《超精密切削原理及自由曲面加工技术》

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超精密加工技术作为先进制造技术的关键环节,广泛应用于科研、国防、制造及人民生活等诸多领域。光学自由曲面超精密加工技术是国家高新技术发展水平的重要标志,是实施国家在不同领域战略规划的重要保障,也是中国实现由制造大国向制造强国转变的驱动力。

超精密加工装备与控制技术自上世纪八十年代飞速发展,但相对传统制造技术,超精密微切削理论研究尚不完善。超精密加工技术以单点金刚石车削最为普及。单点金刚石车削采用纳米级锋利度的单晶体金刚石刀具在超精密机床上加工精密机械零件及先进光学组件,其表面粗糙度可达纳米级,面型精度达亚微米级。基于宏观力学的传统切削理论无法应用于微纳米切削,为弥补传统速模方法在超精度加工领域的局限性。李荣彬教授作为国内外首位学者提出将细观塑性力学模型成功应用于超精密切削机理研究的,其首创性理论研究于1990年发表于国际权威学术期刊《精密工程》(Precision Engineering)。其理论方法预测了在切削过程中材料的晶体取向对剪切角、切削力、表面粗糙度的影响。由于当时国内外拥有超精密切削设备的实验室和兼具基础研究的队伍非常少,其理论结果未能得到实验证实。数年后,李荣彬教授获得香港创新科技署资助,成立了国内首个具有纳米级精度切削能力的超精密加工中心。其团队对微观切削进行了大量的实验,结果与提出的细观塑性力学模型相当吻合。

李教授及其团队成功地将细观塑性模型与微切削机理结合,解释了微切削加工晶体材料切削表面的生成机理,并同时考虑静态及动态参数,包括材料的物理参数及晶体结构,切削刀具的几何参数、切削速度、进刀量及刀具与材料晶体取向引致的振动。此切削模型可预测加工表面的三维形貌、优化加工参数、提高切削效率,同时也改善了切削工艺的设计。在"Thomson Reuters Web of Knowledge"数据库检索中,李教授带领的理工大学研究小组在“金刚石超精密切削(Ultra-precision Diamond Machining)”的研究论文数量及引用次数为全球第一,并荣获2011、2012年教育部自然科学奖二等奖,出版英文专著“Materials Characterization and Mechanism of Micro-Cutting in Ultra-Precision Diamond Turning”(Springer, 2018)及中文专著《超精密自由曲面光学设计、加工及测量技术》(机械工业出版社,2015)。

李教授的团队成立于上世纪九十年代初,走在我国超精密加工技术发展的前列,是国内唯一专注于超精密加工技术并历经超精密加工技术在我国发展的全部关键阶段,将超精密加工基础理论研究成功应用于光学自由曲面加工与成形实践的科研闭队。李教授及其团队于2010年获得国家科技部批准建立了超精密加工技术国家重点实验室伙伴实验室,近年分别在香港科学园和深圳香港理工大学产学研基地建立分实验室,同时获得香港创新科技署资助设立粤港合作专案,带领广东省政府的微纳米加工设备创新团队,大力推动香港及中国内地超精密加工技术及先进光学制造领域际先进水平迈进。

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