陶波：国家自然科学基金机械工程学科2019年度优秀结题项目
Email：taobo@hust.edu.cn
陶波
华中科技大学
2016年1月-2019年12月
华中科技大学
难加工材料高速切削过程中刀具工况特征的跟随感知
难加工材料高速切削过程中，切削区产生的局部高温导致随时空变化的工件变形、刀具磨损与让刀变形，在线精确获取对控制零件加工质量以及实现刀具磨损预测和切削模型精化等均具有重要意义。本项目针对难加工材料高速切削过程中刀具工况特征在线精确感知需要：1）探索沟槽型微织构内薄膜热电偶的高效制作工艺，建立刀具表面微织构与薄膜传感器集成制造方法；2）提出基于有限温度测点信息的刀具表面热流快速精确计算方法，实现切削区域温度场的快速重构；3）研制集成薄膜热电偶的智能切削刀具，开展实验验证。本项目研究成果可实现钛合金等难加工材料高速切削过程中刀具近切削区域温度的高精度跟随测量，为航空零部件高品质制造提供理论和方法支撑。
创新了一种利用刀具表面微织构实现薄膜传感器在硬质合金刀具刀刃区域进行集成制造的方法，解决了难加工材料高速切削过程中刀刃区域温度无法高可靠原位感知难题（图1、图2）。研究成果连续发表在IEEE Sensor, 16(13):2016; SNA 279, 2018; SNA 296, 2019等国际学术期刊; 获国家发明专利授权1项。
提出了基于有限温度测点的非均匀、强时变温度场的快速重构方法，实现了刀具切削区域温度场的在线快速重构（图3）。研究成果连续发表在IJHMT, 143: 2019; IJAMT, 97 (1-4): 2018; IJAMT, 99 (5-8): 2018; IEEE TIM 69(7): 2020等国际学术期刊。
研制了表面微织构内集成薄膜热电偶阵列传感器的硬质合金智能刀具，解决了传感器无线供电和数据同步传输，实现了难加工材料高速切削过程中刀具近切削区域温度的高精度跟随测量（图4）。研究成果发表在国际学术期刊IEEE TAP 64(12): 2016、IEEE TCS 64(5): 2017、IEEE TM 53(4): 2017，获国家发明专利授权2项。
在理论研究和技术创新方面：建立了薄膜传感器与硬质合金刀具集成制造方法和刀具切削区域温度场在线精确重构方法，研发了具有温度跟随感知功能的智能切削刀具，实现了难加工材料高速切削过程中刀具切削温度的可靠高精度测量，测量温度高达900°C。
在成果指标与人才培养方面：在IEEE TAP、IEEE TCS、IEEE TM 、IEEE TIM、IEEE Sensor、SNA、IJHMT、IJAM等本领域国际学术期刊发表SCI收录期刊论文10篇（第一标注论文9篇，第二标注1篇），申请国家发明专利4项，授权 3 项；培养毕业博士研究生3人、硕士研究生3人。
编辑：恽海艳 校对：向映姣
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