国外茶叶加工现状及发展趋势

第一篇：国外茶叶加工现状及发展趋势

国外茶叶加工现状及发展趋势

中国食品产业网(2006-6-20 10:54:10)

印度

目前印度居全球第二产茶大国的位置，也是世界茶叶出口的第四大国。在印度，全国60个茶树种植场的茶叶产量占全部总产量的60%，因而产品质量易于控制，市场容易开拓。印度政府对茶叶拍卖有规定，即茶园生产的茶叶，70%以上要进入拍卖市场（也有介绍说是75%要进入拍卖市场）。国外公司的经纪人和国内零售商一般都从拍卖市场中进货。印度作为茶叶出口大国，受西方茶叶消费偏好改变的影响，以及肯尼亚等国茶叶出口的冲击，加上国内消费的增加，近年来茶叶产量持续下跌，从1998年的8.7亿公斤减少到2004年的8.2亿公斤，为15年以来的最低点。出口量也逐年下滑，茶叶出口量也从2002年的2亿公斤下降到2004年的1.45亿公斤。1公斤高品质的阿萨姆茶5年前售价100卢比（约合2.3美元），现在跌到75卢比（约合1.72美元）。除去不利天气的因素，茶叶价格下降、成本上涨、市场竞争激烈也是重要原因。为挽回印度茶叶昔日的辉煌，印度茶叶企业一面不断开拓新兴红茶市场（包括中国在内）；一面也在改变其产品结构，适应正在发生变化的西方社会的茶叶消费习惯；同时印度茶商纷纷采取措施降低生产成本，让优质茶叶能以更有竞争力的价格出售。一些茶叶研究机构也正在加紧开发降低生产成本的新技术并帮助茶厂进行生产加工设备的更新换代。

印度政府于50年代通过了《茶叶法》，该法是茶叶生产、流通环节的法律依据。印度商业部代表政府依据《茶叶法》对茶叶的生产、流通领域实施监督。商业部下设国家茶叶局，茶叶局是实行具体行业管理的机构，具有管理生产、出口和制定发展计划等行政职能，并设有专门的研究机构，负责技术研发和推广。茶叶局在国内主要茶区都设分支机构。国外在莫斯科、汉堡、伦敦、纽约、迪拜等设立代表处或常任代表。茶叶局官员由政府任命，经费都由政府提供。但总的来讲茶叶局职能在慢慢弱化，而茶叶协会等民间组织的职能在加强。

斯里兰卡

斯里兰卡茶叶产业已有130多年的历史。斯里兰卡国内每年大约消费茶叶2万吨左右，斯里兰卡一直在与肯尼亚开展激烈竞争，争夺国际茶叶出口霸主地位。尽管2004年实现出口茶叶29万吨，不及肯尼亚茶叶出口量（32.6万吨），但斯里兰卡仍处世界茶叶出口市场的主导地位。据统计，2005年，斯茶叶出口达30.8万吨，同比增长2.83%，并呈现出三年连续小幅稳步增长的态势。期间，斯里兰卡还进口茶叶719万公斤（占其茶叶产量的3%），主要用于拼配茶和再出口。俄罗斯及前苏联各国仍是斯茶叶出口的最大市场，占出口总量的近两成。

肯尼亚

茶叶是肯尼亚的第一大出口商品，每年为肯尼亚带来约6亿美元的出口收入。茶产业在肯尼亚为50万人提供了直接的就业机会，相关行业为250万人提供了就业机会。连续十年来一直居斯里兰卡之后。排世界茶叶出口第二位的肯尼亚，2004年茶叶出口量较上年猛增了21%，跃居出口第一。根据肯尼亚茶叶局公布的资料，2005年，肯尼亚出口茶叶34.9万吨，仍是世界最大的茶叶出口国。肯尼亚蒙巴萨市是非洲茶叶的出口港市。蒙巴萨茶叶拍卖中心聚集了来自马拉维、坦桑尼亚、乌干达、卢旺达、布隆迪、津巴布韦以及非洲其他产茶小国的茶叶。因此，在这些国家生产的茶叶可能就被统计在肯尼亚的茶叶出口中。

日本

日本全国现有茶园面积5万公顷，总产量8.98万吨，茶农约24万户，主要分布在静岗、鹿儿岛、三重等8个县。茶树品种比较单一，薮北种占83%。日本茶业机械化和自动化程度相当高，茶树修剪、采摘、加工、包装基本上都实现了机械化和自动化。日本茶叶几乎是青一色的蒸青绿茶，只是依据档次不同从中分出玉露、玉绿、抹茶、番茶、煎茶、焙制茶、玄米茶等。日本茶园90%属于农户所有，生产技术主要由茶叶指导者协会提供服务和协调。由农协统一购置生产机械、统一防治病虫害、统一加工，组织化程度很高。茶园管理现代化，园貌整齐划一，树势健壮，单产高，效益好。

日本在20世纪20年代就有简单的精揉机用于茶叶加工，经过几十年的发展，制茶机械已很先进，不仅台时产量大，而且产品质量稳定。茶叶加工基本上都由高度自动化的蒸青生产线来完成。一般每套蒸青机1年仅开工40~50天，由于造价高，茶农以每15~20户联合购置一套。极少量的高档玉露茶由熟练工人手工制作。手工茶每100克卖价高达3万日元，是机制茶价格的10～100倍。

近年来因茶饮料的倍受关注，使日本茶叶行情一路飘红。但根据日本有关部门的统计显示，今后一段时间，茶市场却不容乐观，特别是一些绿茶加工厂、茶商都将因库存量多大而一筹莫展。主产地之一的鹿儿岛县茶市场的平均价格与往年同期相比下降了4成。最大产地静冈县预计下跌300日元左右，跌幅为3成。在日本进口绿茶中，95%来自中国，5%来自越南等其它国家和地区。乌龙茶完全依靠中国大陆及台湾省供给，红茶来自印度、斯里兰卡等国家。预计随着经济的增长和茶叶保健功效被广泛认可，日本国内茶叶消费仍有一定的增长空间。

越南

越南现在拥有600家茶叶生产和贸易公司，其中包括234家出口企业。由于越南茶叶缺乏长久性贸易伙伴，因此易受国际市场的价格波动影响，所引起的贸易变更也较多，最近一些进口国（商）例如印度制定的新管理条例，对茶叶进口施加了严格的限制性条例，就使越南茶叶出口受限。（中国农业科学院茶叶研究所）

第二篇：我国茶叶深加工现状及发展趋势

我国茶叶深加工现状及发展趋势 １、茶叶深加工概况

茶叶深加工是以茶(包括茶鲜叶、制茶品、茶副品、原茶类或代用茶)为原料，运用现代科学理论和科学技术，从深度广度研究开发新形态、新产品和食用添加剂。随着现代科学技术的发展，社会文明进步，人们生活水平的不断提升，对食品、饮料等追求营养、保健、方便、口感好、卫生安全饮品。茶叶作为饮料已有几千年历史，传统泡饮方式，即用沸水泡茶饮用，传统的泡茶方法是一种优秀茶文化，但不能适应现代人、新生活方式要求，尤其是发达国家和地区，“时间就是金钱”高效率工作，快节奏生活方式，他们喜欢茶，要求随时随地即时享用到茶。这对茶业的发展提出了重大课题。茶叶及其副产品内含很多功能性的有效成分可以多方面、多用途利用。因此，有识之士，在二十世纪五十、六十年代，研究开发茶叶深加工新形态、新产品，当时主要是速溶茶及提取咖啡碱等。进入八十年代之后，茶叶深加工技术研究领域与开发得到迅速发展，其新形态产品不断涌现，按市场供销状况，产品分类有各种流行茶饮料、茶酒、冷冻茶制品、茶味糖果、茶味糕点、茶膳、保健茶、药物茶等还有从茶中抽提各种功能性成分和食品添加剂。目前茶叶深加工产品在国际市场上，以液态茶饮料销量最大，开发中心在东南亚；又以乌龙茶水为主流产品，日本开发茶水，年销量300万吨；美国以冰茶销量最大，年销量200多万吨；台湾以风味茶食品饮料为特色，乌龙茶水为主流；英国以水果香味为主流。其次是保健茶，以中国、日本为主产销国。茶叶提取物在食品添加剂等广泛使用，日本在这方面成为主导国。

发展我国茶叶深加工是保持和提高我国茶叶产业国际竞争力的迫切需要；是茶叶饮料消费方式转变的需要；是传统茶叶产业向食品、医药、日化行业延伸的必由之路；是解决中低档茶出路、提高茶业附加值的重要手段。

２、原料分类

中国茶类之多是世界之最，众多的茶类归纳起来可分为基本茶和再加工茶两

大类。

基本茶类依据发酵程度不同由浅而深，分别是绿茶、白茶、黄茶、乌龙茶（青茶）、红茶、黑茶。以基本茶类的茶叶作原料，进行再加工形成各种各样的再加工茶，有花茶、紧压茶、萃取茶、果味茶、药用保健茶和含茶饮料。

3、茶饮品类产品及相关生产厂家、规模、市场

3.1、袋泡茶

袋泡茶具有冲泡快速、清洁卫生、用量标准、便于调味饮用、携带方便等优点，自20世纪70年代以来，袋泡茶快速发展。目前，世界袋泡茶的年消费量将近40万t，占国际茶叶消费总量的15%以上。特别是欧美等发达国家，近20年来袋泡茶消费量占总消费量的比例从2%上升到60%以上。传统的产茶国印度、斯里兰卡、印尼、孟加拉等国也积极研制开发袋泡茶产品。

3.2、茶饮料

我国国家标准中规定，茶饮料（品）是指用水浸泡茶叶，经抽提、过滤、澄清等工艺制成的茶汤或在茶汤中加入水、糖液、酸味剂、食用香精、果汁或植（谷）物抽提液等调制加工而成的制品。茶饮料是指以茶叶的萃取液、茶粉、浓缩液为主要原料加工而成的饮料，具有茶叶的独特风味，含有天然茶多酚、咖啡碱等茶叶有效成分，兼有营养、保健功效，是清凉解渴 的多功能饮料。

茶饮料按其原辅料不同分为茶汤饮料和调味茶饮料，茶汤饮料又分为浓茶型和淡茶型，调味茶饮料还可分为果味茶饮料、果汁茶饮料、碳酸茶饮料、奶味茶饮料及其它茶饮料。

目前我国茶饮料品种以调味茶为主，因为同纯茶饮料相比，生产调味茶的难度不大，质量的稳定性容易得到保证。茶饮料以绿茶为主、红茶、茉莉花茶则比较少。预计随着纯茶饮料生产技术的不断改进，纯茶饮料的比例将会提高。

茶饮料基本工艺步骤（PET瓶灌装茶饮料工艺流程）：去离子水→茶叶→茶抽出液→过滤→加热→UHT杀菌→无菌充填→封盖→冷却→贴标→检验→装箱→成品。

3.3、速溶茶

速溶茶是提取茶叶中的水溶性成分，再经过滤、分离、浓缩、干燥等工艺加工制成的。优质的速溶茶除了没有茶叶的外形，几乎能完美地保存茶叶的色、香、味，同时还克服了普通茶叶常常会出现的问题，如含有杂质、农药残留超标、重金属含量过高、不能溶于凉水等。

我国的速溶茶试制工作开始于20世纪60年代，当时只获得了一些样品，到70年代才开始小规模生产速溶茶。70年代和80年代，我国的速溶茶除出口外，国内销量很少，到90年代，在茶饮料的带动下，速溶茶才迅速兴起。

现在，速溶茶被广泛用做生产茶饮料的原料。用速溶茶调配茶饮料具有品控容易、品质一致性好等优点，加上饮料企业进行茶叶处理有一定的技术难度，使得越来越多的企业使用速溶茶来生产茶饮料。由于速溶茶能快速溶解于热水、冰水及其在存放过程中的高稳定性，使得速溶茶作为固体饮料又可由消费者自行配制，因而越来越受到消费者的青睐。固体冰茶、固体奶茶经过多年的徘徊，销量已明显上升，而固体速溶茶也显示出增长的趋势。

目前国内仅仅能成规模生产并供应速溶茶的企业并不多，有湖州圣玛生物化学有限公司供应绿茶速溶茶，浙江天益食品添加剂有限公司供应无糖杭白菊速溶茶粉等，国内也有很多人正在寻求速溶茶生产厂家，欲发展这块领域。

目前茶叶深加工产品在国际市场上，以液态茶饮料销量最大，开发中心在东南亚；又以乌龙茶水为主流产品，日本开发茶水，年销量300万吨。

速溶茶加工工艺流程：

投料打碎榨汁漂洗二次榨汁低温沉淀过滤浓缩干燥包装出厂。

4、茶叶提取物产品、生产厂家、市场状况

由于茶叶生物化学的发展，已发现茶类资源中含有500多种化合物，其中茶多酚、茶皂素、咖啡碱、色素、多糖等含量丰富。我国是茶叶发源地，国内茶叶资源的蕴藏量十分丰富，对该产业方面已具备有丰富的资源优势。

4.1、茶叶提取物产品与功能及部分产品生产厂家、市场状况

4.1.1、茶多酚/儿茶素具有三抗(抗肿瘤、抗氧化、抗辐射)、三降(降血压、降血脂、降血糖)、三消(消炎、消毒、消臭)等功能；(EGCG，EGC，ECG，EC 等儿茶素单体，是天然药物原料)。

以上茶单体中的EGCG在药理方面的研究具有提高免疫、改善睡眠、抑菌、抗病毒、预防心血管疾病、抗癌、防辐射、延缓衰老等功能；在食品工业上可作抗氧、抑菌、保鲜、祛臭剂；在日化产品上作特殊功能的保质剂、护肤剂。高纯EGCG在国内外市场有着广阔的发展前景，国外市场需求量较大。据报仅DSM公司就计划每年销售20吨以上。高纯EGCG目前市场价格在1.2万元/kg左右。高纯EGCG要求的技术水平较高，目前EGCG也还不能人工合成，国内极少企业生产低成本生产高纯的产品，据悉国内外仅有罗氏公司生产。

4.1.2、茶色素、茶黄素、茶红素：茶色素胶囊是一类治疗和预防心脑血管系统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、增强免疫力、排毒护肝、改善记忆、改善肾功能、促进大脑功能和神经的生长、抗肿瘤、降压安神等功效，可应用于合成医药、日用化学、食品补充剂等方面。茶氨酸作为美国FDA无限制用量安全的食品补充剂，广泛应用于改善睡眠、抗衰老等保健品方面，市场潜力广阔。目前国内工业化生产茶氨酸的企业与机构极少。

4.1.4、咖啡碱、可可碱、茶碱具有兴奋、利尿、护肝、减肥等功能。

4.1.5、茶多糖具有提高免疫力、防辐射、降血脂等功能。

4.1.6、茶皂素(茶叶皂素、茶籽皂素)具有抗菌、消炎、抑制酒精吸收、杀死血吸虫中间宿主钉螺等功能。可用于天然日化用品原料、生物农药：溶血、鱼毒、建筑工业新材料，同时也是一类新型的保健品原料。

中国茶叶提取物生产主要企业有湖南金农生物资源股份有限公司；无锡绿宝生物制品有限公司；浙江东方茶业科技股份有限公司；江西绿康天然产物有限公司；湖北五峰天健天然植物制品公司；大闽食品(漳州)有限公司；广东翼龙集团；湖南猛洞河茶叶提取物有限公司。

茶叶提取物生产企业主要以绿茶为主且多分布于绿茶资源丰富的湖南、湖北、浙江、江西等省。乌龙茶深加工企业少，且规模均小。把乌龙茶作为一个深加工的产品，应用到速溶茶及天然提取物产品将是茶叶深加工的方向。

第三篇：国外大豆加工食品及加工技术发展趋势

国外大豆加工食品及加工技术发展趋势

大豆饮料原本就含有异黄酮成分，现在再外加大豆异黄酮提取物强化了这一成分，但是强化时异黄酮的溶解性是个问题。为此，在溶解大豆异黄酮浓缩物时需配加乳化剂，或者通过均质机进行均质处理。

豆奶及以大豆为基料的饮料也有外加各种形式大豆蛋白的，饮料中大多使用分离大豆蛋白和浓缩大豆蛋白。供应大豆蛋白和异黄酮公司的应用研究人员第兰克塔·埃戈巴特博士指出：“为了形成各种不同黏性状态，市场上的许多大豆分离蛋白可以使最终制品饮料保持良好的性质。”为制作有稳妥黏度的大豆“夏克”，需要使用高黏度蛋白质，而制作类似牛奶黏度的高蛋白质“夏克”，则需使用低黏度蛋白质。为制作果汁基础的饮料，还需经过特殊的稳定化处理，以使用果胶为稳定剂最理想，工艺中还同时需要均质机处理。

埃戈巴特博士指出，制作透明型液体饮料的大豆蛋白迄今为止市场上还没有，“只要少量使用大豆蛋白，就会形成较为混浊的饮料。现在，为制作透明饮料需要使用相当水解度的蛋白制品，但市面上尚无相应的产品，而且目前尚未得到证明，高度水解的大豆蛋白制品也有益于心脏健康。”

大豆蛋白加入饮料时会出现豆腥味，因此加工时需试验改良风味，现在此类试验和研究很多。在香精香料业界，目前已经开发出可供大豆饮料用的多种屏蔽性香精。在饮料用大豆蛋白市场上，用于粉末型大豆蛋白的屏蔽性香精也已有同样的开发，因此今后饮料公司可以很容易地加工制成高级大豆基料产品。

●大豆蛋白制作植物“牛肉”

美国的华盛顿食品公司、鲍卡汉堡（包）公司、拉伊特拉伊夫公司和耶布公司等许多企业现在都在市场上供应以大豆为基础材料的肉类替代制品，它们在味道、组织结构和外观上近似于肉、家禽或鱼肉制品。最早的肉替代品分别用大豆粉制成，现在已改由组织状大豆粉、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白或者由它们按比例组合处理加工而成。

有关专家指出，用于制作肉代替品的大豆蛋白有多种类型：制作植物性馅饼“派”和香肠的主要使用组织状大豆粉、组织状大豆蛋白浓缩物和大豆分离蛋白；加工法兰克福香肠大多采用可赋予成品某种组织结构特性的大豆分离蛋白制品。

通常大豆分离蛋白和浓缩蛋白为提高肉代替品中的蛋白质量而使用，同时也有赋予功能性的目的。大豆浓缩物与水结合后提高了肉制品中的持水力，大豆蛋白浓缩物在粗绞碎肉糜中，在冻结、解冻和再加热过程中有保持水分的作用。

研究人员指出，肉替代制品存在的一个课题是如何形成适当的组织结构和相应的风味，此时需要用肉以外的材料制作香精，利用化学反应的香精制作技术在开发生产优质香精时是有用的。此外，市场上也已经开始出现了能形成非常类似于肉类组织结构特性的新加工技术。有关专家说：“最近数年间，消费者非常希望在超市货架上买到经过改良的肉代替制品及其他范围广泛的含大豆加工制品。”（来源：中国食品报）

第四篇：航空航天用钛合金的切削加工现状及发展趋势

航空航天用钛合金的切削加工现状及发展趋势

钛合金在航空航天工业和其他工业部门有着广泛的应用前景。随着科学技术的不断进步和我国国民经济的快速发展，作为“崛起的第三代金属”钛工业必将大有作为。

航空航天用钛合金的特点及应用

作为航空航天领域不断兴起的材料，钛合金有以下优势[1-3]：

（1）比强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686~1176MPa，而密度仅为钢的60%左右，所以比强度很高。

（2）高温性能优良。钛合金在高温下仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽。

（3）抗腐蚀性强。在550℃以下的空气中，钛表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜，其耐蚀性优于大多数不锈钢。

在航空工业领域，钛合金主要用于制造喷气发动机的压气机盘、涡轮盘、叶片、机匣等，以及诸如大型主起落架支撑梁、机身后段及转向梁等结构件[4]。因钛合金具有比强度高和耐高温特点，用于制造飞机发动机和机体能够有效地提高发动机推重比和机体机构效率，有利于缓解热障现象[5]。近年来军用飞机上所用钛合金材料的比例正在不断增加[6]，钛合金材料的应用水平已成为衡量飞机先进性的重要标志之一。美国第四代战斗机的F-22 的机体主要承力材料大量采用钛64（Ti-6Al-4V），约占机身总质量的36%，钛62222 主要用于发动机周围蒙皮机构及发动机框架，约占机身总质量的3%[7]。在民用飞机方面，钛合金的应用也较为广泛。在波音777 上大约采用了11%的钛结构，其平面钛箔的用量将达到12247kg[8]。在航天工业领域，钛合金主要用于制造耐高温和低温零件[9]。如上海钢铁研究所的7715D 用于DFH-3 卫星的FY-25 型远地点发动机喷注器；俄罗斯的BT37 合金广泛应用于宇航工业形状复杂的低温管路系统。

航空航天用钛合金的切削加工现状

航空航天用钛合金零部件主要有两类。一类是复杂曲面，如叶轮、涡轮盘和叶片等，实际生产中采用多轴数控加工。图1 中采用多轴铣削加工的钛合金涡轮即为复杂曲面。另一类是薄壁框型件，如大型框、梁和壁板等多采用铣削加工。图2 中采用立铣加工的钛合金壁板是典型的薄壁框型件。上述两种工件的加工都必须从整块坯料中去除大量的材料，而钛合金的切削加工性较差，其工件的加工成本占工件总成本的比重很大。切削加工困难是导致钛合金零件价格高昂的重要因素。钛合金的切削加工性

钛合金是典型的难加工材料，其加工特性表现如下[10-11]：

（1）钛合金的导热性差，是不良导热体金属材料。切削加工时，切屑与前刀面的接触面积很小，特别容易引起薄壁件的热变形。

（2）钛合金弹性模量低，弹性变形大。切削时接近后刀面处工件的回弹量大，导致已加工表面与后刀面的接触面积特别大，造成加工件几何形状和精度差、表面粗糙度增大、刀具磨损增加。

（3）钛合金的亲和性大、切削温度高。切削时，钛屑及被切表层与刀具材料咬合，产生严重的粘刀现象，容易引起刀具强烈的粘结磨损。钛合金的高温化学活性强，在600℃以上时，与氧、氮产生间隙固溶。吸收气体后钛合金表面的硬度明显上升，对刀具有强烈的磨损作用。

目前，我国的钛合金切削加工效率还比较低，生产中应用最多的硬质合金刀具推荐的切削速度在30~50m/min，与国外相比还存在很大差距。目前的钛合金切削加工工艺

现有的钛合金切削加工方式主要是车削和铣削。钛合金车削加工时易获得较好的表面粗糙度，加工硬化不严重，但切削温度高，刀具磨损快。钛合金的铣削加工比车削加工困难。因为铣削是断续切削，并且切屑易与刀刃发生粘结，当粘屑的刀齿再次切入工件时，粘屑被碰掉并带走一小块刀具材料，形成崩刃，极大地降低了刀具的耐用度。

在加工钛合金时，通常选择较小的前角，以增大切屑与前刀面的长度；选择较大的后角，以减小后刀面与加工表面之间的摩擦。为了降低切削温度，通常选用较小的切削速度和较大的切深，并使用切削液。切削速度过小导致材料去除率低下，增加了钛合金加工成本；较大的切深导致切削力增大，影响钛合金工件尤其是薄壁件的质量；切削液的使用增加了加工成本，造成环境污染，不符合绿色切削的要求。

目前，我国的钛合金加工缺乏有效的工艺数据库支持。在具体工艺安排和切削用量选择上，往往凭经验和“试切”来确定工艺参数。此外，我国刀具和切削液的国产化程度还比较低，制约了钛合金切削加工水平的提高。

钛合金切削加工的发展趋势

随着航空工业的发展，钛合金将逐步取代铝合金，成为航空工业的主要材料。未来的钛合金切削加工将主要面向3 个方向：

（1）大幅提高单位时间内的材料去除量，实现高效加工；

（2）研发新型刀具，延长刀具使用寿命；

（3）减少切削液的使用，达到绿色切削。钛合金高速切削

高速切削能大幅提高钛合金加工效率，并保证零件加工质量。钛合金的高速槽铣和周铣实践证明，高速切削不仅能提高加工效率，还能有效提高被加工表面的质量[12-14]。

钛合金高速切削具有以下优势：

（1）温升少，工件热变形小。高速切削虽然产热量多，但由于切屑从工件上切离的速度快，90% 以上的切削热被切屑带走，传给工件的热量很小，工件积累热量极少，这对于减少钛合金热变形有重要意义。

（2）切削力低。切削速度高使得剪切变形区变窄，剪切角增大，变形系数减小和切屑流出速度快，从而使切削变形减小，切削力比常规切削力低30%~90%, 特别适合于加工刚性差的航空用钛合金薄壁件。

（3）材料切除率高，加工表面质量好。高速切削时其进给速度可随切削速度的提高相应提高5~10 倍，这样单位时间内材料的切除量可提高3~5 倍。另外随着切削速度的提高，切屑可以被很快切离工件，故残留在工件表面上的应力很小。由于切削点温度的升高工件表面鳞刺的高度会显著降低甚至完全消失。

钛合金高速切削也面临着很多技术难题。高速导致加工表面温度急剧升高，由于钛合金导热性差，如不采取有效的降温措施，会使得钛合金和空气中元素发生化学反应，形成硬化层。高温烧蚀和切削力的增大造成刀具急剧磨损，使得加工不能持续。钛合金切削加工的高性能刀具

大量的研究结果[15-17] 表明：刀具的快速磨损是制约钛合金高速切削加工的最主要因素。因而，要想提高钛合金加工和应用水平，必须研发适用于钛合金的高性能刀具。刀具材料方面，应具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能和高的可靠性。

硬质合金刀具的价格相对低廉，是目前使用最多的钛合金切削刀具，常用刀具有YG6、YG8 等。但是在以往的研究和生产实践中，通常不采用YT 类刀具，因为含钛的刀具材料在高温下很容易与钛合金亲合，使得粘结磨损严重。但是对刀具磨损的研究表明，钛合金在低速铣削时的刀具磨损机理为粘结撕裂磨损，在高速铣削时以扩散磨损为主[18]。而含钛类刀具可有效抑制扩散磨损。因此，低速段使用的YG 类硬质合金刀具不适合钛合金高速切削，而YT 类刀具将是新的研究方向。

PCD 刀具的性能很适宜于加工钛合金[19] ：（1）良好的导热性。金刚石的导热系数为硬质合金的1.5~9倍。由于导热系数及热扩散率高，切削热容易从刀具散出，故切削区温度低，这对于克服钛合金导热性差的问题有重要意义。（2）较低的热膨胀系数。金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍约为高速钢的1/10，在高温下，能够更好地保证钛合金工件的加工质量。（3）极高的硬度和耐磨性。金刚石刀具在加工高硬度材料时耐用度为硬质合金刀具10~100 倍甚至高达几百倍。使用金刚石刀具切削钛合金，能够有效延长刀具使用寿命。Mori 等[20] 采用新型PCD 刀具在高速切削钛合金时获得了较好的切削效果。但是Balkrishna Rao 等[21]的研究结果表明，金刚石刀具的磨损形式表现为剥落和沟槽磨损，不能实现高速切削。

在刀具结构方面，Komanduri 与Reed[22] 设计了一种可提高刀具寿命的新型刀夹，该刀夹可获得较大的刀具后角和负前角；Shuting Le 等[23] 研究了可转位刀具在高速车削Ti6Al4V钛合金过程中的应用状况，在高速切削状态下，可转位刀具的寿命比固定位刀具的寿命增长了37 倍。钛合金绿色切削

传统的钛合金切削使用大量的冷却液，增加了制造成本，造成了环境污染，还会损害工人的身体健康[24]。绿色切削可有效解决由切削液引起的各类问题。目前国内外对绿色加工的研究主要有绿色切削技术和绿色冷却技术。

绿色切削技术包括：干式切削、准干式切削、低温切削和绿色湿式切削[25-26]。

干式切削可完全消除使用切削液导致的一系列负面影响[25]，由于摩擦使工件和刀具的温度升高，导致刀具磨损加快，工件产生残留应力，同时会使得刀具和工件发生热变形，表面质量降低，因而不适用于航空航天用钛合金的加工。准干式切削又称MQL（Minimal Quantity Lubrication）极微量润滑技术，它是将极微量的切削油与具有一定压力的压缩空气混合并雾化后，喷射到加工区，对刀具和工件之间的加工部位进行有效的润滑。MQL 可以大大减少“刀具-工件”和“刀具-切屑”之间的摩擦，起到抑制温升、降低刀具磨损、防止粘连和提高工件加工质量的作用。使用的润滑液很少，而效果却十分显著，既提高了工效，又不会对环境造成污染，是钛合金切削加工的有效途径。低温切削能够提高工件的切削加工性、刀具寿命和工件表面质量，非常适用于钛合金加工。林肯大学的Z.Y.Wang [27] 的研究结果表明，在超低温加工状态下，刀具材料能够保持良好的切削性能，提高了刀具寿命，保证了切削效率和加工质量。

绿色冷却技术是实现绿色加工的关键，主要包括：液氮冷却、蒸汽冷却、低温气体射流冷却以及喷雾射流冷却等。

液氮冷却采用液氮使工件、刀具或切削区处于低温冷却状态进行切削加工，是目前主要的低温加工手段。低温气体射流冷却是采用-10~-100℃的冷风强烈冲刷加工区的一种冷却方式。试验证明，该方式可以显著均匀地降低加工区、刀具及工件的温度，有效地抑制刀具磨损，提高刀具耐用度，改善已加工表面的加工质量和提高零件加工精度[28-29]。由于液氮冷却切屑收集困难，纯气体冷却时刀具没有得到润滑等问题，制约了此种冷却方式的推广。有学者在此种方法基础上提出了钛合金低温喷雾射流冷却加工[30]。低温喷雾射流冷却加工兼备了低温、射流冲击、充分汽化和使用最绿色的空气等几个要素。

结束语

为了满足航空航天对于钛合金工件日益增长的需求，我国的钛合金切削加工必须有长足的进步。在基于国内的材料、机床和管理等条件基础上，进一步加强钛合金材料加工工艺路线的优化、加工参数的优选，提高加工效率和产品质量，是推动国内钛合金产业和航空航天工业的发展的重要因素。

第五篇：超高速加工技术的现状及发展趋势

目录

摘 要.......................................................................1 1 引言......................................................................1 2 超高速加工技术简介........................................................1 2.1 超高速加工技术概况......................................................1 2.2 超高速加工技术分类......................................................2 2.3 超高速加工技术特点......................................................2 3 超高速加工技术现状........................................................3 3.1 超高速加工技术现状简述..................................................3 3.2 国外超高速加工技术发展..................................................4 3.3 国内发展情况............................................................5 4 超高速加工技术发展趋势....................................................5 谢 辞......................................................................8

超高速加工技术的应用和发展趋势

摘 要：本文介绍了超高速加工技术的概念、内容和发展现状，并分析了其发展动向。关键词：高速加工技术、机械制造、应用、发展 引言

当前机械制造业为实现高生产率和追求利润,先进制造技术的应用越来越广泛而深入。超高速加工技术作为先进制造技术的重要组成部分,也已被积极地推广使用。20世纪20年代德国人Saloman最早提出高速加工(High Speed Cutting, 简称HSC)的概念,并1931 年申请了专利。50年代末及60年代初,美国和日本开始涉足此领域,在此期间德国已针对不同的超高速切削加工过程及有效的机械结构进行了许多基础性研究工作。随着超高速加工主轴技术的发展,使得刀具切削速度得到很大提高,70年代诞生了第一台HSC机床。真正将HSC技术应用于实践是在80年代初期,因飞机制造业为降低加工时间以及对一些小型特殊零件的薄壁加工而提出了快速铣削的要求。自80年代中后期以来, 商品化的超高速切削机床不断出现,超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。超高速磨削技术在近20年来也得到长足的发展及应用。德国Guehring Automation公司在1983年制造出了当时世界第一台最具威力的60kW强力立方氮化硼(CBN)砂轮磨床,Vs达到140~ 160m/s。当今, 超高速加工已经在汽车、航空航天等领域获得应用。超高速加工技术简介

2.1 超高速加工技术概况

超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具,通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。

超高速加工是实现高效率制造的核心技术,工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说,超高速加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前，一般认为，超高速切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过1600m/min，铸铁为1500m/min，超耐热镍合金达300m/min，钛合金达150~1000m/min，纤维增强塑料为2000~9000m/min。各种切削工艺的切速范围为：车削700~7000m/min，铣削 300~6000m/min，钻削200~1100m/min，磨削250m/s以上等等。

2.2 超高速加工技术分类

超高速加工技术主要包括以下内容：

（1）超高速切削、磨削机理研究。对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种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艺参数优化等进行系统研究。

（2）超高速主轴单元制造技术研究。主轴材料、结构、轴承的研究与开发;主轴系统动态特性及热态性研究;柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究;主轴系统的润滑与冷却技术研究;主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究;主轴换刀技术研究。

（3）超高速进给单元制造技术研究。高速位置芯片环的研制;精密交流伺服系统及电机的研究;系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究;机械传动链静、动刚度研究;加减速控制技术研究;精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等。

（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。研究开发各种超高速加工(包括难加工材料)用刀具磨具材料及制备技术。

（5）高速CNC控制系统:超高速加工要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高功能化特性,以保证加工复杂曲面轮廓时,具有良好的加工性能。还要具有高速插补及超前处理能力,防止刀具轨迹偏移和突发事故。

（6）超高速加工在线检测与控制技术研究。对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术,对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。

2.3 超高速加工技术特点

超高速磨削可以对硬脆材料实现延性域磨削加工,对高塑性等难磨材料也有良好的磨削表现。与普通磨削相比,超高速磨削显示出极大的优越性

（1）切削力降低30%左右，特别适合刚性差的工件。

（2）能实现对硬脆材料的延性域磨削,对高塑 性和难磨材料获得良好的磨削效果。由于加工时对刀具和工件进行了冷却润滑，减少了切削热对工件的影响，特别适合加工易热变形的工件。

（3）降低加工工件表面粗糙度值,易获得高光洁的加工表面。激振频率远远高于机床和工艺系统的固有频率，加工平稳，振动小，加工表面质量好。

（4）能极大地提高生产效率。但是，高速切削采用的高压大流量冷却方式会增加环境污染、提高生产成本、减少刀具的耐用度、加大机床腐蚀等一系列问题。

（5）明显降低磨削力,提高零件加工精度.（6）砂轮耐用度提高,使用寿命延长。（7）具有巨大的经济效益。超高速加工技术现状

3.1 超高速加工技术现状简述

（1）高速主轴系统:高性能的电主轴是实现超高速加工的基础, 要求具有很高的转速及相应的功率和扭矩。新近开发的加工中心主轴Dn值(主轴直径与每分钟转速之积)大都已超过100万。在主轴系统中主要采用重量轻于钢制品的陶瓷球轴承,轴承润滑方式大都采用油气混合润滑方式。在高速加工领域,目前已开发出空气轴承和磁轴承以及由磁轴承和空气轴合并构成的磁气/空气混合主轴。

（2）高速进给机构:超高速加工要求进给系统能够完成高速进给运动,所用的进给驱动机构通常都为大导程滚珠丝杠或直线电机,其最高加速度在2G以上, 最高进给速度可超过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), 端面铣削使用CBN 刀具时,其切削速度可高达5000m/min。用金刚石刀具端面铣削铝合金时, 5000m/min的切削速度已达到实用化水平。CBN和金刚石刀具只能用于一定的加工领域, 尚不能取得非常理想的降低加工成本的效果。目前, 涂层技术是一项既能作到价格低廉、性能优异, 又可有效降低加工成本的技术。现在超高速加工用的立铣刀, 大都采用TiAIN 系的复合多层涂镀技术进行处理。如在对铝合金或有色金属材料进行干式切削时,DLC(Diamond Like Carbon)涂层刀具就受到人们极大的关注, 预计其市场前景十分可观。

(4)刀具夹持系统:刀具的夹持系统是支撑高速切削的重要技术, 目前使用最为广泛的是两面夹紧式工具系统。作为商品正式投放市场的两面夹紧式工具系统主要有: HSK、KM、Bigplus、NC5、AHO 等系统。在高速切削的情况下, 刀具与夹具回转平衡性能的优劣, 不仅影响到加工精度和刀具寿命,而且也会影响到机床的使用寿命。因此,在选择工具系统时,应尽量选用平衡性能良好的产品。

(5)安全保护措施:进行高速切削时,由于刀具高速回转, 切屑的速度也相当高。在对钢材或铸件进行高速铣削时, 其切屑带着火花四处飞溅, 因此, 必须采取措施, 使切屑

沿着一定的方向排出。目前,三菱综合材料公司已开发出一种“ Q-ing 铣刀”, 可控制排屑方向, 大大提高了高速铣削加工的安全性。

3.2 国外超高速加工技术发展

3.2.1 欧洲的发展情况

欧洲高速超高速磨削技术的发展起步比较早。1979年德国 Bremen大学的Werner P G教授撰文预言了高效深磨区存在的合理性,由此开创了高效深磨的概念。1983年德国 Bremen大学出资由德国Guhring Automation公司制造了当时世界上第一台高效深磨的磨床,砂轮圆周速度达到了209 m/ s。德国 Guhring Automation公司于1992 年成功制造出砂轮线速度为140～160m/s的CBN 磨床,并正在试制线速度达180m/ s 的样机。德国Aachen大学、Bremen大学在高效深磨的研究方面取得了世界公认的高水平成果。据Aachen工业大学实验室的Koeing和Ferlemann 宣称,该实验室已经采用了圆周速度达到 500 m/s的超高速砂轮,这一速度已突破了当前机床与砂轮的工作极限。瑞士Studer公司开发的CBN砂轮线速度在60m/s 以上, 并向120～130m/s方向发展。目前在试验室内正用改装的S45型外圆 磨床进行线速度280m/s的磨削试验。3.2.2 美国的发展情况

美国20世纪60年代中期开始提高陶瓷砂轮的线速度。辛辛那提-米拉克隆公司到1969 年已生产了100多台高速磨床,其中有80m/s的无心磨床。本迪克斯公司1970年生产了91 m/s的切入式高速磨床。1971年,美国Carnegie-Mellon大学制造了一种无中心孔的钢质 轮,在其周边上镶有砂瓦,其试验速度可达185m/s,工作速度达到125m/s,用于磨削不锈钢锭和切断,也可用于外圆磨削。1993年,美国的 Edgetek Machine 公司首次推出的超高速磨床,采用单层CBN砂轮,圆周速度达到203m/s ,用以加工淬硬锯齿等可以达到很高的金属切除率。美国Connecticut大学磨削研究与发展中心的无心外圆磨床,最高磨削速度可达 250m/。2000年美国马萨诸塞州立大学的Malkin S等人,以149m/s砂轮速度,使用电镀金刚石砂轮通过磨削氮化硅研究砂轮的地貌和磨削机理。3.2.3 日本的发展情况

日本在20世纪70年代中期,不少工厂生产磨削速度为45m/s和60m/s的磨床,三井精机于1972年生产了磨削速度为80m/s的高速磨床,切入成型磨铸铁工件,加工时间仅为59s。1985年前后,在凸轮和曲轴磨床上,磨削速度达到了80m/s。1990年10月底在第五届“日本国际机床展览会”上,日本推出了磨削速度为120m/s的高速磨床。之后,开始开发 160m/s 以上的超高速磨床。1993年前后,使用单颗粒金刚石进行了250m/s超高速磨削试

验研究。1996年日本又推出了125m/s CBN砂轮平面磨床。至2000年,日本已进行500m/s 超高速磨削试验。Shinizu等人为了获得超高磨削速度,利用改制的磨床,将两根主轴并列在一起；一根作为砂轮轴,另一根作为工件主轴,并使其在磨削点切向速度相反,取得了相对磨削速度为VS + V W的结果,砂轮和工件间的磨削线速度实际接近1000m/s。

3.3 国内发展情况

国内高速超高速磨削的发展自1958年,我国开始推广高速磨削技术。1964年,磨料磨具磨削(三磨)研究所和洛阳拖拉机厂合作进行了50m/s高速磨削试验,在机床改装和工艺 等方面获得一定成果。1975年10月,河南省南阳机床厂试制成功了MS132型80m/s高速外圆磨床。1976年,上海机床厂、上海砂轮厂、郑州磨料磨具磨削研究所等组成高速磨削试验小组对80、100m/s 高速磨削工艺进行了试验研究。1982年10月,湖南大学进行了60 m/s高速强力凸轮磨削工艺试验研究,为发展高速强力磨削凸轮轴磨床和高速强力磨削砂轮提供了实验数据。至1995年,汉江机床厂使用陶瓷CBN砂轮,进行了200m/s的超高速磨削试验。广西大学于1997年前后开展了80m/s的高速低表面粗糙度的磨削试验研究工作。在 2000年中国数控机床展览会上,湖南大学推出了最高线速度达120m/s的数控凸轮轴磨床。从2002年开始,湖南大学开始针对一台250m/s超高速磨床主轴系统进行高速超高速研究,并在国内首次进行了磁浮轴承设计。20世纪90年代至今,东北大学一直在开展超高速磨削技术的研究,并首先研制成功了我国第一台圆周速度200m/s、额定功率55kW、最高砂轮线 速度达250m/s的超高速试验磨床。东北大学先后进行超高速磨削热传递机制研究,高速单颗粒磨削机理研究,200m/s电镀CBN超高速砂轮设计与制造,超高速磨削温度场研究,磨削摩擦系数的研究,超高速磨削砂轮表面气流的研究,超高速磨削机理分子动力学的仿真等,取得了可喜的研究成果,部分研究成果达到国际先进水平。超高速加工技术发展趋势

（1）难加工材料的超高速加工。难加工材料的使用越来越广泛,由于材料的切削加工性能极低,导热性差,刀具磨损快,为此只能采用很低的切削速度。通过深入研究这类材料的切削特性,提高刀具稳定性,研制新型刀具材料及制作工艺,开发出相应的刀具系统,将使切削速度范围有较大的提高。

（2）刀具夹紧机构设计。对于安装在超高速主轴上的旋转类刀具来说,刀具夹紧机构的安全可靠性是至关重要的。在高速端面铣削加工时,由于离心力作用,可转位刀片有可能被甩出,因此,应采取相应措施加以预防。最近,工具厂家正在开发可转位刀片的新型夹紧

装置,刀片甩出问题有望得到妥善解决。

（3）相关工艺设计。主轴加速时间和快速进给的动作时间、ATC时间对整个生产周期均有很大的影响。为了最大限度地发挥设备的加工能力,必须妥善解决包含上述因素的工艺编制问题。由于各类产品从开发到生产的各个环节都将实现高效率化,因此,应在更短的时间内编制出正确而合理的工艺流程。

（4）节省能源,实现绿色加工。当前,许多机床都配置了高速钻削加工所必需的高压冷却液泵。冷却装置所需电力约占设备运转所需电力的20%~30%；而生产线上所耗用的能源并不包括此项内容。采用干式切削方式,会从根本上改善切削的环境状态,节省对切削液的直接投资和废液处理及环保费用。因此,希望开发出更加节省能源的机床,开发出更加实用的干式切削加工技术。

（5）高精度定位系统。采用立铣刀或螺纹刀具加工零部件或加工模具时,机床的运动性能将直接影响到其加工精度。因此,要求机床在大进给速度条件下,应具有高精度定位功能和高精度插补功能。

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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

谢

辞

另外，感谢学校给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。再一次对我的母校表示感谢。