图解 机电工程学院供图

【本站讯】近日，机电工程学院工业设计系青年教师郭福州在高性能陶瓷铣刀设计及高温合金削机理领域取得相关进展，研究成果《SiAlON双圆弧立铣刀的几何优化：铣削Inconel 718时的热-力行为与磨损机制调控》（Geometric optimization of SiAlON double-circular-arc end mills: Controlling thermomechanical behavior and wear mechanisms in milling of Inconel 718）发表于期刊《Journal of Manufacturing Processes》。《Journal of Manufacturing Processes》是制造工程领域的国际顶级期刊，目前影响因子为6.8（SCI一区TOP）。论文第一作者和通讯作者为青年教师郭福州，中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位。该研究获得国家自然科学基金、中国博士后科学基金、山东省自然科学基金等项目的联合资助。

镍基高温合金Inconel 718因其优异的高温强度与耐腐蚀性，被广泛应用于航空发动机等关键热端部件，但也因切削力大、切削温度高而成为典型的难加工材料。SiAlON陶瓷因其出色的高温硬度和化学稳定性，被认为是加工此类高温合金的理想刀具材料。然而，在铣削加工中，SiAlON刀具极易发生崩刃甚至刀柄折断等灾难性失效，严重制约其实际应用。现有研究表明，几何结构优化已大幅提升了硬质合金刀具的切削性能，但对于SiAlON陶瓷刀具，其几何结构与切削性能之间的关联机制尚不明晰，导致缺乏有针对性的设计准则。

针对上述问题，该研究设计并采用放电等离子烧结技术，制备了一系列具有可控几何参数的SiAlON双圆弧立铣刀。结合几何建模与铣削实验，探究了底刃半径和前角等关键几何结构对切削力、刀-屑界面温度分布、刀具磨损演化以及工件表面完整性的影响规律，旨在揭示几何结构—热力载荷—磨损机制之间的内在联系。阐明了SiAlON陶瓷铣刀几何结构对热 力行为与磨损机制的调控机理，为面向高温合金高效加工的高性能SiAlON陶瓷刀具几何设计提供了重要理论依据和参考。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2026.04.060