章兼植,探矿工程专家,在钻探技术和岩石破碎机理的研究方面有较深的造诣。对当时钻孔弯曲测量的计算方法和岩心定向的计算公式,提出独到的见解,纠正了误差。他是“金刚石地质岩心钻探配套技术的应用推广”重大科研项目的主要参与者,在人造金刚石钻探技术研究上有突出的建树,创造性地提出一系列超硬材料工具设计理论。曾获得国家科技进步一等奖。

 

人造金刚石钻探技术,贡献突出

至80年代末,金刚石钻头成为超硬材料工具的主导产品,钻头年产量几十万个,钻探进尺数百万米。从钻头设计到粉末冶金制造工艺,逐步形成一门独立的学科,并为以后石材加工用超硬材料工具的研究开发奠定了基础。正是由于钻探技术大规模应用上的首先突破,促进了我国超硬材料工具生产和应用技术的迅猛发展,21世纪初,我国一跃成了世界金刚石生产大国和金刚石及工具出口第一大国,为国家赚取了大量外汇,为我国的国民经济建设做出卓越的贡献。由此,该项目于1985年获得国家科技进步一等奖。章兼植作为主要骨干,自始至终积极参与,并主持金刚石坑道钻机课题的研究设计,深入矿山坑道第一线,艰苦地完成试验和推广工作。

 

 坑道钻机研究设计,成绩卓著

为改变我国矿山勘探装备的落后面貌,接受冶金部下达的任务,章兼植于1964年即开始主持坑道钻机的研究设计。当时矿山使用的是苏联БА-100型风动钻机,十分笨重,钻进效率低。章兼植查阅大量资料,在结构上采用全新的滑轨式进给机构;风马达打破旧框框,重新计算、设计。随着我国液压技术的进步和发展,1982年设计钻石-100型液压坑道钻机获得成功,并推广全国,至今估计生产4000-5000台,由此,获得有色总公司科研成果三等奖。由于长期从事坑内钻探技术的推广工作,使我国人造金刚石坑内钻探技术的应用跨上一个新台阶。由此又获得有色总公司科技进步三等奖。

 

金刚石工具制造,紧跟前沿

 

1993年我院从瑞典引进一套德国飞羽公司制造先进的金刚石工具生产线并成立桂林迪奥特金刚石工具公司,由章兼植任总经理,1994年在他带领下仅用二个月时间完成近30台的设备安装和试车,当时指导我们试生产的瑞典专家,称赞我们的高超技术和对新设备的接受理解能力。

 

在用该设备生产工具的生产工艺过程中,有许多设备和工艺是首次接触,对改进和提升我国的设备工艺水平有直接的帮助。如金刚石锯片自动焊机,性能十分先进,从夹持刀头、移位、进银焊片、焊接、转角度、直到全部焊完,一气呵成。而当时,我国各锯片厂只能用手工在基体上一片一片地焊接刀头;还有刀头自动冷压机及冷压工艺,对我们启发很大,自从引进这台自动冷压机之后才认识到,在超硬材料工具生产工艺过程中加进冷压工序的重要意义。此前,不论是用粉末冶金烧结方法生产锯片刀头或钻头,均是在石墨模具中,直接加进混合好的金属粉末和金刚石,然后加压烧结。这样的加工工艺生产出来的锯片刀头,密度不均,尺寸误差大,石墨材料消耗大,而冷压工艺恰恰能解决上述缺陷。

 

因此增加一道冷压工艺是必要的,有利于提高锯片刀头产品质量,也是粉末冶金生产的基本成型方法。通过对引进设备的使用,使我们认识到冷压工艺是超硬材料工具生产过程中的重要环节,不可小视,应加强对该工艺方法的研究并设法尽快推广。可是当时我国还不能生产自动冷压机,进口设备价格昂贵,我们公司在章兼植主持下,组织攻关,自己设计冷压模具,在普通压力机实现锯片刀头的冷压工艺。也就是将称好的混合料(不需要经过制粒工序)倒进钢模,放到压力机进行加压成形,使刀头压坯密度达到45-75%。

 

该工艺方法比较实惠,不增加设备投资。开始先在桂林周边锯片厂盛行,而后迅速扩展到广东、福建各省,到目前已普及推广十几年,并获得显著效果。至今仍不失为我国一项独特的金刚石锯片刀头生产工艺方法。还有薄壁工程钻头的生产工艺方法也颇具特色。钻齿的石墨模具是用数控CNC铣床加工的,精度高,效率快。采用高频烧结或钻齿高频焊接等等。这些先进技术促进了我国金刚石工具制造技术的进步和发展。

 

 金刚石工具磨削机理的理论研究,独具创新

 

章兼植在超硬材料行业技术交流过程认识到只有深入了解超硬材料工具磨削机理,才能制造出高性能的工具,因此他应用深厚的岩石力学和岩石破碎机理基础理论,查找各国有关专家的理论计算,潜心研究,分析对比,结合国情,结合丰富的实践经验,撰写并发表一系列在行业中具有影响力的文章。文章在多次学术研讨会上获得好评。章兼植善于钻研各种工具的工作机理和理论计算问题。早在大学时期的石油涡轮钻头水力学理论计算课程中,就敢于标新立异,提出自己的推算公式,纠正原苏联讲义中的计算偏差。

 

1994年后担任总经理期间,经常要研究开发设计金刚石锯片、钻头、磨轮等各种新产品,其中最重要的要进行各种工具粉末胎体配方设计,包括金刚石配比、品质、浓度等的设计选择。这些工作都是通过实际经验,通过类比,或者通过分析解剖国外产品作参考,来进行设计,缺乏科学依据,比较盲目,难以设计出高性能的超硬材料工具。

 

为了深入探索金刚石工具磨削机理,他日以继夜地潜心研究,从微观上研究各种金属粉末胎体的物理力学性能和对金刚石的包镶能力;研究单颗金刚石作为切削元件,从切入深度到失效脱落的工作全过程;他在国内首先应用现代科技手段检测金刚石在胎体表面的出刃值和应用三维视频显微采集系统和胎体磨损试验台对胎体磨削磨损过程进行监测和研究,了解胎体表面金刚石出刃高度的变化以及从出露、磨损到脱落的形貌变化,深入研究探索金刚石工具切割机理和不同配方胎体的性能变化。

 

从21世纪初,他在国内超硬材料主要期刊和学术研讨会上连续发表‘孕镶金刚石工具切削元件的工作出刃’、‘孕镶工具中金刚石的失效和对策’和‘有关胎体设计的一些评述’等十几篇论文,在超硬材料业界引起极大反响,并得到许多专家学者的认可。为我业界进一步研究金刚石工具磨削机理和胎体配方设计奠定了重要的理论基础。

 

不怕艰苦,深入矿山坑道,与工人共劳动,收集第一手资料,精心设计,章兼植正是以这种奋斗在第一线的科研态度完成了一项又一项的科研任务,取得了众多学术成果。在退休后,还坚持不懈地为科研工作奋斗,即使在重病期间,仍然关心工作,他以这种科学技术专家的光辉风范为后来人照亮前进的道路。

   采编/小石头

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