熱被切屑帶走，傳給工件的熱量很小，工件積累熱量極少，這對于減少鈦合金熱變形有重要意義。

（2）切削力低。切削速度高使得剪切變形區(qū)變窄，剪切角增大，變形系數(shù)減小和切屑流出速度快，從而使切削變形減小，切削力比常規(guī)切削力低30%~90%, 特別適合于加工剛性差的航空用鈦合金薄壁件。

（3）材料切除率高，加工表面質(zhì)量好。高速切削時其進給速度可隨切削速度的提高相應(yīng)提高5~10 倍，這樣單位時間內(nèi)材料的切除量可提高3~5 倍。另外隨著切削速度的提高，切屑可以被很快切離工件，故殘留在工件表面上的應(yīng)力很小。由于切削點溫度的升高工件表面鱗刺的高度會顯著降低甚至完全消失。

鈦合金高速切削也面臨著很多技術(shù)難題。高速導(dǎo)致加工表面溫度急劇升高，由于鈦合金導(dǎo)熱性差，如不采取有效的降溫措施，會使得鈦合金和空氣中元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成硬化層。高溫?zé)g和切削力的增大造成刀具急劇磨損，使得加工不能持續(xù)。鈦合金切削加工的高性能刀具

大量的研究結(jié)果[15-17] 表明：刀具的快速磨損是制約鈦合金高速切削加工的最主要因素。因而，要想提高鈦合金加工和應(yīng)用水平，必須研發(fā)適用于鈦合金的高性能刀具。刀具材料方面，應(yīng)具備高的耐熱性、抗熱沖擊性、良好的高溫力學(xué)性能和高的可靠性。

硬質(zhì)合金刀具的價格相對低廉，是目前使用最多的鈦合金切削刀具，常用刀具有YG6、YG8 等。但是在以往的研究和生產(chǎn)實踐中，通常不采用YT 類刀具，因為含鈦的刀具材料在高溫下很容易與鈦合金親合，使得粘結(jié)磨損嚴重。但是對刀具磨損的研究表明，鈦合金在低速銑削時的刀具磨損機理為粘結(jié)撕裂磨損，在高速銑削時以擴散磨損為主[18]。而含鈦類刀具可有效抑制擴散磨損。因此，低速段使用的YG 類硬質(zhì)合金刀具不適合鈦合金高速切削，而YT 類刀具將是新的研究方向。

PCD 刀具的性能很適宜于加工鈦合金[19] ：（1）良好的導(dǎo)熱性。金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)為硬質(zhì)合金的1.5~9倍。由于導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴散率高，切削熱容易從刀具散出，故切削區(qū)溫度低，這對于克服鈦合金導(dǎo)熱性差的問題有重要意義。（2）較低的熱膨脹系數(shù)。金剛石的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小幾倍約為高速鋼的1/10，在高溫下，能夠更好地保證鈦合金工件的加工質(zhì)量。（3）極高的硬度和耐磨性。金剛石刀具在加工高硬度材料時耐用度為硬質(zhì)合金刀具10~100 倍甚至高達幾百倍。使用金剛石刀具切削鈦合金，能夠有效延長刀具使用壽命。Mori 等[20] 采用新型PCD 刀具在高速切削鈦合金時獲得了較好的切削效果。但是Balkrishna Rao 等[21]的研究結(jié)果表明，金剛石刀具的磨損形式表現(xiàn)為剝落和溝槽磨損，不能實現(xiàn)高速切削。

在刀具結(jié)構(gòu)方面，Komanduri 與Reed[22] 設(shè)計了一種可提高刀具壽命的新型刀夾，該刀夾可獲得較大的刀具后角和負前角；Shuting Le 等[23] 研究了可轉(zhuǎn)位刀具在高速車削Ti6Al4V鈦合金過程中的應(yīng)用狀況，在高速切削狀態(tài)下，可轉(zhuǎn)位刀具的壽命比固定位刀具的壽命增長了37 倍。鈦合金綠色切削

傳統(tǒng)的鈦合金切削使用大量的冷卻液，增加了制造成本，造成了環(huán)境污染，還會損害工人的身體健康[24]。綠色切削可有效解決由切削液引起的各類問題。目前國內(nèi)外對綠色加工的研究主要有綠色切削技術(shù)和綠色冷卻技術(shù)。

綠色切削技術(shù)包括：干式切削、準干式切削、低溫切削和綠色濕式切削[25-26]。

干式切削可完全消除使用切削液導(dǎo)致的一系列負面影響[25]，由于摩擦使工件和刀具的溫度升高，導(dǎo)致刀具磨損加快，工件產(chǎn)生殘留應(yīng)力，同時會使得刀具和工件發(fā)生熱變形，表面質(zhì)量降低，因而不適用于航空航天用鈦合金的加工。準干式切削又稱MQL（Minimal Quantity Lubrication）極微量潤滑技術(shù)，它是將極微量的切削油與具有一定壓力的壓縮空氣混合并霧化后，噴射到加工區(qū)，對刀具和工件之間的加工部位進行有效的潤滑。MQL 可以大大減少“刀具-工件”和“刀具-切屑”之間的摩擦，起到抑制溫升、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件加工質(zhì)量的作用。使用的潤滑液很少，而效果卻十分顯著，既提高了工效，又不會對環(huán)境造成污染，是鈦合金切削加工的有效途徑。低溫切削能夠提高工件的切削加工性、刀具壽命和工件表面質(zhì)量，非常適用于鈦合金加工。林肯大學(xué)的Z.Y.Wang [27] 的研究結(jié)果表明，在超低溫加工狀態(tài)下，刀具材料能夠保持良好的切削性能，提高了刀具壽命，保證了切削效率和加工質(zhì)量。

綠色冷卻技術(shù)是實現(xiàn)綠色加工的關(guān)鍵，主要包括：液氮冷卻、蒸汽冷卻、低溫氣體射流冷卻以及噴霧射流冷卻等。

液氮冷卻采用液氮使工件、刀具或切削區(qū)處于低溫冷卻狀態(tài)進行切削加工，是目前主要的低溫加工手段。低溫氣體射流冷卻是采用-10~-100℃的冷風(fēng)強烈沖刷加工區(qū)的一種冷卻方式。試驗證明，該方式可以顯著均勻地降低加工區(qū)、刀具及工件的溫度，有效地抑制刀具磨損，提高刀具耐用度，改善已加工表面的加工質(zhì)量和提高零件加工精度[28-29]。由于液氮冷卻切屑收集困難，純氣體冷卻時刀具沒有得到潤滑等問題，制約了此種冷卻方式的推廣。有學(xué)者在此種方法基礎(chǔ)上提出了鈦合金低溫噴霧射流冷卻加工[30]。低溫噴霧射流冷卻加工兼?zhèn)淞说蜏?、射流沖擊、充分汽化和使用最綠色的空氣等幾個要素。

結(jié)束語

為了滿足航空航天對于鈦合金工件日益增長的需求，我國的鈦合金切削加工必須有長足的進步。在基于國內(nèi)的材料、機床和管理等條件基礎(chǔ)上，進一步加強鈦合金材料加工工藝路線的優(yōu)化、加工參數(shù)的優(yōu)選，提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，是推動國內(nèi)鈦合金產(chǎn)業(yè)和航空航天工業(yè)的發(fā)展的重要因素。

第五篇：超高速加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

目錄

摘 要.......................................................................1 1 引言......................................................................1 2 超高速加工技術(shù)簡介........................................................1 2.1 超高速加工技術(shù)概況......................................................1 2.2 超高速加工技術(shù)分類......................................................2 2.3 超高速加工技術(shù)特點......................................................2 3 超高速加工技術(shù)現(xiàn)狀........................................................3 3.1 超高速加工技術(shù)現(xiàn)狀簡述..................................................3 3.2 國外超高速加工技術(shù)發(fā)展..................................................4 3.3 國內(nèi)發(fā)展情況............................................................5 4 超高速加工技術(shù)發(fā)展趨勢....................................................5 謝 辭......................................................................8

超高速加工技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢

摘 要：本文介紹了超高速加工技術(shù)的概念、內(nèi)容和發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了其發(fā)展動向。關(guān)鍵詞：高速加工技術(shù)、機械制造、應(yīng)用、發(fā)展 引言

當(dāng)前機械制造業(yè)為實現(xiàn)高生產(chǎn)率和追求利潤,先進制造技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛而深入。超高速加工技術(shù)作為先進制造技術(shù)的重要組成部分,也已被積極地推廣使用。20世紀20年代德國人Saloman最早提出高速加工(High Speed Cutting, 簡稱HSC)的概念,并1931 年申請了專利。50年代末及60年代初,美國和日本開始涉足此領(lǐng)域,在此期間德國已針對不同的超高速切削加工過程及有效的機械結(jié)構(gòu)進行了許多基礎(chǔ)性研究工作。隨著超高速加工主軸技術(shù)的發(fā)展,使得刀具切削速度得到很大提高,70年代誕生了第一臺HSC機床。真正將HSC技術(shù)應(yīng)用于實踐是在80年代初期,因飛機制造業(yè)為降低加工時間以及對一些小型特殊零件的薄壁加工而提出了快速銑削的要求。自80年代中后期以來, 商品化的超高速切削機床不斷出現(xiàn),超高速機床從單一的超高速銑床發(fā)展成為超高速車銑床、鉆銑床乃至各種高速加工中心等。超高速磨削技術(shù)在近20年來也得到長足的發(fā)展及應(yīng)用。德國Guehring Automation公司在1983年制造出了當(dāng)時世界第一臺最具威力的60kW強力立方氮化硼(CBN)砂輪磨床,Vs達到140~ 160m/s。當(dāng)今, 超高速加工已經(jīng)在汽車、航空航天等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。超高速加工技術(shù)簡介

2.1 超高速加工技術(shù)概況

超高速加工技術(shù)是指采用超硬材料的刃具,通過極大地提高切削速度和進給速度來提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。

超高速加工是實現(xiàn)高效率制造的核心技術(shù),工序的集約化和設(shè)備的通用化使之具有很高的生產(chǎn)效率?？梢哉f,超高速加工是一種不增加設(shè)備數(shù)量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術(shù)。超高速加工的切削速度范圍因不同的工件材料、不同的切削方式而異。目前，一般認為，超高速切削各種材料的切速范圍為：鋁合金已超過1600m/min，鑄鐵為1500m/min，超耐熱鎳合金達300m/min，鈦合金達150~1000m/min，纖維增強塑料為2000~9000m/min。各種切削工藝的切速范圍為：車削700~7000m/min，銑削 300~6000m/min，鉆削200~1100m/min，磨削250m/s以上等等。

2.2 超高速加工技術(shù)分類

超高速加工技術(shù)主要包括以下內(nèi)容：

（1）超高速切削、磨削機理研究。對超高速切削和磨削加工過程、各種切削磨削現(xiàn)象、各種被加工材料和各種刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工藝參數(shù)優(yōu)化等進行系統(tǒng)研究。

（2）超高速主軸單元制造技術(shù)研究。主軸材料、結(jié)構(gòu)、軸承的研究與開發(fā);主軸系統(tǒng)動態(tài)特性及熱態(tài)性研究;柔性主軸及其軸承的彈性支承技術(shù)研究;主軸系統(tǒng)的潤滑與冷卻技術(shù)研究;主軸的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、虛擬設(shè)計技術(shù)研究;主軸換刀技術(shù)研究。

（3）超高速進給單元制造技術(shù)研究。高速位置芯片環(huán)的研制;精密交流伺服系統(tǒng)及電機的研究;系統(tǒng)慣量與伺服電機參數(shù)匹配關(guān)系的研究;機械傳動鏈靜、動剛度研究;加減速控制技術(shù)研究;精密滾珠絲杠副及大導(dǎo)程絲杠副的研制等。

（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。研究開發(fā)各種超高速加工(包括難加工材料)用刀具磨具材料及制備技術(shù)。

（5）高速CNC控制系統(tǒng):超高速加工要求CNC控制系統(tǒng)具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高功能化特性,以保證加工復(fù)雜曲面輪廓時,具有良好的加工性能。還要具有高速插補及超前處理能力,防止刀具軌跡偏移和突發(fā)事故。

（6）超高速加工在線檢測與控制技術(shù)研究。對超高速加工機床主軸單元、進給單元系統(tǒng)和機床支承及輔助單元系統(tǒng)等功能部位和驅(qū)動控制系統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù),對超高速加工用刀具磨具的磨損和破損、磨具的修整等狀態(tài)以及超高速加工過程中工件加工精度、加工表面質(zhì)量等在線監(jiān)控技術(shù)進行研究。

2.3 超高速加工技術(shù)特點

超高速磨削可以對硬脆材料實現(xiàn)延性域磨削加工,對高塑性等難磨材料也有良好的磨削表現(xiàn)。與普通磨削相比,超高速磨削顯示出極大的優(yōu)越性

（1）切削力降低30%左右，特別適合剛性差的工件。

（2）能實現(xiàn)對硬脆材料的延性域磨削,對高塑 性和難磨材料獲得良好的磨削效果。由于加工時對刀具和工件進行了冷卻潤滑，減少了切削熱對工件的影響，特別適合加工易熱變形的工件。

（3）降低加工工件表面粗糙度值,易獲得高光潔的加工表面。激振頻率遠遠高于機床和工藝系統(tǒng)的固有頻率，加工平穩(wěn)，振動小，加工表面質(zhì)量好。

（4）能極大地提高生產(chǎn)效率。但是，高速切削采用的高壓大流量冷卻方式會增加環(huán)境污染、提高生產(chǎn)成本、減少刀具的耐用度、加大機床腐蝕等一系列問題。

（5）明顯降低磨削力,提高零件加工精度.（6）砂輪耐用度提高,使用壽命延長。（7）具有巨大的經(jīng)濟效益。超高速加工技術(shù)現(xiàn)狀

3.1 超高速加工技術(shù)現(xiàn)狀簡述

（1）高速主軸系統(tǒng):高性能的電主軸是實現(xiàn)超高速加工的基礎(chǔ), 要求具有很高的轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的功率和扭矩。新近開發(fā)的加工中心主軸Dn值(主軸直徑與每分鐘轉(zhuǎn)速之積)大都已超過100萬。在主軸系統(tǒng)中主要采用重量輕于鋼制品的陶瓷球軸承,軸承潤滑方式大都采用油氣混合潤滑方式。在高速加工領(lǐng)域,目前已開發(fā)出空氣軸承和磁軸承以及由磁軸承和空氣軸合并構(gòu)成的磁氣/空氣混合主軸。

（2）高速進給機構(gòu):超高速加工要求進給系統(tǒng)能夠完成高速進給運動,所用的進給驅(qū)動機構(gòu)通常都為大導(dǎo)程滾珠絲杠或直線電機,其最高加速度在2G以上, 最高進給速度可超過160m/min。

(3)高速切削刀具:超高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼(CBN), 端面銑削使用CBN 刀具時,其切削速度可高達5000m/min。用金剛石刀具端面銑削鋁合金時, 5000m/min的切削速度已達到實用化水平。CBN和金剛石刀具只能用于一定的加工領(lǐng)域, 尚不能取得非常理想的降低加工成本的效果。目前, 涂層技術(shù)是一項既能作到價格低廉、性能優(yōu)異, 又可有效降低加工成本的技術(shù)。現(xiàn)在超高速加工用的立銑刀, 大都采用TiAIN 系的復(fù)合多層涂鍍技術(shù)進行處理。如在對鋁合金或有色金屬材料進行干式切削時,DLC(Diamond Like Carbon)涂層刀具就受到人們極大的關(guān)注, 預(yù)計其市場前景十分可觀。

(4)刀具夾持系統(tǒng):刀具的夾持系統(tǒng)是支撐高速切削的重要技術(shù), 目前使用最為廣泛的是兩面夾緊式工具系統(tǒng)。作為商品正式投放市場的兩面夾緊式工具系統(tǒng)主要有: HSK、KM、Bigplus、NC5、AHO 等系統(tǒng)。在高速切削的情況下, 刀具與夾具回轉(zhuǎn)平衡性能的優(yōu)劣, 不僅影響到加工精度和刀具壽命,而且也會影響到機床的使用壽命。因此,在選擇工具系統(tǒng)時,應(yīng)盡量選用平衡性能良好的產(chǎn)品。

(5)安全保護措施:進行高速切削時,由于刀具高速回轉(zhuǎn), 切屑的速度也相當(dāng)高。在對鋼材或鑄件進行高速銑削時, 其切屑帶著火花四處飛濺, 因此, 必須采取措施, 使切屑

沿著一定的方向排出。目前,三菱綜合材料公司已開發(fā)出一種“ Q-ing 銑刀”, 可控制排屑方向, 大大提高了高速銑削加工的安全性。

3.2 國外超高速加工技術(shù)發(fā)展

3.2.1 歐洲的發(fā)展情況

歐洲高速超高速磨削技術(shù)的發(fā)展起步比較早。1979年德國 Bremen大學(xué)的Werner P G教授撰文預(yù)言了高效深磨區(qū)存在的合理性,由此開創(chuàng)了高效深磨的概念。1983年德國 Bremen大學(xué)出資由德國Guhring Automation公司制造了當(dāng)時世界上第一臺高效深磨的磨床,砂輪圓周速度達到了209 m/ s。德國 Guhring Automation公司于1992 年成功制造出砂輪線速度為140～160m/s的CBN 磨床,并正在試制線速度達180m/ s 的樣機。德國Aachen大學(xué)、Bremen大學(xué)在高效深磨的研究方面取得了世界公認的高水平成果。據(jù)Aachen工業(yè)大學(xué)實驗室的Koeing和Ferlemann 宣稱,該實驗室已經(jīng)采用了圓周速度達到 500 m/s的超高速砂輪,這一速度已突破了當(dāng)前機床與砂輪的工作極限。瑞士Studer公司開發(fā)的CBN砂輪線速度在60m/s 以上, 并向120～130m/s方向發(fā)展。目前在試驗室內(nèi)正用改裝的S45型外圓 磨床進行線速度280m/s的磨削試驗。3.2.2 美國的發(fā)展情況

美國20世紀60年代中期開始提高陶瓷砂輪的線速度。辛辛那提-米拉克隆公司到1969 年已生產(chǎn)了100多臺高速磨床,其中有80m/s的無心磨床。本迪克斯公司1970年生產(chǎn)了91 m/s的切入式高速磨床。1971年,美國Carnegie-Mellon大學(xué)制造了一種無中心孔的鋼質(zhì) 輪,在其周邊上鑲有砂瓦,其試驗速度可達185m/s,工作速度達到125m/s,用于磨削不銹鋼錠和切斷,也可用于外圓磨削。1993年,美國的 Edgetek Machine 公司首次推出的超高速磨床,采用單層CBN砂輪,圓周速度達到203m/s ,用以加工淬硬鋸齒等可以達到很高的金屬切除率。美國Connecticut大學(xué)磨削研究與發(fā)展中心的無心外圓磨床,最高磨削速度可達 250m/。2000年美國馬薩諸塞州立大學(xué)的Malkin S等人,以149m/s砂輪速度,使用電鍍金剛石砂輪通過磨削氮化硅研究砂輪的地貌和磨削機理。3.2.3 日本的發(fā)展情況

日本在20世紀70年代中期,不少工廠生產(chǎn)磨削速度為45m/s和60m/s的磨床,三井精機于1972年生產(chǎn)了磨削速度為80m/s的高速磨床,切入成型磨鑄鐵工件,加工時間僅為59s。1985年前后,在凸輪和曲軸磨床上,磨削速度達到了80m/s。1990年10月底在第五屆“日本國際機床展覽會”上,日本推出了磨削速度為120m/s的高速磨床。之后,開始開發(fā) 160m/s 以上的超高速磨床。1993年前后,使用單顆粒金剛石進行了250m/s超高速磨削試

驗研究。1996年日本又推出了125m/s CBN砂輪平面磨床。至2000年,日本已進行500m/s 超高速磨削試驗。Shinizu等人為了獲得超高磨削速度,利用改制的磨床,將兩根主軸并列在一起；一根作為砂輪軸,另一根作為工件主軸,并使其在磨削點切向速度相反,取得了相對磨削速度為VS + V W的結(jié)果,砂輪和工件間的磨削線速度實際接近1000m/s。

3.3 國內(nèi)發(fā)展情況

國內(nèi)高速超高速磨削的發(fā)展自1958年,我國開始推廣高速磨削技術(shù)。1964年,磨料磨具磨削(三磨)研究所和洛陽拖拉機廠合作進行了50m/s高速磨削試驗,在機床改裝和工藝 等方面獲得一定成果。1975年10月,河南省南陽機床廠試制成功了MS132型80m/s高速外圓磨床。1976年,上海機床廠、上海砂輪廠、鄭州磨料磨具磨削研究所等組成高速磨削試驗小組對80、100m/s 高速磨削工藝進行了試驗研究。1982年10月,湖南大學(xué)進行了60 m/s高速強力凸輪磨削工藝試驗研究,為發(fā)展高速強力磨削凸輪軸磨床和高速強力磨削砂輪提供了實驗數(shù)據(jù)。至1995年,漢江機床廠使用陶瓷CBN砂輪,進行了200m/s的超高速磨削試驗。廣西大學(xué)于1997年前后開展了80m/s的高速低表面粗糙度的磨削試驗研究工作。在 2000年中國數(shù)控機床展覽會上,湖南大學(xué)推出了最高線速度達120m/s的數(shù)控凸輪軸磨床。從2002年開始,湖南大學(xué)開始針對一臺250m/s超高速磨床主軸系統(tǒng)進行高速超高速研究,并在國內(nèi)首次進行了磁浮軸承設(shè)計。20世紀90年代至今,東北大學(xué)一直在開展超高速磨削技術(shù)的研究,并首先研制成功了我國第一臺圓周速度200m/s、額定功率55kW、最高砂輪線 速度達250m/s的超高速試驗?zāi)ゴ?。東北大學(xué)先后進行超高速磨削熱傳遞機制研究,高速單顆粒磨削機理研究,200m/s電鍍CBN超高速砂輪設(shè)計與制造,超高速磨削溫度場研究,磨削摩擦系數(shù)的研究,超高速磨削砂輪表面氣流的研究,超高速磨削機理分子動力學(xué)的仿真等,取得了可喜的研究成果,部分研究成果達到國際先進水平。超高速加工技術(shù)發(fā)展趨勢

（1）難加工材料的超高速加工。難加工材料的使用越來越廣泛,由于材料的切削加工性能極低,導(dǎo)熱性差,刀具磨損快,為此只能采用很低的切削速度。通過深入研究這類材料的切削特性,提高刀具穩(wěn)定性,研制新型刀具材料及制作工藝,開發(fā)出相應(yīng)的刀具系統(tǒng),將使切削速度范圍有較大的提高。

（2）刀具夾緊機構(gòu)設(shè)計。對于安裝在超高速主軸上的旋轉(zhuǎn)類刀具來說,刀具夾緊機構(gòu)的安全可靠性是至關(guān)重要的。在高速端面銑削加工時,由于離心力作用,可轉(zhuǎn)位刀片有可能被甩出,因此,應(yīng)采取相應(yīng)措施加以預(yù)防。最近,工具廠家正在開發(fā)可轉(zhuǎn)位刀片的新型夾緊

裝置,刀片甩出問題有望得到妥善解決。

（3）相關(guān)工藝設(shè)計。主軸加速時間和快速進給的動作時間、ATC時間對整個生產(chǎn)周期均有很大的影響。為了最大限度地發(fā)揮設(shè)備的加工能力,必須妥善解決包含上述因素的工藝編制問題。由于各類產(chǎn)品從開發(fā)到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都將實現(xiàn)高效率化,因此,應(yīng)在更短的時間內(nèi)編制出正確而合理的工藝流程。

（4）節(jié)省能源,實現(xiàn)綠色加工。當(dāng)前,許多機床都配置了高速鉆削加工所必需的高壓冷卻液泵。冷卻裝置所需電力約占設(shè)備運轉(zhuǎn)所需電力的20%~30%；而生產(chǎn)線上所耗用的能源并不包括此項內(nèi)容。采用干式切削方式,會從根本上改善切削的環(huán)境狀態(tài),節(jié)省對切削液的直接投資和廢液處理及環(huán)保費用。因此,希望開發(fā)出更加節(jié)省能源的機床,開發(fā)出更加實用的干式切削加工技術(shù)。

（5）高精度定位系統(tǒng)。采用立銑刀或螺紋刀具加工零部件或加工模具時,機床的運動性能將直接影響到其加工精度。因此,要求機床在大進給速度條件下,應(yīng)具有高精度定位功能和高精度插補功能。

參考文獻

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Machining Technology

Sun Ying(Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, 253023)Abstract: In this paper, the concept, content and status of ultra-high speed machining technology are introduced, and its developmenttrend is analyzed.Keywords: Ultra-high speed machining technology;Machinery;Development trend

謝

辭

另外，感謝學(xué)校給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成一個課題，并在這個過程當(dāng)中，給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實踐應(yīng)用知識，增強了我們實踐操作和動手應(yīng)用能力，提高了獨立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝。