丁汉院士团队获美国机械工程学会机床与量具奖

近日，美国机械工程学会（American Society of Mechanical Engineers, ASME）宣布，授予机械学院张小明教授、张东博士和丁汉院士2023年度“布莱克尔机床与量具奖”（Blackall Machine Tool and Gage Award），以表彰该团队切削原位成像研究工作，颁奖理由为：“这项研究开创了应用数字图像相关分析来定量测量和识别切削过程中的运动场，原位成像方法可以更好地理解材料、刀具-切屑之间的摩擦行为，并能够精确校验加工仿真。”（Citation: “This research pioneers applying the digital image correlation analysis to quantitatively measure and identify the kinematic fields during cutting process. The in-situ imaging approach gained better understanding of the material and tool-chip friction and enabling accurate validation of machining simulations.”）

在航空、航天和能源领域，切削加工是关键动力部件批量制造的主要技术手段之一，如航空发动机叶盘、燃气轮机叶片的高性能制造。切削加工中伴随着材料的剪切和去除，剪切区材料运动和力学行为的实验观测和表征一直以来都是制造科学研究的挑战性问题，前人巧妙地提出切削“剪切角”概念，并基于此概念发展了一整套切削物理仿真模型，早已写入了国内外教科书，但真实的剪切角“长什么样”、剪切角和仿真模型之间的误差有多大、直至剪切角概念的合理性和适用范围等基础的科学问题期待解答，核心研究需要定量的实验表征。该项研究设计了切削过程原位成像实验装置，获得了剪切带数字图像，开发了适合于切削工况的数字图像相关（DIC）算法，得到了切削过程三个剪切变形区材料流动和应变场，直观地显示出剪切带和真实的剪切角形态。同时该项研究也揭示了切削过程中材料-切屑-刀具界面变化过程，构建了滑移线场，为理解刀具-切屑之间的摩擦行为和精确校验加工仿真模型提供了新的实验方法。

丁汉院士、张小明教授团队长期致力于数字化、智能化制造研究，发明了切削过程原位成像技术，实现了切削主变形区、加工表层塑性应变与切削温度全场测量，提出了数字图像相关-弹塑性变形协调切削应力场重构方法。曾受邀在2016年德国Fraunhofer IWU举办的国际生产工程学会高性能加工会议（7th CIRP Conference on High Performance Cutting）做大会主旨报告，获得2018年国际生产工程学会加工表面完整性会议（4th CIRP Conference on Surface Integrity）最佳论文奖。该项研究为航空发动机关键部件高效、低损伤加工数字化监测和智能化工艺调控提供了新的感知技术手段。

切削过程原位成像: (a)实验装置 (b)切削过程变形场 (c)应力场与滑移线场

布莱克尔机床与量具奖是由美国机械工程学会于1954年设立的冠名奖项，颁发给“开创性论文”的作者（“Awards recognize those who have presented groundbreaking papers”），以表彰“对制造工艺与系统——机床、测量仪器、制造技术或计量方法设计应用领域作出的重大贡献”（“resulted in a significant contribution to the manufacturing processes and systems for the design or application of machine tools, gauges, dimensional measuring instruments, or new manufacturing technologies and metrology approaches”）。历史上的获奖者有英国剑桥大学S.A. Tobias（金属切削稳定性理论奠基者）、美国威斯康辛大学吴贤铭，近年获奖者包括多位美国工程院院士，如西北大学Jian Cao、密歇根大学S. Jack Hu、橡树岭国家实验室Thomas R. Kurfess，以及加拿大UBC大学Yusuf Altintas等著名学者。

此次获奖论文是从美国机械工程学会汇刊近两年发表的300多篇先进制造研究方向论文中，评选出的唯一一篇最佳论文。论文研究工作由华中科技大学和德国亚琛工业大学共同完成，华中科技大学为论文第一和通讯作者单位，该项研究得到中国国家自然科学基金（NSFC）和德国科学基金（DFG）联合资助。这是布莱克尔机床与量具奖设立近70年来，由中国学术机构为主完成的研究工作首次获奖。

相关链接：

https://doi.org/10.1115/1.4051917

https://www.asme.org/about-asme/honors-awards/literature-awards/blackall-machine-tool-and-gage-award