近日，我院工业设计系教师王伟副教授在砂轮地貌动态磨损机理和磨削温度场建模方面取得重要进展，相关研究成果《基于砂轮动态磨损地貌的石英玻璃干磨削温度场》（Temperature field in the crack-free ductile dry grinding of fused silica based on wheel wear topographies）发表于《Journal of Materials Processing Technology》期刊。《Journal of Materials Processing Technology》是机械制造领域的次顶级期,，2023年影响因子为6.7（我校期刊分类为SCI T1级）。论文工作由中国石油大学（华东）与山东大学共同完成，论文第一作者为我校教师王伟，通讯作者为王伟副教授和山东大学姚鹏教授，硕士生李志朋、尹航和陈烁为该研究工作和论文撰写做出重要贡献。该研究得到国家自然科学基金和山东省自然科学继续重大基础研究项目联合资助。
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石英玻璃是一种光学性能优异的激光窗口材料，广泛应用于紫外透射光学系统。石英玻璃是典型的硬脆难加工材料，机械加工过程难以避免在表面残留微裂纹。王伟团队曾提出利用干磨削产生的高温在线改善石英玻璃的力学性能，直接实现无裂纹损伤的塑性域磨削的工艺方法。该前序工作发表在International Journal of Machine Tools & Manufacture上（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2016.07.007）。磨削温度场对石英玻璃磨削过程有重要影响，磨削过程砂轮地貌是一直动态磨损变化的，然而目前有关磨削温度场的研究全部假设磨削温度场与砂轮磨损无关。
动态磨损砂轮地貌和磨削温度场建模过程示意图
基于以上问题，本文建立了基于砂轮动态磨损地貌的石英玻璃塑性域干磨温度场模型。提出利用高斯卷积滤波器和约翰逊变换重构砂轮地貌的算法模型，重构出与真实砂轮动态磨损地貌具有相同统计参数的虚拟砂轮地貌。在虚拟砂轮地貌的基础上，基于磨削运动学原理提取有效磨削磨粒，将每一刻磨粒的划擦过程视作一个点热源，整个磨削温度场是每个磨粒划擦点热源所引起的热效应的叠加。由于石英玻璃是优异的红外窗口材料，本文巧妙的利用红外辐射透射法验证了砂轮与工件接触区域的温度场理论预测精度。该模型不仅为进一步深入探究砂轮磨损过程中石英玻璃的材料去除机理和如何提高其表面创成质量提供了基础，而且可推广应用与其他各向同性材料的磨削温度场理论预测，为研究磨削热对磨削过程的影响机理或防止磨削热损伤提供了理论依据。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2024.118552
