科创中国

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新材料技术

需求背景

在铁路运输领域，钢轨作为轨道的主要组成部分，其质量和使用寿命直接影响到列车的运行安全和运输效率。随着铁路运输的快速发展，对钢轨的性能要求越来越高，因此对钢轨的加工技术和刀具的研究也日益受到重视。钢轨铣削是钢轨加工过程中的关键环节，高性能硬质合金刀具在钢轨铣削过程中具有重要的应用价值。

硬质合金刀具具有高硬度、耐磨性、抗腐蚀性等优点，已经成为现代切削加工中的重要工具。然而，硬质合金刀具在钢轨铣削过程中也面临着诸多挑战，如高速切削过程中的刀具磨损、刀具寿命短、切削力大等问题。为了解决这些问题，相关研究主要集中在以下几个方面：

1. 硬质合金刀具材料的研究

硬质合金刀具材料的性能直接影响到切削效果和刀具寿命。目前，国内外研究者已经开发出了一系列高性能的硬质合金刀具材料，如超细晶粒硬质合金、涂层硬质合金等。这些新型硬质合金刀具材料具有更高的硬度、耐磨性和抗腐蚀性，能够有效提高钢轨铣削的效率和刀具寿命。

2. 刀具结构设计的研究

刀具结构设计对于提高钢轨铣削性能具有重要意义。研究表明，合理的刀具结构可以有效地减小切削力、降低刀具磨损速度、提高切削稳定性。目前，研究者已经提出了多种创新型的刀具结构设计方案，如螺旋刃铣刀、不等齿距铣刀等。这些新型刀具结构设计在实际应用中取得了良好的切削效果。

3. 刀具涂层技术的研究

涂层技术是提高硬质合金刀具性能的有效途径之一。通过在刀具表面涂覆一层具有高硬度、低摩擦系数的涂层材料，可以显著提高刀具的耐磨性和切削性能。目前，已经有多种涂层技术应用于硬质合金刀具，如化学气相沉积（CVD）涂层、物理气相沉积（PVD）涂层等。这些涂层技术在钢轨铣削过程中表现出了良好的切削性能和刀具寿命。

4. 刀具制造工艺的研究

刀具制造工艺对于保证硬质合金刀具质量具有重要作用。目前，已经有多种先进的刀具制造工艺应用于硬质合金刀具的生产，如电火花加工（EDM）、激光熔覆等。这些先进制造工艺可以提高硬质合金刀具的表面质量和尺寸精度，从而提高钢轨铣削的性能。

5. 刀具磨损机理与预测模型的研究

了解硬质合金刀具在钢轨铣削过程中的磨损机理，对于制定有效的刀具维护策略和延长刀具寿命具有重要意义。目前，研究者已经建立了多种刀具磨损预测模型，如基于物理原理的磨损模型、基于经验数据的磨损模型等。这些磨损预测模型可以为钢轨铣削过程提供有效的刀具寿命预测依据。

需解决的主要技术难题

拟解决的问题：

1）超细纳米硬质合金成分设计；

2）新型复合纳米抑制剂制备技术；

3）可变向气流正碳烧结技术。

期望实现的主要技术目标

主要技术指标：对特定油浆进行调制后制备中间相沥青的工艺性好。

技术成熟度、条件：达到市场商用条件，成本可控。

需求解析

解析单位：“科创中国”湖南科技服务团（湖南省科学技术协会） 解析时间：2023-11-28

万迎春

中南大学轻合金研究院

特聘副教授

综合评价

博云东方是一家专业从事高速铁路和城市轨道交通工具的研发、制造和销售的企业。其钢轨铣削高性能硬质合金刀具是一种重要的产品，用于铁路和地铁的轨道维护和修复。 在技术需求方面，博云东方需要具备先进的材料科学、机械加工技术和刀具设计能力，掌握硬质合金材料的性能特点和应用范围，以满足不同工况和切削要求的需求。同时，还需要注重工艺流程的创新和优化，通过改进刀具设计和制造工艺等手段，提高生产效率和产品质量。此外，还需要关注环保和安全方面的要求，采用环保材料和工艺，确保产品符合相关法规和标准。 综合评价来看，博云东方的钢轨铣削高性能硬质合金刀具技术研发具有较高的技术含量和市场前景。但是，该项目需要投入大量的人力、物力和财力资源，并进行长期的技术研发和技术攻关。只有通过不断的技术创新和管理提升，才能实现技术的商业化应用和推广。

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