高效切削磨削与高性能工具科研团队组建于2008年，现有核心成员9人，6人拥有博士学位；其中，教授3人，副教授5人。本团队依托河南理工大学机械工程河南省特色优势学科、精密与特种加工技术与装备河南省工程实验室等平台，主要致力于高性能工具及先进切削磨削加工技术等方面的研究。本团队已主持承担国家自然科学基金7项、省部级重大项目8项；发表学术论文200余篇，被SCI收录150余篇；授权发明专利50多项。培养博士后4人、博士研究生4人、硕士研究生60余人。其中河南省优秀博士学位论文1人、河南省优秀硕士学位论文1人。研究成果主要应用航空航天、国防军工、汽车、3C、模具、微电子等装备制造领域。

团队负责人：向道辉，博士，教授，博士生导师，中国振动工程学会振动利用工程专业委员会理事、河南省机械工程学会理事、河南省机械工程学会超硬材料工具专业委员会理事。

联系方式：0391-3987508

电子邮箱：dhxiang@hpu.edu.cn

█ 高性能金刚石涂层刀具制备及应用

█ 超硬砂轮制造理论及修整成形工艺

█ 难加工材料精密切削陶瓷刀具技术

█ 难加工材料先进加工理论及其建模

█ 复杂工具成形理论及精密刃磨技术

█ 国家自然科学基金项目：基于多元特性融合的断续干切削刀具仿生异形微结构综合优化

█ 国家自然科学基金项目：高体分SiCp/Al复合材料多维超声复合加工基础理论及关键技术研究

█ 国家自然科学基金项目：超声辅助激光3D打印超硬磨料可控排布复杂型面砂轮基础研究

█ 国家自然科学基金项目：基于时序分析与损伤力学的高速断续切削刀具时变损伤机理研究

█ 国家自然科学基金项目：基于切削刃空间分布对加工特性影响的侧铣工艺参数优选

█ 国家自然科学基金项目：基于圆弧投影的整体刀具变参数容屑槽五轴磨削刀位规划研究

█ 国家自然科学基金项目：基于多工艺复合的超硬磨料砂轮修整技术与机理研究

█ 河南省重点科技攻关项目：模具钢超声镜面抛光及超光滑微织构金刚石涂层工具制备技术

█ 河南省重点科技攻关项目：汽车刹车片孔加工超光滑金刚石涂层阶梯复合刀具研制及关键技术

█ 中国博士后科学基金项目：立铣刀侧刃参数改变对超声铣削关键切削特性影响研究

█ 大型企业委托项目：新型钛合金刀具研究与开发

█ 大型企业委托项目：长距离、大运量圆管带式输送机关键技术研究

█ 大型企业委托项目：金属基复合材料切削实验及仿真研究

█ 大型企业委托项目：CBN磨粒把持力测试与分析

█ 大型企业委托项目：碳化硅材料磨削专用超声加工系统研制

科技奖励

█ 中国机械工业科技发明一等奖：多维超声精密加工系统设计理论与方法，2021年

█ 河南省科技进步二等奖：系列超声加工中心研制及关键技术，2014年

█ 河南省教育厅科技进步二等奖：系列玻璃磨边机研制及关键技术，2015年

█ 焦作市科技进步二等奖：硬质合金精密成形刀具的ＣＡＭ技术研制，2005年

█ 河南省高等教育教学成果一等奖：高等工科院校机械类专业课的CAI研究与实践，2001年

█ 河南省高等教育教学成果特等奖：地矿类专业人才培养模式及其教学内容和课程体系的改革与实践，2005年

发明专利

█ 用于阶梯复合刀具金刚石涂层的双层热丝涂覆工艺，2017，ZL2015100249343

█ 用于汽车刹车片铆钉孔加工的阶梯钻制作工艺，2018，ZL2017102017710

█ 基于B2型金刚石涂层刀片的机夹式成形铣刀盘，2015，ZL2013101191035

█ 一种多刀片式重型加工车刀，2019，ZL2017102235452

█ 非均匀螺旋角铣刀超声铣削未变形切削厚度的预测方法，2020，ZL2017101197951

█ 一种仿生微织构车刀激光加工用制备装置，2020，ZL2018114498557

论文论著

█ On the accurate calculation of milling stability limits using third-order full-discretization method[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture,2012,62: 61-66. (SCI -1区, TOP期刊)

█ Establishment of dynamic grinding force model for ultrasonic-assisted single abrasive high-speed grinding[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2022, 300: 117420. (SCI-1区, TOP期刊)

█ Experimental Research on Laser-Ultrasonic Vibration Synergic Dressing of Diamond Wheel[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2019, 269: 182-189. (SCI-1区, TOP期刊)

█ Bio-inspired design of cleaner interrupted turning and its effects on specific cutting energy and harmful gas emission[J]. Journal of Cleaner Production, 2020, 271: 122354. (SCI-1区, TOP期刊)

█ Study of Tribological Properties of Textured Boron-Doped Diamond Film，Surfaces andInterfaces[J]. 2021, 23: 100983. (SCI-2区)

█ Study of Material Removal Behavior During Laser-Assisted Ultrasonic Dressing of Diamond Wheel[J]. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, 2020, 7(1): 173-184. (SCI-2区)

█ Cutting force modeling for non-uniform helix tools based on compensated chip thickness in five-axis flank milling process[J]. Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology，2018, 51: 659-681. (SCI-2区)

█ 织构对硼掺杂金刚石刀具摩擦学性能的影响[J]. 中国表面工程, 2021, 34(1): 50-59.

█ 研发出系列超光滑金刚石涂层工具（图1），应用于3C零部件、汽车、模具行业精密加工中，相同切削条件下，使用金刚石涂层刀具寿命增加3倍，切削力减少30%，刀具成本降低50%。促进了难加工材料及手机玻璃石墨模具等3C行业精密加工的发展，获得了较大的经济效益和社会效益。

图1 系列超光滑金刚石涂层工具

█ 研发出可定向排布超硬磨料钎焊砂轮（图2），创新性的提出一种超声振动辅助3D激光打印制备超硬磨料砂轮的数字化制造新技术，实现了金刚石钎焊砂轮的有序排布。应用于航空航天、汽车、模具、3C等行业的精密加工。研发的定向排布多层钎焊金刚石砂轮相对于普通砂轮，寿命提高50%，加工精度提高30%，加工成本降低了40%。促进了难加工材料精密加工超硬磨料定向排布砂轮的发展。

图2 可定向排布超硬磨料钎焊砂轮

█ 研发出新型仿生微织构陶瓷刀具（图3），优化了高速断续切削难加工材料参数以及刀具宏观几何参数。应用于难加工材料的精密切削中，同等切削条件下，研制的微织构陶瓷刀具摩擦系数降低30%，切削力降低35%，刀具寿命提高20%，加工表面粗糙度降低20%，刀具成本降低40%，促进了陶瓷刀具产业化应用。

图3 仿生微织构陶瓷刀具

█ 针对圆柱刀具容屑槽的刃磨，提出了通用、高效、高精度的砂轮刀位规划算法。该算法显著提高了砂轮刀位的求解速度，最快仅需1.1秒，而且适用于多种形式的标准砂轮，可精确加工出圆柱刀具的前角、芯径和刃宽，保证容屑槽的加工精度（图4）。该算法可用于开发国产刀具数控刃磨软件，具有较大应用前景。

图4 刃磨得到的高精度容屑槽