封面文章|南航徐九华教授团队详细解读难切削合金可持续磨削技术的创新与发展|CJME论文推荐|中国南方航空|南航|合金|徐九华|砂轮

引用论文

Qian, N., Chen, J., Khan, A.M. et al. Towards Sustainable Grinding of Difficult-to-Cut Alloys—A Holistic Review and Trends. Chin. J. Mech. Eng. 37, 23 (2024). https://doi.org/10.1186/s10033-024-01002-y

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*本文为CJME2024年2期封面文章

研究背景及目的

磨削是一种高强韧难加工材料精密加工的重要方法。随着磨削技术的不断发展，加工效率不断提高的同时，该工艺的可持续性也受到越来越多的关注。由于高温合金和钛合金为代表的高强韧难加工材料具有优异的物理和机械性能，磨削比能量大，加工过程将产生大量的热，通常需要大量冷却介质来冷却润滑，大量使用冷却液也将导致繁琐的后处理过程。由此带来更高能耗和碳排放以及工人健康和安全问题已成为限制磨削发展的主要因素之一。在国家“双碳”战略的牵引下，必须提高难加工材料磨削的可持续性。本文旨在全面审视可持续磨削的发展动态，趋势和未来方向。本文重点综述了高强韧难加工材料磨削技术及其可持续性的动态发展情况，总结了新型可持续磨削技术的研究进展，例如热管/振荡热管砂轮磨削技术、微量润滑冷却技术、低温冷却技术等。这些新型可持续磨削技术的核心思想是减少有害冷却液的使用，从而最小化与冷却液相关或后续处理过程的能源和资源消耗以及碳排放。最后，为了持续突破当前难加工材料高效高品质可持续磨削的限制，本文提出了可持续磨削未来的发展趋势和研究方向。通过深入剖析可持续磨削的当前状况并识别新兴趋势，本文可以引导未来的研究和开发工作，朝着更环保的高效高品质磨削方向发展。

试验方法

本文通过在Web of Science、Scopus、中国知网、Google Scholar等中英文学术论文数据库中搜索并选择了与高强韧难加工材料可持续性磨削相关文献。本文筛选出与可持续磨削技术发展现状和发展趋势最相关的215篇文献。其中包括最新的研究成果、具有代表性的观点和数据、以及权威专家的观点和评论。进而，本文把筛选出的文献按照主题和时间进行分类整理，以便在综述中更好地组织材料，并能够清晰地展示可持续磨削技术的发展脉络。此外，在整理文献的过程中，本文对每篇文献进行深入的分析。这包括了解每篇文献的主要观点、研究方法、实验数据等，并对比不同文献之间的异同点。在分析完所有相关文献后，本文对磨削技术的发展现状进行总结归纳。这包括指出当前的发展趋势、存在的问题和挑战，以及未来的研究方向。最后，本文亦注重文字组织过程中逻辑清晰、条理分明，并确保引用和参考文献的准确性和完整性。

图1 本文结构图

图2 影响磨削过程碳排放比例的定量分析

图3 热管砂轮成型磨削示意图

图4 轴向振荡热管砂轮设计示意图

图5 热管/振荡热管砂轮磨削可持续性分析图

图6 磨削综合热管理构想图

展望

高强韧难加工材料的可持续磨削的发展趋势主要集中在高质高效磨削技术、智能磨削、数字化磨削、新型绿色冷却润滑技术、高精度和超超高精度磨削、新材料可持续磨削、综合优化和系统集成以及热管理等方面。为了应对未来趋势和研究方向，研究人员需要不断探索和创新，加强学科的交叉融合。同时在发展高效高品质磨削技术的同时，还应将环境保护、安全和可持续发展放在更突出的位置，开展新原理和新技术的创新，持续提高磨削过程可持续性，实现难加工材料高效高品质绿色磨削的可持续发展，也进一步助力推动制造业的可持续和创新的发展。

相关文章/图书推荐

[1] Ding, W., Zhao, B., Qian, N., Li, H., & Xu, J. (2024). Single-Layer Brazed Cubic Boron Nitride Abrasive Tools (1st ed.). CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781032678047.

团队带头人

徐九华，教授，博导，教育部长江学者特聘教授。1992年毕业于南京航空学院机械工程系获博士学位。1992年至今，在南京航空航天大学机电学院任教，其中1993年-1995年以副研究员身份在香港理工大学从事研究工作。2000年破格晋升为教授。2001年遴选为博士生导师。主要从事先进制造技术和机械加工过程强化传热技术等研究。研究成果曾获国家科学技术进步奖二等奖和省部级科学技术奖10余项。

作者介绍

钱宁（第一作者），副研究员，工学博士。一直从事精密加工过程强化传热机理与绿色高效冷却技术研究。主持国家自然科学基金青年项目、国家自然科学基金集成项目子课题、两机基础科学中心重点项目课题等国家和省部级科研任务多项。曾获江苏省科学技术二等奖、江苏省优秀博士学位论文、日内瓦发明展铜奖等奖励。入选江苏省科协青年托举计划和江苏省卓越博士后计划。在机械工程学报、International Journal of Heat and Mass Transfer、Applied Thermal Engineering等高水平期刊上发表学术论文30余篇，授权发明专利10余件。

团队研究方向

包括面向航空航天难加工材料及其结构的高效精密切磨削技术、复合能场加工技术、自适应加工技术、抗疲劳加工技术、高性能超硬磨料技术、高效绿色强化冷却技术等。

近年团队发表文章

[1] 钱宁，徐九华，傅玉灿，姜帆，张靖周. 面向绿色高效磨削的振荡热管砂轮磨削温度与强化传热分析. 机械工程学报. 2022, 58(15): 105-120.

[2] Ning Qian, Yucan Fu, Aqib Mushood Khan, Wenfeng Ding, Fan Jiang, Jingzhou Zhang, Jiuhua Xu. Holistic sustainability assessment of novel oscillating-heat-pipe grinding-wheel in Earth-friendly abrasive machining. Journal of Cleaner Production. 2022, 352: 131486. （中科院TOP，IF＝11.1）

[3] Ning Qian, Fan Jiang, Marco Marengo, Yucan Fu, Jiuhua Xu. Thermal performance of a radial-rotating oscillating heat pipe and its application in grinding processes with enhanced heat transfer. Applied Thermal Engineering. 2023, 233: 121213. （中科院TOP，IF＝6.4）

[4] Ning Qian, Fan Jiang, Marco Marengo, Jiajia Chen, Yucan Fu, Jingzhou Zhang, Jiuhua Xu. Start-up behavior of Oscillating Heat Pipe in grinding wheel under axial-rotation conditions. Applied Thermal Engineering. 2023, 219: 119443. （中科院TOP，IF＝6.4）

[5] Ning Qian, Xuesong Wang, Yucan Fu, Zhengcai Zhao, Jiuhua Xu, Jiajia Chen. Predicting heat transfer of oscillating heat pipes for machining processes based on extreme gradient boosting algorithm. Applied Thermal Engineering. 2020, 164, 114521. （中科院TOP，IF＝6.4）

[6] Ning Qian, Marco Marengo, Fan Jiang, Xi Chen, Yucan Fu, Jiuhua Xu. Pulsating heat pipes filled with acetone and water under radial rotation conditions: Heat transfer performance and semi-empirical correlation. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2024, 150: 107172. （中科院2区，IF＝7）

[7] Ning Qian, Yucan Fu, Fan Jiang, Wenfeng Ding, Jingzhou Zhang, Jiuhua Xu. CBN grain wear during eco-benign grinding of nickel-based superalloy with oscillating heat pipe abrasive wheel. Ceramics International. 2022, 48(7): 9692-9701. （中科院TOP，IF＝6.4）

[8] Ning Qian, Yucan Fu, Jiajia Chen, Marco Marengo, Jingzhou Zhang, Jiuhua Xu. Thermal performance analysis of axial-rotating oscillating heat pipe and its prediction model based on grey system theory. Thermal Science and Engineering Progress. 2022, 29: 101210. （中科院2区，IF＝4.8）

[9] Biao Zhao, Qiang Huang, Yang Cao, Wenfeng Ding, Jiuhua Xu, Guoliang Liu. Thermal analysis of ultrasonic vibration-assisted grinding with moment-triangle heat sources. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2023, 216: 124552. （中科院TOP，IF＝5.2）

作者：钱宁

责任编辑：谢雅洁

责任校对：向映姣

审核：张强

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