韩佳颖团队《Wear》：

锥面砂轮超声辅助磨削表面微织构摩擦性能研究

【文章简介】

近日，天津理工大学海运学院韩佳颖团队在国际知名期刊《Wear》上发表题为“Research on the friction performance of micro-dimple textures generated by rotary ultrasonic-assisted intermittent grinding with a conical grinding wheel”的研究论文。该研究针对二维超声磨削设备复杂、成本高的行业痛点，提出基于锥形砂轮的高效微凹坑制备与摩擦性能优化方案，为机械制造领域表面纹理调控与减摩技术升级提供了全新路径。

【研究背景】

微凹坑纹理能通过储油、减阻、捕集磨屑等作用优化表面摩擦性能，在机械制造、轴承等领域至关重要。传统超声磨削技术或需复杂二维超声设备，或难以精准控制微凹坑形貌，导致摩擦性能优化受限。而锥形砂轮凭借特殊锥面结构，可将简单一维超声振动转化为纵-法向耦合振动，实现间歇磨削与微凹坑制备，但此前缺乏系统的理论模型与参数优化方法，制约了其工程应用。

【主要工作】

该研究的核心技术创新在于利用锥形砂轮的锥面特性，成功将轴向一维超声振动分解为沿砂轮母线的纵向振动与垂直于磨削界面的法向振动，无需复杂的二维超声装置即可实现深微凹坑纹理的高效制备，在简化设备结构的同时降低了成本，兼顾了实用性与经济性。团队还建立了微凹坑几何模型并推导油膜单元雷诺方程，首次实现了加工参数（振幅、转速、进给速度）与微凹坑形貌（长度、深度、体积）及摩擦性能（摩擦系数、承载能力）之间的定量关联，通过有限元模拟与实验验证，明确了关键参数对摩擦性能的影响规律——摩擦系数与转速、进给速度呈负相关，与振幅呈 “先降后升” 趋势，其中进给速度是影响摩擦系数的核心关联参数。依托这些技术创新，研究取得了显著的成果：微凹坑形貌实现多维度可控，振幅增大使微凹坑呈现 “变短变深” 的特征，转速提高则让微凹坑 “变长变浅”，而进给速度提升会显著增加微凹坑的长度、深度与体积；在摩擦性能优化方面，最优参数组合下，摩擦系数较传统磨削降低31.4%，表面粗糙度改善48.5%，油膜承载能力也得到显著提升；同时，磨削过程中砂轮与工件间形成的间隙能够实现高效散热与排屑，有效减少热损伤，且锥形砂轮适配平面、圆柱面及螺旋锥齿轮等复杂曲面加工，展现出广阔的工业应用潜力。

【研究意义】

该研究突破了传统超声磨削技术的理论与设备局限，建立了微凹坑纹理制备与摩擦性能优化的系统方法，为二维超声振动研究提供了基础方法论。其开发的技术方案无需复杂设备即可实现摩擦性能精准调控，适配多种工业场景，对提升机械部件的耐磨性、延长使用寿命具有重要现实意义。

【文章链接】

Research on the friction performance of micro-dimple textures generated by rotary ultrasonic-assisted intermittent grinding with a conical grinding wheel

https://doi.org/10.1016/j.wear.2025.206207