陶波:國家自然科學基金機械工程學科2019年度優秀結題項目

2021-02-07 機械工程學報

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項目負責人


華中科技大學



項目執行期

2016年1月-2019年12月


依託單位


華中科技大學 


項目名稱


難加工材料高速切削過程中刀具工況特徵的跟隨感知


項目批准號


51575215項目簡介


難加工材料高速切削過程中，切削區產生的局部高溫導致隨時空變化的工件變形、刀具磨損與讓刀變形，在線精確獲取對控制零件加工質量以及實現刀具磨損預測和切削模型精化等均具有重要意義。本項目針對難加工材料高速切削過程中刀具工況特徵在線精確感知需要：1）探索溝槽型微織構內薄膜熱電偶的高效製作工藝，建立刀具表面微織構與薄膜傳感器集成製造方法；2）提出基於有限溫度測點信息的刀具表面熱流快速精確計算方法，實現切削區域溫度場的快速重構；3）研製集成薄膜熱電偶的智能切削刀具，開展實驗驗證。本項目研究成果可實現鈦合金等難加工材料高速切削過程中刀具近切削區域溫度的高精度跟隨測量，為航空零部件高品質製造提供理論和方法支撐。


主要研究進展及創新點


創新了一種利用刀具表面微織構實現薄膜傳感器在硬質合金刀具刀刃區域進行集成製造的方法，解決了難加工材料高速切削過程中刀刃區域溫度無法高可靠原位感知難題（圖1、圖2）。研究成果連續發表在IEEE Sensor, 16(13):2016; SNA 279, 2018; SNA 296, 2019等國際學術期刊; 獲國家發明專利授權1項。


提出了基於有限溫度測點的非均勻、強時變溫度場的快速重構方法，實現了刀具切削區域溫度場的在線快速重構（圖3）。研究成果連續發表在IJHMT, 143: 2019; IJAMT, 97 (1-4): 2018; IJAMT, 99 (5-8): 2018; IEEE TIM 69(7): 2020等國際學術期刊。


研製了表面微織構內集成薄膜熱電偶陣列傳感器的硬質合金智能刀具，解決了傳感器無線供電和數據同步傳輸，實現了難加工材料高速切削過程中刀具近切削區域溫度的高精度跟隨測量（圖4）。研究成果發表在國際學術期刊IEEE TAP 64(12): 2016、IEEE TCS 64(5): 2017、IEEE TM 53(4): 2017，獲國家發明專利授權2項。


項目取得的主要研究成果


在理論研究和技術創新方面：建立了薄膜傳感器與硬質合金刀具集成製造方法和刀具切削區域溫度場在線精確重構方法，研發了具有溫度跟隨感知功能的智能切削刀具，實現了難加工材料高速切削過程中刀具切削溫度的可靠高精度測量，測量溫度高達900°C。


在成果指標與人才培養方面：在IEEE TAP、IEEE TCS、IEEE TM 、IEEE TIM、IEEE Sensor、SNA、IJHMT、IJAM等本領域國際學術期刊發表SCI收錄期刊論文10篇（第一標註論文9篇，第二標註1篇），申請國家發明專利4項，授權 3 項；培養畢業博士研究生3人、碩士研究生3人。


編輯：惲海豔    校對：向映姣



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