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項(xiàng)目名稱： 微納米切削加工基礎(chǔ)及相關(guān)技術(shù)
推薦單位： 教育部
項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域：切削理論
超精密加工精度和表面質(zhì)量要求已達(dá)到納米尺度，因此研究超光滑表面形成機(jī)理、加工表面評(píng)價(jià)理論、金剛石刀具的刃磨機(jī)制及微納制造新工藝與新方法等是實(shí)現(xiàn)微納米切削加工的重要理論基礎(chǔ)。
該項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容為：（1）采用分子動(dòng)力學(xué)理論揭示了不同材料不同變形區(qū)域內(nèi)的原子勢(shì)能變化規(guī)律，由此提出了刀具刃口"臨界鈍圓半徑"的概念，并獲得極薄切削厚度與刀具鈍園半徑間的定量關(guān)系，這個(gè)結(jié)論從理論上驗(yàn)證了世界著名學(xué)者N. Ikawa的推測(cè)。（2）提出了超光滑表面形成機(jī)制及加工方法，并通過對(duì)各向異性等光學(xué)晶體材料的加工性能進(jìn)行理論分析與計(jì)算，為這類光學(xué)晶體材料超光滑表面的獲得提供了最佳切削晶向，成功解決了激光核聚變裝置（國(guó)家重大科學(xué)工程）中光學(xué)晶體零件加工的技術(shù)難題。（3）提出了均方根斜率、均方根波長(zhǎng)等表面粗糙度參數(shù)的譜矩算法，系統(tǒng)地建立了表面完整性評(píng)價(jià)與加工表面質(zhì)量預(yù)報(bào)體系，這項(xiàng)研究成果被國(guó)際知名學(xué)者Siniawski M. T.及Stephen J.等人多次引用。（4）提出了金剛石晶體研磨氣-固、固-固表面機(jī)械化學(xué)作用機(jī)制。在國(guó)際上首先理論計(jì)算了金剛石刀具刃口極限鋒利度。提出了特殊的刀具刃磨新工藝，并刃磨出鋒利度為2-9nm的金剛石刀具，為微納米切削提供了技術(shù)保證。該項(xiàng)成果已成功應(yīng)用于我國(guó)多種戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)武器型號(hào)關(guān)鍵零部件的制造中。（5）建立了基于掃描探針顯微鏡的微納米加工系統(tǒng)并進(jìn)行了相關(guān)的理論與實(shí)驗(yàn)研究，提出了掃描探針顯微鏡與自組裝技術(shù)相結(jié)合的加工新原理，開辟了微納復(fù)合系統(tǒng)制造的新工藝。該項(xiàng)成果發(fā)表在國(guó)際著名雜志《Ultramicroscopy》（IF：2.490）等上。
在國(guó)內(nèi)外發(fā)表論文逾430 篇，其中在著名國(guó)際雜志上發(fā)表文章71 篇，大型國(guó)際會(huì)議發(fā)表40 余篇。SCI 收錄71 篇；EI 收錄176 篇；總計(jì)他引612 次，其中國(guó)際他引共152次，包括SCI 他引70 次，SCOPUS 數(shù)據(jù)庫(kù)他引82 次，CNKI 數(shù)據(jù)庫(kù)他引460 次。有多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金被評(píng)為優(yōu)秀。
主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)： （1）采用分子動(dòng)力學(xué)理論揭示了不同材料不同變形區(qū)域內(nèi)的原子勢(shì)能變化規(guī)律，由此提出了納米加工時(shí)刀具刃口"臨界鈍圓半徑"的概念，并獲得了納米加工時(shí)能否產(chǎn)生切屑的新判據(jù)，定量地驗(yàn)證了極薄切削厚度與刀具鈍園半徑間的關(guān)系，并成功解決了激光核聚變裝置（國(guó)家重大科學(xué)工程）中靶的制造難題。（學(xué)科：切削理論。該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)主要體現(xiàn)在代表性論文[5-6]、[8]等中）
（2）提出了多場(chǎng)耦合作用下超光滑表面形成機(jī)制及加工方法，并通過對(duì)各向異性功能晶體材料加工性能的理論分析與計(jì)算，為各向異性光學(xué)晶體等材料超光滑表面的獲得提供了最佳切削晶向，成功解決了激光核聚變裝置中光學(xué)晶體零件加工的技術(shù)難題。（學(xué)科：切削理論。該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)主要體現(xiàn)在代表性論文[4]、[10]等中）
（3）提出了均方根斜率、均方根波長(zhǎng)等表面粗糙度參數(shù)的譜矩算法，系統(tǒng)地建立了表面完整性評(píng)價(jià)與加工表面質(zhì)量預(yù)報(bào)體系。（學(xué)科：切削理論。該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)主要體現(xiàn)在代表性論文[2]、[9]等中）
（4）提出了金剛石晶體研磨氣-固、固-固表面機(jī)械化學(xué)作用機(jī)制，研究了刃口各向異性刃磨機(jī)理。在國(guó)際上首先理論計(jì)算了金剛石刀具刃口極限鋒利度，結(jié)果表明：前刀面為(110)晶面時(shí)，其刀具刃口的極限鋒利度可達(dá)到1-6nm，前刀面為(100)晶面時(shí)，其值可達(dá)到2-5nm�；诶碚撏茖�(dǎo)的結(jié)果，提出了特殊的刀具刃磨新工藝，并刃磨出鋒利度為2-9nm的金剛石刀具，為微納米切削提供了技術(shù)保證。（學(xué)科：切削理論。該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)主要體現(xiàn)在代表性論文[3]等中）
（5）建立了基于掃描探針顯微鏡的微納米加工系統(tǒng)并進(jìn)行了相關(guān)的理論與實(shí)驗(yàn)研究，提出了掃描探針顯微鏡與自組裝技術(shù)相結(jié)合的加工新原理，開辟了微納復(fù)合系統(tǒng)制造的新工藝。（學(xué)科：切削理論。該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)主要體現(xiàn)在代表性論文[1]、[7]等中）
主要完成人： 1. 梁迎春
本人是本項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，在發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1 至5 上做出重要貢獻(xiàn)。
在微納米加工系統(tǒng)的建立與加工機(jī)理分析、AFM 與自組裝組合的新工藝、微納米切削加工理論研究及表面完整性評(píng)價(jià)技術(shù)等多方面成果突出。（本人在該研究中的工作量占本人工作量的70%）
2. 董申
在微納米切削加工基礎(chǔ)理論分析、表面質(zhì)量完整性評(píng)價(jià)技術(shù)、基于AFM 微納米加工的理論研究、超低頻隔振原理及金剛石刀具的刃磨機(jī)理與技術(shù)等多方面成果突出。
（在主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1、2、5上做出重要貢獻(xiàn)，本人在該研究中的工作量占本人工作量的60%）
3. 孫濤
在基于微探針與自組裝相結(jié)合的納米結(jié)構(gòu)加工方法、基于AFM 機(jī)械刻劃的納米加工機(jī)理、基于AFM的微小結(jié)構(gòu)納米測(cè)量機(jī)制及金剛石刀具的刃磨機(jī)理等多方面做出了重要成績(jī)。
（在主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2、4上做出重要貢獻(xiàn)，本人在該研究中的工作量占本人工作量的50%）
4. 張飛虎
在多場(chǎng)耦合作用下超光滑表面的形成機(jī)理、磁流變拋光工藝、金剛石砂輪在線電解修整（ELID）工藝、非球曲面磨削加工工藝等多方面成果眾多。
（在主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)3上做出重要貢獻(xiàn)，本人在該研究中的工作量占本人工作量的40%）
5. 陳明君
在脆性材料微納米加工時(shí)的去除機(jī)制、非球曲面及復(fù)雜曲面插補(bǔ)算法與加工工藝、KDP 晶體的超光滑表面獲取機(jī)理及超低頻隔振技術(shù)等方面成果突出。
（在主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)3上做出重要貢獻(xiàn)，本人在該研究中的工作量占本人工作量的40%）
10篇代表性論文： 1. A Multi-Wall Carbon Nanotube (MWCNT) Relocation Technique for Atomic Force Microscopy (AFM) Samples. Ultramicroscopy. 103 (2005) : 103-108.
2. Evaluation of the root-mean-sguare Wavelength of machined 3D surface topography. Wear, 1999, 232(1) 76~83. (SCI249QB-index 4)
3. The Material Removal Mechanism in Mechanical Lapping of Diamond Cutting Tools. International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2005, 45(7~8): 783~788.
4. Study of the ELID Grinding for Nano Ceramics, Key Engineering Materials, 2003, 257-258: 119-122.
5. 3D force components measurement in AFM scratching tests. Ultramicroscopy. 2005, 105, 62-71
6. Processing Technique of Target Capsules Micro Inflation Hole with the Scanning Probe. Science in China (Series E). 2004.47(1): 77~84 (SCI 773XQ)
7. Phase contrast imaging of SEBS triblock copolymer studied by carbon nanotubes probe. Ultramicroscopy. Vol.105, 2005:72-78.
8. Nontraditional manufacturing technique-Nano machining technique based on SPM. SCIENCE IN CHINA SERIES G-PHYSICS MECHANICS & ASTRONOMY Vol.47, 2004: 51-58
9. Evaluation of the anisotropg of machined 3d surface topography. Wear. 2000.2 (SCI 295AV-index 2 )
10. The critical conditions of brittle-ductile transition and the factors influencing the surface quality of brittle materials in ultra-precision grinding. Journal of Materials Processing Technology. 2005
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