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IJMSD | 丁汉院士、张小明教授等:基于切削成像技术的切屑形成动力学研究进展

本文来源于Int J Mech Syst Dyn,欢迎浏览!

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Keywords:

chip formation,

imaging techniques,

strain rate, stress,

surface integrity

DOI: 10.1002/msd2.12032

Cite this article: Nie G, Yang Z, Zhang D, Zhang X, Outeiro J, Ding H. Dynamics of chip formation during the cutting process using imaging techniques: a review. Int J Mech Syst Dyn. 2022;2(1): 27-49.

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在复杂工况下长寿命服役的需要对航空发动机关键部件的加工质量提出了严苛要求,而在切削加工过程中,决定部件制造性能的力-热载荷仍缺乏有效实验测量和验证手段来确定。切削过程应变-温度-应力场演化行为的数字化表征与实验校验已成公认难题。切削成像技术为解决这一难题提供了思路,切削成像是指在切削过程中拍摄图片以获得切削过程原位信息。借助切削成像技术揭示切屑形成过程内载荷作用机制是制造领域的重要研究方向。

华中科技大学丁汉院士、张小明教授团队和法国国立高等工艺大学Outeiro教授组成的研究团队在《国际机械系统动力学学报(英文)》(International Journal Mechanical System Dynamics, IJMSD )发表“基于切削成像技术的切屑形成动力学研究”综述。该文回顾了切削成像技术的研究进展,分析了切削成像获得切屑形成过程的重要物理量,揭示了切削成像的优势及重要性,并展望了其未来发展方向。

Imaging techniques have been widely implemented to study the dynamics of chip formation. They can offer a direct method and a full field measurement of the cutting process, providing kinematic information of the chip formation process. In this paper, the state of the art of the imaging techniques reported in the literatures has been summarized and analyzed. The imaging techniques have been applied to study the chip formation mechanism, friction behavior, strain/strain rate, and stress fields. Furthermore, the study of surface integrity has been advanced by deriving the thermo-mechanical loading, subsurface deformation, and material constitutive model from the imaging technique. Finally, achievements in the area of imaging techniques have been summarized, followed by future directions for their application in the study of surface integrity.


该文亮点:

  1. 综述了成像技术被广泛应用于加工过程切屑形成的动力学研究;

  2. 指出为直观获取切削过程原位物理信息,通过切削原位成像技术对切削过程进行直接观测,可提供切屑形成过程的运动学信息,如:剪切角、刀-屑接触行为、剪切变形区应力场分布等;

  3. 总结并分析了切削成像技术的研究现状;

  4. 揭示了切削成像技术的优势及重要性,展望了其未来发展方向。

Highlights:

  1. The state of the arts of the imaging techniques are summarized and analyzed.

  2. It is pointed out that the imaging techniques offer a direct method and a full field measurement of the cutting process, providing the kinematic information of the chip formation process.

  3. The friction behavior, strain/strain rate, and stress fields in the cutting shear zone are studied through in-situ evidence.

  4. The achievements and outlooks of imaging techniques are summarized.


作者简介

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聂广超

博士研究生,2016年获中南大学机械制造设计及自动化专业学士学位;现就读于华中科技大学机械科学与工程学院张小明教授课题组,2019—2020年在法国国立高等工艺大学Outeiro教授课题组学习。主要研究方向为加工工艺和加工表面完整性。

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杨政彦

博士研究生,2019年获华中科技大学机械制造设计及自动化专业学士学位;现就读于华中科技大学机械科学与工程学院张小明教授课题组。主要研究方向为切削力学、数字图像相关和残余应力建模。

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张东

华中科技大学讲师,博士。主持国家自然科学基金青年基金一项,为多项基金骨干成员;主要研究方向为切削力学、加工过程建模与仿真、数字图像关联和表面完整性。

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张小明

华中科技大学教授,博士生导师。华中科技大学“华中卓越学者”,国家优秀青年科学基金获得者(2017年),洪堡学者。主要从事数字化制造与数控加工技术研究,在航空发动机关键部件数控加工工艺、切削过程仿真与表面完整性形成机制等方面开展了系统的工作。担任中国航发沈阳黎明薄壁件加工实验室技术委员会主任、航天三院两机专项专家、《航空学报》青年编委等。

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Jose Outeiro

法国国立高等工艺学校教授、博士生导师,国际生产协会(CIRP)Fellow。研究课题包括:表面完整性、制造过程建模与仿真;制造工艺;先进材料加工等。

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丁汉

华中科技大学教授、博士生导师,中国科学院院士。担任中国机械工程学会机器人分会主任委员、《中国科学:技术科学》副主编、《国家科学评论》编委、《科学通报》编委、IEEE/ASME机电一体化汇刊技术编辑、IEEE机器人与自动化汇刊资深编辑等。获得国家自然科学二等奖1项,国家教学成果一等奖1项,国家科技进步二等奖2项、三等奖1项。


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《国际机械系统动力学学报(英文)》(International Journal Mechanical System Dynamics, IJMSD )由来自12个国家的15位院士、14位国际学会主席、13位其他国际期刊主编等53位科学家和国际出版巨头美国Wiley出版社合作创立。IJMSD 旨在为用机械系统动力学科学与技术为提升现代装备设计、制造、试验、评估和使用全生命周期性能提供先进的理论、软件、方法、器件、标准,为全球科学家和工程专家提供广泛的机械系统动力学国际交流平台。IJMSD 强调从“系统”视角及系统级工具理解动力学,所涉及的机械系统不仅包括各种不同尺度的机械系统和结构,还包括具有多物理场/多学科特征的综合机械系统。


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