于启勋教授

　　在“2011年中国国际刀具技术研讨会”上，记者见到了已耄耋之年的于启勋教授，虽年事已高，但依然精神矍铄。看见他时，他正在主席台上同国内外专家、企业高管进行关于刀具行业发展的讨论。

　　早前在接受媒体采访时，于教授就说过，“我做的事不多，我退休后不会赋闲在家，要用更多的时间参与刀具技术协作活动，为金属切削事业的发展和祖国的现代化建设贡献自己的知识和力量。”果不其然，在于教授退休后的20年间，他仍然活跃在业内的一些活动中。于教授投身于刀具的研究工作长达60余年，见证了这段时间内中国乃至世界刀具行业的成长与进步。谈及自己60余年的坚守，于教授肯定地告诉我们：“终生不悔，其乐无穷。”

　　结缘群钻　甘做绿叶

　　在于教授的科研工作中，主要进行了三方面的研究：一是麻花钻几何形状的改进，主要是群钻（倪志福钻头）的研究；二是新型刀具材料的开发、制造、实验和推广；三是机械加工（切削技术）发展史的研究。其中前两项所投入的工作量最大、历时最长、成果最大，“推动了机械生产力的提高。”

　　谈及当年那段甘做倪志福“痴情绿叶”的故事，于教授仍记忆犹新。

　　1956年，大学青年讲师于启勋到北京永定机械厂授课，经该厂团委书记翟泰丰介绍，结识了当时小他三岁的青年工人倪志福。早在1953年，倪志福就发明了“倪志福钻头”，但是由于理论研究的局限，在实际应用中受到了一定的限制。从1956年开始于启勋帮助他做切削力、刀具寿命、钻孔精度、断屑等科学实验，并逐步进行几何学和切削学的理论分析，撰文论述。

　　1963年写成了《倪志福钻头》的论文，参加了北京巿机械加工学会年会和全国机械加工学会年会，被评为优秀论文。同年又到高校科学讨论会上去宣读。在该文的基础上，出版了《倪志福钻头》一书。

　　倪志福钻头

　　1953年，在北京永定机械厂当钳工的倪志福勇于创新，发明了后来被称为“倪志福钻头”的新型麻花钻。这种钻头的加工效率比普通麻花钻大大提高，倪志福本人因此成为“劳动模范”并参加了第二次全国青年社会主义建设积极分子大会和全国工业、财贸系统群英会。1963年倪志福与当时的北京工业大学于启勋教授及周淑英、王育民合着的第一本“倪志福钻头”一书出版。

　　1965年倪志福在《机械工业》第11期上发表了“不是倪钻，是群钻”的申明。“群钻”于1986年获得世界知识产权组织发明金质奖章和奖状。

　　为了与世界接轨，统一名称，倪志福、陈壁光在1999年出版的“群钻、倪志福钻头”一书中建议更名为“多刀尖（Multifork drill）钻头”。

　　1964年，写成了《The NI Che-fu Drill》论文，在国际科学会议（中国主办）上宣读，得到国内外专家学者的称赞，至此，“倪志福钻头”蜚声国内外。在两人长达几十年的合作中，于启勋的主要工作是帮助倪志福改进和提升“倪志福钻头”的实际应用以及理论高度，并将“倪志福钻头”在全国生产线乃至国外进行推广。

　　1973年，由北京科学电影制片厂拍成了《群钻》电影。1999年《人物》杂志刊发了《一片痴情的绿叶》一文，将倪志福比喻为红花，而他是扶持红花的 “绿叶”，对于这样的比喻，于教授坦言，“很恰当”。

　　关于这段特殊的经历，于教授颇为自豪地告诉我们，这不仅是一段故事，而是“三结合”的模范——理论与实践的结合、知识分子与工人的结合、学校与工厂的结合。用现在的话说，就是产、学、研的有机结合。能为推动生产力尽绵薄之力，于教授认为，“这也是一种乐趣”。

　　研究历史　鉴古知今

　　对于切削技术发展史，于教授也投入了一定的精力进行研究。不过这与倪志福的合作有些不同，更多的是一种叙述者的身份。在他73岁的时候，《华侨大学学报》（自然科学版）发表了他的署名论文《切削加工技术发展史》。

　　研究历史的人，首先源于热爱，其次是专注和使命感，正是基于长期对刀具行业的专注以及脚踏实地的科研精神，这样“枯燥”的研究工作才能得以为续。

　　于教授认为，在切削加工和金属切削加工方面，中国有着悠久的历史。早在距今170多万年前的云南元谋猿人就使用过石砍砸器。在近代，特别是第一次工业革命以后，机械工程迅猛发展，成为一个独立的工程和学科，切削加工在这一时期得到迅速发展。18世纪中叶以后，由于工业革命的推动，金属切削机床得到迅速发展，经过大约100多年的努力，完成了金属切削机床的革命。到20世纪初，世界上各主要工业国家的机床工业已具有相当规模，被称为“工作母机”和“机械工业心脏”的机床工业的发展，标志着切削加工和整个机械工业的进步。19世纪中叶以后，由于采用了转炉和平炉炼钢，钢产量迅速增加，逐步代替了灰铸铁、熟铁等，称为主要的结构材料。此时高碳工具钢已不能适应新的加工要求，1898年泰勒和怀特发明了高速钢，切削加工速率得到大幅度提高，称为金属切削史上一次重大变革。进入20世纪以后，各种主要工件的材料不断变化，高强度钢、高锰钢、不锈钢、高硬耐磨铸铁、高温合金、钛合金等各种非金属材料、复合材料等难加工材料的相继出现，又对切削加工技术的发展提出了新的要求。

　　做了一辈子刀具的研究，于教授见证了中国刀具行业的成长和发展。他认为，经过半个世纪多的努力，中国的刀具行业已经取得了较大的进步。从观念的转变到体制的转变，从公司结构的改变、运行体系的改变，进而促进产品质量的提升和销售额的增长。各种新型的刀具材料也是层出不穷。于教授同时也指出，目前中国刀具进口量相当大，在高档刀具方面主要依赖进口。

　　如何提高中国刀具的水平和质量？于教授认为在解决问题之前，必须清醒地认识到不足。

　　一是中国的刀具产品配套不完善。只生产刀片，而不生产刀杆和刀盘（铣），不生产刀具系统，整个刀具的配套相当落后。不过近几年这种情况有所改善。

　　二是数量和质量不成正比。中国生产和使用的刀具数量居世界第一，但刀具的质量尚不是世界一流。高精度、高效率、高可靠性刀具80%依赖进口，而低档刀具的生产能力又严重过剩。刀具的使用效果不稳定，与国外刀具相比，还存在很大差距。这使得很多厂家在重要的设备上不敢使用国产刀具，只能依赖进口。

　　三是刀具的创新研发能力亟待提高。长期以来，中国一些刀具企业将“先仿制后创新”作为企业的发展思路，但这只是短期的好处。由于创新力度不够，严重影响了企业自主研发的进程。

　　四是中国刀具企业管理经营水平有待完善，售后服有待提高。

　　于教授强调说，要想改变中国刀具行业的现状，也必须从以上四个方面着手。至于企业如何来具体地实施和改进，于教授说，那需要“当局者”的魄力，以及一个相当长的过程。企业是主体，自己只是一种期望。

　　专注材料　与时俱进

　　刀具材料是决定刀具性能的最重要的因素。研制和选用先进的刀具材料是解决非金属材料和难加工材料切削加工最有效的手段之一。

　　20世纪是刀具材料大发展的100年。1898年发明了普通的高速钢；1930年发明了硬质合金，20世纪50年代，中国开始使用多种新型硬质合金；50年代晚期，出现了陶瓷刀具材料；60-70年代，出现了超硬刀具材料—金刚石和立方氮化硼（CBN）……对于刀具材料的进化史，于教授如数家珍。

　　于教授介绍说，对新型刀具材料的研究，有40年之久。在这40年中，长期研究新型刀具材料的切削性能和多种工件材料的切削加工性，刀具与工件的匹配以及如何正确地选择刀具等。据介绍，做过实验的被加工材料有几十种之多：高性能高速钢、粉末高速钢、涂层高速钢；普通硬质合金、添加钽铌的硬质合金、细晶粒硬质合金、WC基和Tic、Tic（N）基硬质合金、涂层硬质合金、添加稀土元素的硬质合金；AL2O3基陶瓷、Si3N4基陶瓷；立方氮化硼、金刚石等等。

　　于教授对各种刀具材料都进行了实验研究、理论分析，每研发出一种新型刀具材料，于教授就会和厂家合作，进行科学实验，到生产中推广使用，并总结经验着书立说，写了大量的科学论文和技术资料。这些研究工作，使刀具材料厂不断地改进自己的产品，取得了巨大的经济效益，又为刀具用户，节省了大量的加工费用。

　　“我付出了青春与劳动，但是我无怨无悔。”于教授说到。

　　于教授介绍说，21世纪还有90年，刀具行业特别是刀具材料将大有发展。巿场的客观需求是行业发展的动力所在。比如航空航天行业要使用高温合金、钛合金、复合材料，兵器工业要使用高硬、高强的钢料和其他难加工材料，对加工效率要求和加工精度要求越来越高，有些产品的批量也越来越大，因此对刀具的要求也越来越高。在发展各种新型刀具材料时，主要考虑机械、物理性能的进步和适应工件加工的需要以及刀具材料与工件材料的匹配。

　　于教授分析说，目前使用较多的新型刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬刀具材料（金刚石和立方氮化硼CBN）。他认为，这几类材料在未来会得到一定的发展。

　　高速钢。中国已大量使用涂层高速钢刀具，亦已把握涂层工艺，但粉末合金高速钢刀具尚属空缺。近年，国内个别钢厂和工具厂已能制造粉末冶金高速钢，如能保证质量且性能稳定，应推荐机械制造厂采用。于教授以为，中国应大力研制和使用性能优良的钨钼系或钼钨系高速钢，少用钨系高速钢以节约W；发展和使用无钴和少钴超硬（高性能）高速钢，尽量不用高钴高速钢（如M42，HSP-15）。

　　硬质合金。于教授指出，未来硬质合金刀具材料将重点在两方面发展：一是细化晶粒，改进韧性与抗弯强度，从而扩大应用，进一步代替高速钢刀具。将晶粒尺寸达到纳米级，抗弯强度可达到2.5~3.0GPa以上。二是发展金属陶瓷，用TiC和Ti（C，N）代替WC，以节约W资源；用Ni和Mo代替Co，节约Co资源。

　　陶瓷。陶瓷的硬度稍高于硬质合金，但其脆性很大，韧性不足，可加工性很差，故应用受到限制。今后的发展方向在于增韧，用细化原料的粒度，添加ZrO2、TiB2或SiC晶须等方法，可在一定程度上进步陶瓷材料的韧性。

　　超硬材料。于教授预见，金刚石刀具在除了不能加工钢铁和铁族金属以外，在非铁金属和非金属材料的加工方面，有非常优越的应用价值。如汽车产业中的铝硅活塞和航空航天产业中的有色金属精密零件的加工都离不开金刚石刀具。今后人造单晶金则石刀具和CD、TFD金刚石镀膜（涂层）刀具将有较大发展。

　　于教授还认为，未来CBN刀具可能将替换相当数目的硬质合金刀具和陶瓷刀具，成为应用最广的刀具材料之一。近年出现的一种崭新的超硬刀具材料——用磁控溅射法在高速或硬质合金刀具上可沉积氮化碳（CxNy）薄膜，根据体弹模量计算，它能达到甚至超过金刚石的硬度。其它性能也与金刚石十分相似。因此，CxNy涂层刀具也是未来刀具的重要展方向。

　　“任何资源都有枯竭的时候。” 作为一名精耕刀具行业60余年的老专家说出了自己的担忧。于教授认为，制造刀具的材料资源要能保证供应，材料资源不足，将限制某些刀具的发展。而在很长一段时间里，人们忽略了资源的储存。“中国钨（W）资源和稀土（RE）资源丰富，国外多依靠中国的供应来制造刀具。任何资源都有枯竭的时候，中国要限制W和RE的出口，同时要限制使用以W和RE为主要成分的刀具。”

　　红花很惹眼，绿叶同样也很美丽。这位将60余年青春付诸刀具事业却依然甘之如饴的老人，用他的执着、用他的努力，坚守着那份普通的愿望——为金属切削事业的发展和祖国的现代化建设贡献自己的知识和力量。对于整个刀具行业的发展来说，一个人的力量也许不算什么，但正是因为有了于教授这样许许多多“绿叶”的扶持，刀具这朵“红花”才会越开越灿烂！