第二十屆國際磨粒技術(shù)進展研討會(the 20th International Symposium on Advances in Abrasive Technology，簡稱ISAAT 2017)于 2017年12月3日至6日在日本沖繩舉行。會議由國際磨料技術(shù)委員會(International Committee for Abrasive Technology，ICAT)和日本磨料技術(shù)學會(JSAT)主辦，日本中部大學和沖繩科學技術(shù)大學承辦。

會議圍繞磨粒加工技術(shù)、切削加工技術(shù)、特種加工及微納加工技術(shù)、加工工具及裝備、加工質(zhì)量檢測技術(shù)等方面最新研究與應(yīng)用成果展開了學術(shù)交流。來自中國、日本、韓國、美國、澳大利亞、英國、德國、巴西等國家的專家學者，以及國際磨料技術(shù)知名企業(yè)界專家250多人參加了本次研討會，其中中國代表近90人。本次會議共組織大會報告6個，分會場報告182個，另有張貼論文60多篇，其中近2/3的論文來自日本和中國。

華僑大學制造工程研究院的9名參會代表根據(jù)會議報告及會議論文集，對本次會議的相關(guān)內(nèi)容進行了整理，主要可分為以下幾個部分：

1 磨粒加工技術(shù)

將各種能量場引入傳統(tǒng)磨粒加工是提高加工效率和表面質(zhì)量的有效方法，也成為本屆會議的研究熱點。

研究人員展示了紫外光輔助磨削SiC的新技術(shù)，利用紫外光譜激發(fā)磨料的活性，與SiC等難加工材料發(fā)生化學反應(yīng)，降低加工難度。采用氧化鈰(CeO2)、 二氧化鈦(TiO2)和磷光粒子為拋光粒子，磷光粒子用作發(fā)光劑，在Hg-Se燈照射下，磷光粒子發(fā)出的光能激發(fā)拋光墊和SiC間的TiO2粒子，促進OH-基的生成。結(jié)果表明：在紫外光輔助下，SiC材料去除率將增大6倍。另外，采用紫外光輔助固結(jié)磨粒拋光CVD金剛石，可提高材料去除效率，獲得鏡面表面。

SiC加工還引入了其他加工工藝。采用電化學氧化拋光技術(shù)加工單晶SiC表面，先對SiC表面進行陽極氧化，真空環(huán)境下在拋光墊上鍍一層鈰薄膜(可減少稀土材料的使用)，利用該薄膜層與SiC表面的氧化膜的化學反應(yīng)實現(xiàn)材料的去除，可實現(xiàn)單晶SiC的高效、無劃傷加工。采用CMP工藝與等離子改性技術(shù)結(jié)合，先在SiC表面形成Si-O鍵，在后續(xù)CMP工藝中可以提高材料去除率，加工表面粗糙度值小于1 nm。發(fā)展多年的電化學輔助磨削技術(shù)在電解液的選擇上也有一定創(chuàng)新，可以提升加工效率20%以上。

采用射頻等離子技術(shù)增加CeO2與SiO2間的化學活性，發(fā)現(xiàn)：采用H2等離子處理CeO2粒子，能增加其與SiO2間的化學活性，從而實現(xiàn)鈉鈣玻璃高效拋光。在石英玻璃盤的磨削過程中，還有專家采用冷凍銷吸盤(freezing pin chuck)把持被加工工件，可以克服真空吸盤的缺點，以消除被加工表面扭曲的現(xiàn)象。

磁流變拋光的應(yīng)用范圍得到進一步擴展。研究人員對全口徑望遠鏡光學零件的磁流變拋光工藝的表面創(chuàng)成原理、誤差表征和軌跡控制技術(shù)進行研究，實現(xiàn)了特種光學玻璃的納米精度磁流變拋光。針對以往磁流變拋光技術(shù)主要用于平面加工的情況，研究人員研發(fā)了環(huán)形拋光工具，采用6自由度機械手，實現(xiàn)對球形表面的磁流變拋光，可以獲得納米級表面粗糙度。另外，也可成功實現(xiàn)帶螺旋槽工件的精密加工。

超聲輔助加工方面，研究人員對超聲輔助與鉆削、鋸切、磨削和拋光(包括磁流變拋光)等工藝的復合效果進行研究，涉及的材料包括不銹鋼、玻璃、鈦合金、聚晶金剛石、高硬鋼、碳纖維增強復合材料和藍寶石等典型難加工材料；振動模式包括超聲扭轉(zhuǎn)振動、超聲徑向振動、橢圓超聲振動等。研究結(jié)果表明：超聲輔助加工有助于降低切削力、減少刀具磨損、抑制工件表面晶格變形、提高材料去除率和避免熱損傷等優(yōu)勢，從而提高工件表面加工質(zhì)量。

日本長岡技術(shù)大學采用光彈法實現(xiàn)了超聲振動輔助磨削下應(yīng)力分布的可視化，構(gòu)建了平面磨削的三維應(yīng)力分布圖，并與沒有輔助超聲振動磨削的情況進行了對比。發(fā)現(xiàn)由于金剛石顆粒在砂輪表面非連續(xù)分布，造成磨削表面應(yīng)力的非連續(xù)分布。

磨粒加工對象的研究也由傳統(tǒng)的鋼鐵類金屬材料和常規(guī)脆性材料，擴展到高溫合金、高速鋼、晶體材料等加工難度更高、加工精度要求更高的材料，而且加工對象的材料力學特性，特別是在微納米尺度、動態(tài)條件下的力學特性，越來越得到研究者的重視。使用的力學性能測試手段包括納米壓痕方法、微米壓痕方法、Hopkinson壓桿沖擊測試方法等，這些力學特性被用于解釋磨粒加工過程中的材料去除機理。

研究者提出了通過控制磨削加工過程溫度，來調(diào)節(jié)碳鋼中奧氏體相變，從而達到“磨削硬化”的效果；同時，提出一種不基于正交實驗數(shù)據(jù)，直接預(yù)測切削力的解析解模型，并利用Johnson-Cook模型整合Inconel 718合金材料參數(shù)進行預(yù)測，其計算與實驗結(jié)果吻合良好。東京電機大學采用金剛石結(jié)合氧化鋁的研磨-拋光工藝，可以對釩、鉭等中子源金屬靶材加工出納米級的表面粗糙度。

另外，有學者提出了一種干冰噴丸修整砂輪新工藝，這種工藝有可能直接對零部件進行光整加工；常規(guī)的磨料流加工通過夾具的改進，被應(yīng)用于3D打印零件的光整加工，實現(xiàn)增材-減材復合制造的新思路。

2 切削加工技術(shù)

切削加工雖是一種傳統(tǒng)加工方法，但在本次會議上卻涌現(xiàn)了一批切削加工的新方法和新技術(shù)。采用局部靜壓輔助切削方法減小切削表面毛刺的形成；金剛石刀具在CO2氣體保護下，實現(xiàn)了對碳鋼的超精密切削，可有效減小刀具磨損，提高切削表面質(zhì)量；采用碳化鎢刀具切削淬硬鋼，通過提高切削系統(tǒng)的剛度，控制切削過程中產(chǎn)生的顫振，獲得較好的表面質(zhì)量，同時避免了刀具快速磨損；采用液氮冷凍方法對鐵基形狀記憶合金進行冷凍外圓車削加工，獲得較好表面質(zhì)量；采用超聲輔助切削方法在工件表面制備微結(jié)構(gòu)，以提高工件表面的摩擦磨損性能；在刀具刃口制備微刃刀具，用于切割彈性體材料，減少切割變形，提高切割表面質(zhì)量。通過FIB技術(shù)在金剛石車刀表面加工出納米級微織構(gòu)，用其對Ni-P合金進行加工，發(fā)現(xiàn)微織構(gòu)的存在，可以有效地減小切削力，提高表面質(zhì)量。這些新的切削技術(shù)能夠很好地提高切削加工的效果，實現(xiàn)一些難加工材料的加工。

隨著航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，航空航天材料，如：碳纖維增強聚合物(CFRP)、高溫合金、鈦合金以及硬鋁等難加工材料的切削加工成為研究熱點。研究人員從切削力、切削溫度、切削表面質(zhì)量以及刀具磨損等角度對這些難加工材料的可切削性進行評價，并通過切削工藝參數(shù)優(yōu)化，達到提高切削質(zhì)量和切削效率的目的。另外，CFRP材料切削加工中，容易出現(xiàn)分層和毛刺缺陷，通過采用傾斜螺旋銑削方法，設(shè)計電鍍CBN磨粒銑刀以及制定合理切削工序等手段，可有效抑制材料分層和毛刺缺陷的產(chǎn)生。上海航空控制技術(shù)研究院對CFRP的精密加工進行了試驗研究，發(fā)現(xiàn)：在切削速度超過200 m/min，切削深度略大于碳纖維邊界半徑的條件下，沿碳纖維方向0°～45°和 90°進行切削，有利于保證工件加工精度。

山東大學提出一種耦合切削熱和切削力預(yù)測殘余應(yīng)力的解析模型，其應(yīng)力分布與實驗結(jié)果相吻合。華僑大學通過恒載荷劃痕試驗研究了藍寶石C面在劃擦過程中的裂紋擴展形式，在低載荷條件下，在壓頭中心位置觀察到赫茲拖尾裂紋并伴隨晶面滑移現(xiàn)象的出現(xiàn)。新南威爾士大學通過有限元分析模擬了碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的切削去除過程，發(fā)現(xiàn)：加工表面缺陷主要受碳化硅增強顆粒的斷裂和脫落影響，硬質(zhì)增強顆粒與刀具的相互沖擊會產(chǎn)生亞表面裂紋。

刀具材料對刀具性能至關(guān)重要，涂層刀具是本次會議報告的重點，尤其是金剛石涂層刀具更是研究的熱點，包括了各類涂層刀具的制備工藝及其切削性能和磨損特性。其中，上海交通大學采用雙層或多層納米金剛石涂層刀具，涂層與基體的結(jié)合力強，涂層的耐磨性好；日本富山大學在金剛石涂層中加入硼摻雜，制備成EC-PCD刀具，用于干切削鈦合金，其前刀面的摩擦系數(shù)減小了約20%，后刀面磨損寬度減小了30%；山東大學通過添加金屬粉末固體潤滑劑制備的具有自潤滑性的陶瓷切削刀具，有效提高了刀具的切削性能和抗疲勞特性。

3 特種加工及微納加工技術(shù)

電加工是特種加工的典型工藝，研究人員介紹了用電火花線切割方法制作微電極的工藝，用該方法制作的電極具有較好的表面質(zhì)量，沒有起脊和彎曲現(xiàn)象；在微電極電火花加工中，采用噴嘴噴霧來幫助排屑，可以提高加工效率和精度。采用線切割電火花加工聚晶金剛石來制作工具，在邊緣存在厚度約100 μm的損傷層，需要在后續(xù)磨削工藝中將損傷層去除。還有學者研究采用脈沖激光銑削高硬度模具鋼時的表面質(zhì)量與掃描間隔的關(guān)系，分析了激光銑削工藝條件下的熱影響區(qū)域。日本京都科技大學利用放電加工制備了多晶金剛石磨頭，并在氧化鋁上打出沒有切屑堆積以及裂紋的φ6 μm微孔。

水射流加工技術(shù)和機理仍然是磨粒加工技術(shù)的熱點。為解決CFRP加工成本高、質(zhì)量難控制等問題，采用剛玉噴砂工藝加工CFRP，在切割和鉆孔加工中沒有發(fā)生分層現(xiàn)象，并研究了多個工藝參數(shù)對加工質(zhì)量和加工效率的影響；采用水射流成功地在0.2 mm厚的平板玻璃上，加工出了φ0.2～φ2.0 mm的微陣列孔，研究了磨粒大小、射流壓力和出口距離對材料去除率和孔的精度的影響，該技術(shù)可推廣到脆性材料表面加工中的微圖案加工上；采用磨粒射流技術(shù)在滑動軸承的轉(zhuǎn)子軸上加工魚骨形微溝槽，以提高動壓潤滑效果，研究了進給速度、掩膜加工等因素對加工深度連續(xù)變化的微溝槽的影響。新南威爾士大學采用顆粒成像測速儀(PIV)和激光熒光技術(shù)相結(jié)合，研究水射流中磨粒的運動特性。當噴嘴距離固定時，隨著水壓的增大，沿射流中線的磨粒速度會降低，而射流邊沿的磨粒速度將增加；試驗還觀察到了磨粒離開噴嘴后的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

4 加工工具及裝備

磨削加工工具與裝備技術(shù)依然是本次會議研討的熱點。在砂輪等磨削工具方面，多篇論文圍繞磨粒表面處理、結(jié)合劑、砂輪結(jié)構(gòu)設(shè)計等內(nèi)容進行了報道。元素六公司全面回顧了超硬磨料砂輪在曲軸磨削加工中的應(yīng)用，并展示了最新一款面向曲軸磨削的復合磨料層CBN砂輪，該砂輪可實現(xiàn)曲軸多部位的一次性精確成型，同時還探討了砂輪的高效修整與方法。在磨料方面，主要圍繞磨粒表面金屬化處理的相關(guān)問題展開深入交流，其中金剛石涂覆TiN的報告?zhèn)涫荜P(guān)注。釬焊金剛石技術(shù)還是磨料固結(jié)技術(shù)方面的研討主題，如何進行釬焊砂輪的修整、提高釬焊砂輪的壽命仍是大家關(guān)注的重點。內(nèi)容主要涵蓋：釬焊過程中，連接界面形成機理，性能控制和高精度釬焊金剛石工具制備的溫度控制等。在砂輪結(jié)合劑選擇上，采用橡膠基砂輪，以其柔性結(jié)合劑的優(yōu)異退讓性，成為高光滑表面成型的新方向。使用不同粒度尺寸和形狀的混合磨料，也是提升加工工具性能的有效手段。在砂輪結(jié)合劑研究方面，有鍍鈦CBN陶瓷結(jié)合劑研究的相關(guān)報道。

磨削過程的監(jiān)控主要集中在磨削力、振動、工件變形等過程參量監(jiān)測的新技術(shù)、新方法的開發(fā)應(yīng)用上。捷太格特(JTEKT)公司針對曲軸外圓磨削變形問題，提出借助激光位移傳感器和CCD技術(shù)在線測量工件變形和工件剛度，以達到優(yōu)化磨削進給速度的目的?；跓o線傳輸?shù)募墒焦ぱb配件，成為磨削過程監(jiān)控的新寵。其中，基于無線傳輸?shù)恼駝颖O(jiān)測功能的銑磨刀柄和測力裝置備受關(guān)注，但是無線傳輸速率依然是瓶頸。

5 加工質(zhì)量檢測技術(shù)

日本茨城大學利用拉曼光譜分析加工后藍寶石表面殘余應(yīng)力檢測的可行性，通過對比TEM、拉曼光譜等結(jié)果，可以測出藍寶石殘余應(yīng)力值，測量精度有可能達到10 MPa量級。大阪大學學者提出利用自旋霍爾效應(yīng)，來檢測表面粗糙度，但該方法主要適用于表面涂層結(jié)構(gòu)。

材料表面改性研究中,日本東京城市大學研究了通過金屬噴丸預(yù)處理提高鋁表面吸附能力，并認為金屬噴丸在基體中的擴散是鍍鎳后鋁板界面結(jié)合力提高的主要原因。富山大學利用噴丸涂覆結(jié)合激光加熱，對鋁合金進行表面預(yù)處理，通過激光加熱可以形成一層Fe-Al金屬間化合物，改性鋁合金表面。

6 發(fā)展趨勢

本屆會議的報告和論文主要集中在磨粒加工新工藝、新材料的實驗研究，加工機理性研究主要偏向加工過程中材料-刀具交互作用與加工表面質(zhì)量之間關(guān)系。在未來的研究中，有以下發(fā)展趨勢值得關(guān)注：

(1)基于材料本構(gòu)和動態(tài)力學特征的微觀層面材料去除機理的研究；

(2)多場復合作用下，難加工材料磨粒加工新技術(shù)研究；

(3)快速表面質(zhì)量檢測以及加工過程實時監(jiān)控新技術(shù)；將機器視覺及人工智能結(jié)合并用于磨粒工具表面工作狀態(tài)的量化評價技術(shù)和新方法、新原理的研究；

(4)微納尺度材料去除機理與微納結(jié)構(gòu)加工工藝間的關(guān)聯(lián)性;

(5)以增強磨粒把持力為目的磨粒改性，以及相應(yīng)的新工藝新方法，砂輪熱疏導新結(jié)構(gòu)研究；

(6)高效精密加工中，多場、多尺度數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化研究；

(7)加工表面完整性測試及表征新技術(shù)研究。

本次會議期間，ICAT召開了2017年度工作會議，中國磨粒加工技術(shù)委員會主任徐西鵬教授當選為ICAT新一任主席，清華大學(臺灣)左培倫教授、日本茨城大學周立波教授任副主席。新一屆委員會希望能借助ICAT這個國際化平臺，充分發(fā)揮日本磨粒加工學會和中國磨粒加工學會的優(yōu)勢，使全球磨粒加工領(lǐng)域的專家、學者和企業(yè)精英們緊密團結(jié)，合作共贏，努力推動磨粒加工技術(shù)不斷取得新突破，做出新貢獻。

下一屆國際磨粒技術(shù)進展研討會(ISAAT 2018)將于2018年10月在加拿大多倫多舉行。