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先进磨削与精密加工研究所

基本情况

       先进磨削与精密加工研究所针对轨道交通、航空航天、信息通讯、集成电路、新能源等国家战略新兴产业迫切需求,主要从事现代综合轨道交通钢轨高效高质打磨技术与装备、硬脆半导体材料超精密抛光技术与装备、难加工材料高效精密切削磨削技术与装备等方面研究,取得了一系列具有学术意义和工程实用价值的研究成果。

   

       研究所目前拥有教授1名、副教授3名、讲师2名,在读博士、硕士研究生近40名。近5年以来,共发表SCI、EI检索期刊论文50余篇,获授权专利30余项,承担国家自然科学基金、铁道部/中国铁路总公司重点课题、企业横向课题等各类科研项目30余项。

 

       研究所建有钢轨打磨技术与装备研究中心(北交大唐山研究院)、硬脆半导体材料加工超洁净实验室,拥有钢轨砂带打磨基础试验台、钢轨砂带磨削试验机、钢轨砂带打磨试验车、钢轨廓形测量仪、钢轨波磨测量仪、化学机械抛光机、磁流变平面抛光机、原子力显微镜、白光共聚焦显微镜、纳米力学测试系统、红外测温热像仪、流变仪、残余应力测试仪以及拉曼光谱等各类先进仪器设备。

 

                                                        

 

研究方向

       1、现代综合轨道交通钢轨高效高质打磨技术与装备

       面向国家高铁、普铁、重载、地铁、城铁、有轨电车等现代综合轨道交通钢轨打磨工程需求,主要开展钢轨砂轮/砂带打磨基础理论与工艺、钢轨砂带打磨模式软件、钢轨砂带打磨控制系统、钢轨道岔/焊缝/波磨砂带打磨机、钢轨砂带智能打磨车等研究与开发工作。

 

       2、硬脆半导体材料超精密抛光技术与装备

       针对砷化镓、氮化镓、碳化硅等硬脆半导体材料超精密抛光难题,主要开展磁流变平面抛光机理与工艺、磁流变平面抛光装备、高性能高稳定性磁流变抛光液、化学机械抛光工艺优化与控制、晶片超声辅助抛光、晶片几何特征与材料力学性能高精度测量等研究工作。

 

       3、难加工材料高效精密切削磨削技术与装备

       面向国家航空航天、舰船、核电、交通等行业难加工材料大量使用现状及其带来的高效精密制造难题,主要开展切削磨削过程多体时变接触行为与仿真、镍基高温合金叶片CBN砂带磨削机理与工艺、钛合金微结构表面砂轮跨尺度高效创成磨削机理与工艺等研究工作。

科研成果与荣誉

近年来取得的科研成果:

1. 钢轨病害检测、质量评价与健康管理系统

2. 钢轨打磨控制系统与多磨头打磨模式软件

3. 锂电钢轨砂带新型系列打磨机(已规模化应用)

4. 道岔钢轨智能四头砂带打磨车

5. 钢轨砂轮打磨综合试验平台

6. 钢轨砂带打磨综合试验平台

7. 基于物联网的钢轨打磨设备综合信息管理系统

8. 基于动态集群磁场的磁流变平面超光滑抛光机

9. 长寿命高性能磁流变抛光液

                            

 

获授权发明和实用新型专利(含已转让专利):

1. 钢轨道岔砂带打磨机, 发明专利, 授权号:ZL201610806068.8.

2. 钢轨仿形砂带打磨机, 发明专利, 授权号:ZL201610806069.2.

3. 充电式钢轨道岔砂带打磨机, 发明专利,:ZL201610808340.6.

4. 充电式钢轨仿形砂带打磨机, 发明专利, 授授权号权号:ZL201610808078.5.

5. 充电式钢轨波磨砂带打磨机, 发明专利, 授权号:ZL201610808069.6.

6. 整体施压型闭式砂带钢轨打磨车, 发明专利, 授权号:ZL201610808315.8.

7. 一种基于磁流变泡沫的超光滑平面抛光方法, 发明专利, 授权号: ZL201710662957.6.

8. 一种基于磁流变胶的超光滑平面抛光装置及抛光方法, 发明专利, 授权号: ZL201710662479.9.

9. 钢轨波磨砂带打磨机, 实用新型专利, 授权号:ZL201621042501.7.

10. 一种模块化的钢轨打磨车, 实用新型专利, 授权号:ZL202020342779.6.

11. 一种可飞行钢轨打磨机, 实用新型专利, 授权号:ZL202020412044.6.

12. 砂带驱动分离式钢轨打磨装置, 实用新型专利, 授权号:ZL201922474620.X.

13. 电动式钢轨肥边铣磨机, 实用新型专利, 授权号:ZL201922396691.2.

14. 偏转上驱型砂带式钢轨打磨装置, 实用新型专利, 授权号:ZL20192246440.0.

15. 紧凑型砂带式钢轨打磨装置, 实用新型专利, 授权号:ZL201922474685.4.

16. 电池动力式四头砂带钢轨打磨车, 实用新型专利, 授权号: ZL201922464424.4.

17. 用于钢轨打磨的旋风式集尘系统, 实用新型专利, 授权号: ZL201922492614.7.

18. 一种砂带磨削式全类型钢轨打磨装置,  实用新型专利, 授权号: ZL201922147105.0.

19. 一种砂带式钢轨道岔打磨车, 实用新型专利, 授权号: ZL202022938904.2.

20. 一种超磁致伸缩超声振动抛光装置,实用新型专利, 授权号: ZL201720982917.5.

21. 一种磁流变平面抛光装置, 实用新型专利, 授权号: ZL201720970674.3.

22. 一种带有半导体制冷散热器的超磁致伸缩致动器, 实用新型专利, 授权号: ZL201720982890.X.

23. 开式砂带钢轨高速打磨车, 实用新型专利, 授权号:ZL201621042156.7.

24. 一种带有热管散热器的超磁致伸缩超声致动器, 实用新型专利, 授权号:ZL201720970677.7.

25. 用于磁流变平面抛光的电控永磁式磁场发生装置, 实用新型专利, 授权号:ZL201720982919.4.

 

获得荣誉情况:

1. 《机械工程学报》青年杰出论文(2020)

2. 江西省抚州市科技创新一等奖(2019)

3. 江西省抚州市科技进步二等奖(2016)

4. 中国创翼青年创业创新大赛全国总决赛优胜奖(2015)

5. 北京交通大学青年英才(2015)

6. 上银优秀机械博士论文佳作奖(2012)

代表性科研项目

1. 国家自然科学基金项目: 面向全局平坦化的等位势面磁场磁流变抛光方法研究, 2021.01-2023.12

2. 国家自然科学基金项目: 力热耦合作用下钛合金微结构表面高效创成磨削方法研究,2017.01-2019.12

3. 国家自然科学基金项目: 镍基高温合金叶片类曲面砂带高效精密磨削机理与轨迹规划研究,2016.01-2018.12

4. 技术成果转化项目:基于物联网的钢轨打磨装备综合信息管理系统,2020.07-2025.06

5. 专利成果转化项目:钢轨道岔焊缝波磨砂带打磨装备,2018.03-2022.12

6. 专利成果转化项目:用于磁流变平面抛光的电控永磁式磁场发生装置专利转让, 2019.06-2021.06

7. 专利成果转化项目:一种电致伸缩超声振动抛光装置专利转化项目, 2019.06-2021.06

8. 专利成果转化培育项目:全电动钢轨智能打磨养护机器人装备,2021.09-2024.09

9. 国家级科技委项目:磁流变平面抛光新方法激励探索研究,2019.08-2021.03

10. 省部级"四总部"项目:磁场作用下磁流变抛光液的力学特性及热效应研究,2016.09-2019.10

11. 省部级"四总部"项目:大型复杂特种工件防热层自动喷涂装备关键技术研究,2011.06-2015.06

12. 中国铁路总公司重点课题:大型养路机械关键技术装备自主深化研究—基于砂带的钢轨高效打磨机理及工艺参数研究,2015.06-2017.06

13. 铁道部重点课题:大型养路机械关键技术研究—钢轨打磨列车打磨控制技术研究,2010.01-2011.12

14. 江西省重大科技研发专项:5G移动通信超高速芯片中超高纯金属电子材料及GaAs晶圆制备技术研发-晶圆检测与评价技术研究,2019.06-2022.06

15. 企业横向课题:智能化砂带式道岔打磨装置研制,2021.12-2024.12

16. 企业横向课题:城市轨道交通线路服役状态及维护质量评估,2019.03-2022.12

17. 企业横向课题:济南地铁R1线预打磨测试验收服务,2019.01-2020.07

18. 企业横向课题:硬脆材料加工技术研究,2015.06-2018.06

19. 企业横向课题:GMC-96B型钢轨打磨列车关键结构优化设计,2015.03-2016.03

20. 企业横向课题:钢轨打磨技术研究试验台,2011.01-2012.12

代表性论著

1. Xu Jinhuan, Li Jianyong, Liu Yueming. Investigation on the normal force in cluster magnetorheological-porous foam finishing process[J]. Tribology International, 2021, 157: 106911.

2. Fan Wengang, Wang Wenxi, Wang Junda, Zhang Xinle, Qian Chang and Ma Tengfei. Microscopic contact pressure and material removal modeling in rail grinding using abrasive belt[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2021, 235(1-2): 3-12.

3. He Zhe, Li Jianyong, Liu Yueming, Wang Wenxi. Investigation of conditions leading to critical transitions between abrasive belt wear modes for rail grinding [J]. Wear, 2021, 484: 204048.

4. Xu Xianghua, Fan Wengang,Li Baozhen, Cao Jianguo. Influence of GaAs crystal anisotropy on deformation behavior and residual stress distribution of nanoscratching[J]. Applied Physics A-Materials Science & Processing, 2021, 127(690): 1-12.

5. Xuan Tong, Li Jianyong, Li Baozhen, Fan Wengang. Effects of the non-uniform magnetic field on the shear stress and the microstructure of magnetorheological fluid[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2021, 535: 168066:1-12.

6. Cheng Can, Li Jianyong, Liu Yueming, Nie Meng, Wang Wenxi. An online belt wear monitoring method for abrasive belt grinding under varying grinding parameters[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 50: 80-89.

7. Fan Wengang, Zhang Shuai, Wang Junda, Wang Xuhui, Wang Wenxi. Temperature field of open-structured abrasive belt rail grinding using FEM[J]. International Journal of Simulation Modelling, 2020, 19(2): 346-356.

8. Fan Wengang, Wang Junda, Cheng Jifa, Qian Chang, Wang Wenxi. Dynamic contact modeling considering local material deformation by grit indentation for abrasive belt rail grinding[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2020, 108(7-8): 2165-2176.

9. Zhao Chaoyue, Li Jianyong, Yi Defu, et al. Wafer Flatness Modeling in Chemical Mechanical Polishing[J]. Journal of Electronic Materials, 2020, 49(1): 353-363.

10. Cao Jianguo, Li Jianyong, Nie Meng, et al. A novel surface polishing method and its fundamental performance in ultra-fine polishing of wafer[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2019, 105(7-8): 2919-2933.

11. Nie Meng, Cao Jianguo, Li Jianyong, Fu Maohui. Magnet Arrangements in a Magnetic Field Generator for Magnetorheological Finishing[J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2019, (161-162): 105018.

12. Nie Meng, Liu Yueming, Li Jianyong. Feature Extraction Method of Abrasive Belt Wear State for Rail Grinding[J]. Machining Science and Technology, 2019, 23(5):1-19.

13. Xu Jinhuan, Li Jianyong, Zhu Pengzhe, et al. Coarse-grained molecular dynamics simulations of particle behaviors in magnetorheological polishing fluid[J]. Computational Materials Science, 2019, 163: 68-81.

14. Wang Wenxi, Li Jianyong, and Fan Wengang. Investigation into static contact behavior in belt rail grinding using a concave contact wheel[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2019, 101(9-12): 2825-2835.

15. Fan Wengang, Hou Guangyou, Wang Wenxi, Zhang Xinle, Wang Junda. Design and dynamic analysis of a new rail grinding device using closed abrasive belt[J]. International Journal of Simulation Modelling, 2019, 18(3): 531-542.

16. Wang Wenxi, Li Jianyong, Fan Wengang, Hou Guangyou. A numerical model to investigate contact status for rail grinding by abrasive belt with an axial deflection [J]. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 2019, 41(11): 494.

17. Cheng Can, Li Jianyong, Liu Yueming, Nie Meng, Wang Wenxi. Deep convolutional neural network-based in-process tool condition monitoring in abrasive belt grinding[J].  Computers in Industry, 2019, 106: 1-13.

18. He Zhe, Li Jianyong, Liu Yueming, Yan Jiwang. Investigation on wear modes and mechanisms of abrasive belts in grinding of U71Mn steel[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2019, 101(5-8): 1821-1835.

19. Fan Wengang, Liu Yueming, Song Xiaoyang, Cheng Jifa, Li Jianyong. Influencing mechanism of rubber wheel on contact pressure and metal removal in corrugated rail grinding by abrasive belt[J]. Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME, 2018, 140(12):124501.1-8.

20. Wang Wenxi, Salvatore F, Rech J, et al. Comprehensive investigation on mechanisms of dry belt grinding on AISI52100 hardened steel[J]. Tribology International, 2018, 121: 310-320.

21. Xu Jinhuan, Li Jianyong, Cao Jianguo. Effects of fumed silica weight fraction on rheological properties of magnetorheological polishing fluids[J]. Colloid and Polymer Science, 2018, 296(7): 1145-1156.

22. Yueming Liu, Tianyong Yang, Zhe He, Jianyong Li. Analytical modeling of grinding process in rail profile correction considering grinding pattern[J]. Archuves of Civil and Mechanical Engineering, 2018, 18(2): 669-678.

23. Yueming Liu, Sheng Gong, Jianyong Li, Jianguo Cao. Effects of dressed wheel topography on patterned surface textures and grinding force[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2017, 93(5-8): 1751-1760.

24. Wang Wenxi, Li Jianyong, and Fan Wengang. Characteristic quantitative evaluation and stochastic modeling of surface topography for zirconia alumina abrasive belt[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2017, 89(9-12): 3059-3069.

25. He Zhe, Li Jianyong, Liu Yueming, Nie Meng, Fan Wengang. Investigating the effects of contact pressure on rail material abrasive belt grinding performance[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2017, 93(1-4): 779-786.

26. Zhi Shaodan, Li Jianyong, Zarembski Allan M. Grinding motor energy saving method based on material removal model in rail grinding processes[J]. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, 2015, 2(1): 21-30. (SCI)

27. Zhi Shaodan, Li Jianyong, Zarembski Allan M. Predictive modeling of the rail grinding process using a distributed cutting grain approach[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2015, 230: 1540-1560.

28. 樊文刚, 王文玺, 侯广友, 王煦辉. 考虑曲率匹配因素的钢轨砂带打磨宏观接触压力建模与仿真[J]. 机械工程学报, 2020, 56(2): 154-162.

29. 刘月明, 赫思尧, 丁召伦, 王慧, 李建勇. 面向钢轨目标廓形的多砂带磨削作业打磨模式研究[J]. 中国铁道科学, 2019, 40(3): 32-37.

30. 王文玺, 李建勇, 樊文刚, 等. 基于赫兹接触的钢轨砂带打磨温度建模研究[J]. 铁道学报, 2019, 41(7): 141-146.

31. 樊文刚, 刘月明, 李建勇. 高速铁路钢轨打磨技术的发展现状与展望[J]. 机械工程学报, 2018, 54(22): 184-193.

32. 樊文刚, 刘月明, 王文玺, 李建勇, 王荣全. 基于弹性赫兹接触的钢轨砂带打磨材料去除建模研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(15): 191-198.

33. 樊文刚, 程继发,吴月峰,李建勇,宋晓阳. 基于内凹型接触轮的钢轨砂带打磨静态接触行为与仿真研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(14): 152-158.

34. 樊文刚, 程继发,吕洪宾,李建勇,宋晓阳. 波浪型面钢轨砂带打磨时变接触行为与仿真研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(4): 87-92.

35. 程灿, 李建勇, 徐文胜, 等. 基于支持向量机与粒子滤波的刀具磨损状态识别[J]. 振动与冲击, 2018, 37(17): 48-55+71.

36. 王文玺, 李建勇, 樊文刚, 等. 基于赫兹接触的钢轨砂带打磨功率预测模型[J]. 中国铁道科学, 2017, 38(3): 25-30.

37. 王琪龙, 李建勇, 沈海阔. 双目视觉-激光测距传感器目标跟踪系统[J]. 光学学报, 2016, 36(9): 186-194.

38. 聂蒙, 李建勇, 沈海阔. 基于容腔调节的钢轨打磨压力控制系统[J]. 西南交通大学学报, 2015, 50(5): 796-802.

39. 樊文刚, 叶佩青. 复杂曲面五轴端铣加工刀具轨迹规划研究进展[J]. 机械工程学报, 2015, 51(15): 168-182.

40. 智少丹, 李建勇, 蔡永林, 等. 基于标准廓形钢轨的打磨模式机理[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2015, 46(6): 2027-2035.

41. 刘月明,李建勇,蔡永林,聂蒙. 钢轨打磨技术现状和发展趋势[J] . 中国铁道科学, 2014, 35(4): 29-37.

联系方式

所   长

李建勇

成   员

樊文刚(副所长)、刘月明(副所长)、聂蒙、徐康、徐金环

联系人

樊文刚

电  话

13810590359

办公地点

机械工程楼Z701室

通信地址

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邮  编

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电子邮件

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