段春争

个人信息Personal Information

教授

博士生导师

硕士生导师

性别:男

毕业院校:大连理工大学

学位:博士

所在单位:机械工程学院

学科:机械制造及其自动化

办公地点:机械学院知方楼7013

联系方式:Email:duancz@dlut.edu.cn

电子邮箱:duancz@dlut.edu.cn

扫描关注

个人简介Personal Profile

段春争,男,教授,博士生导师,主要研究领域:高速切削与精密加工技术;材料加工过程的建模与模拟;模具CAD/CAE/CAM技术。主持国家自然科学基金项目4项,国防科学基金1项、辽宁省百千万人才项目2项,其他类项目10余项。发表论文100余篇,SCI收录40余篇。授权中国发明专利7项,美国发明专利1项,登记软件著作权1项。获辽宁省、大连市优秀学术成果奖6项。入选辽宁省百千万人才千人层次。

主要成果(1高速切削加工材料去除微观机理

       高速切削材料去除机理即是切削机理研究领域的重点,也是难点之一,它是制定高速切削加工工艺的理论基础,具有重要的科学意义和应用价值。该领域需要解决的关键问题是如何揭示传统切削理论无法解释的切屑形态演变机理。我们发现了高速切削金属材料切屑形态演变的控制机制是主剪切区内发生的绝热剪切演化,建立了锯齿状切屑主剪切区绝热剪切动态再结晶失稳、软化和断裂的微观模型,揭示切屑形态演变的微观物理本质。

图1.jpg

主持国家自然科学基金项目1项,省部级项目1项。发表论文20余篇,其中SCI收录15篇,JCR一区论文篇5篇,SCI论文累计他引200余次。

代表性成果:

[1] 高速硬切削主剪切区材料失稳及损伤断裂微观机理研究,国家自然科学基金面上项目

[27]C.Z.Duan, L.C.Zhang. Adiabatic shear banding in AISI 1045 steel during high speed machining: Mechanisms of microstructural evolution, Materials Science and Engineering A, 2012, Vol.532,111-119Q1,Top, IF: 6.044

[3]C.Z.Duan, M.J.Wang.  A Calculation Model of Deformation within Shear Band in a Serrated Chip Formed during High Speed Machining, Journal of Materials Processing Technology, 2006, Vol.178, 274-277. Q1,Top, IF: 6.162

[4]Chunzheng Duan, Minjie Wang.  Some Metallurgical Aspects in Chips Formed in High Speed Cutting of High Strength Steel, Scripta Materialia, 2005, Vol.52, 1001-1004. (Q1,Top, IF: 6.302

[5]C.Z.Duan, M.J.Wang. Characteristics of Adiabatic Shear Bands in the Orthogonal Cutting 30CrNi3MoV Steel,  Journal of Materials Processing Technology, 2005, Vol.168, 102-106. Q1,Top, IF: 6.162

[6]Chunzheng Duan, Minjie Wang.  Adiabatic Shear Bands in 30CrNi3MoV Structural Steel Induced during High Speed Cutting, Journal of Materials Science & Technology, 2004, Vol.20, n6, 775-778Q1,Top, IF: 10.319



主要成果(2):金属基复合材料切削加工技术

   颗粒增强金属基复合因各项性能优异,已应用于航空航天、武器装备、卫星领域的高性能零部件的制造,是国家重大装备制造业所需的关键材料之一。由于存在高硬度的增强颗粒,致使颗粒增强金属基复合材料的切削加工极为困难,刀具耐用度低,加工损伤易发,加工效率低,缺陷难以预测,工件的加工精度和表面质量难以控制,严重制约了该材料的广泛应用,因此,研究SiCp/Al复合材料的切削加工问题十分必要和紧迫。我们揭示了高速切削SiCp/Al复合材料过程中脆韧转变的力学机制,基于断裂动力学理论提出了脆韧转变临界切削条件预测方法,为金属基复合材料高速切削工艺优化奠定了理论基础。建立了基于断裂动力学的高速切削SiCp/Al复合材料随机-动态表面损伤层深度解析模型,提出了虑及颗粒随机性的亚表面颗粒损伤判据和损伤位置预测方法,实现了切削SiCp/Al随机-动态表面损伤层深度的计算,解决了SiCp/Al复合材料零部件加工表面损伤深度难以准确预测和控制的问题。

   图2.jpg

       图3.jpg

                                             切削SiCp/Al随机-动态表面损伤层深度预测模型   

   主持国家自然科学基金项目1项。发表论文30余篇,其中SCI收录12篇,JCR一区论文4篇。授权国内发明专利2项,国际发明专利1项。

代表性成果:

[1]切削SiCp/Al复合材料脆韧转变机理及断裂动力学预测研究,国家自然科学基金面上项目

[2]Yin, Wendian, Duan Chunzheng*, Li Yajun, Miao Kaiqiang. Dynamic cutting force model for cutting SiCp/Al composites considering particle characteristics stochastic models, Ceramics International, 2021,v 47, n 24, 35234-35247Q1,Top,IF: 5.532

[3]Yin Wendian, Duan Chunzheng*, Li, Yajun, Miao, Kaiqiang. Modelling of tool flank−workpiece interface friction considering temperature gradient and particle property for cutting SiCp/Al composites, Journal of Materials Processing Technology, 2021, v298, 117302Q1,Top, IF: 6.162

[4]Sun, WeiDuan Chunzheng*Yin Wendian Modeling of force and temperature in cutting of particle reinforced metal matrix composites considering particle effects, Journal of Materials Processing Technology, 2021, v 290, 116991Q1,Top, IF: 6.162

[5]Sun, WeiDuan Chunzheng*Yin Wendian . Development of a dynamic constitutive model with particle damage and thermal softening for Al/SiCp composites, Composite Structures, 2020,v 236, 111856Q1,Top, IF: 6.603

[6]Yin, Wendian, Duan, Chunzheng*; Sun, Wei; Wei, Bin Analytical model of cutting temperature for workpiece surface layer during orthogonal cutting particle reinforced metal matrix composites, Journal of Materials Processing Technology, 2020,v 282, 116643Q1,Top, IF: 6.162

[7]Chunzheng Duan, Yumin Liu, Wei Sun, Yuwen Sun, Fangyuan Zhang, Kang Ju. QUICK-STOP CUTTING DEVICE FOR A LATHE, United States Patent, Patent No. US 10661351B2



主要成果(3):高速切削加工表面质量预测与控制技术

    某些高端装备关键零部件在高速切削加工过程中形成的表面粗糙度、表面变质层以及表面缺陷及损伤对零部件的使用性能产生很大影响,目前,对于表面粗糙度高精度预测、表面变质层以及表面缺陷及损伤的形成机理、预测以及合理控制还没有有效的方法。我们基于统计学和智能优化算法,提出了一种PSO-LSSVM表面粗糙度高精度预测方法,较其它方法预测精度提高30%以上。将宏观物理场解析和介观微结构模拟相耦合,提出一种有限元-元胞自动机耦合模拟方法,实现了加工表面变质层的厚度、微观组织和相变的动态预测与控制。

 图4.jpg

主持国家自然科学基金项目1项,省部级项目1项。发表论文10余篇,其中SCI收录8篇,JCR一区论文2篇。授权国内发明专利2项。

代表性成果:

[1]高速干硬切削表面变质层微结构形成机理及有限元-元胞自动机耦合模拟与预测研究,国家自然科学基金面上项目

[2]Zhang Fangyuan, Duan Chunzheng*, Sun Wei, Ju Kang,Effects of cutting conditions on the microstructure and residual stress of white and dark layers in cutting hardened steel, Journal of Materials Processing Technology, 2019,v 266, 599-611Q1,Top, IF: 6.162

[3]Zhang Fangyuan, Duan Chunzheng*, Kou Wenneng. Modeling of Martensite Transformation in White Layer under Thermo-mechanical Coupling in Hard-Cutting Process, Journal of Materials Engineering and Performance, 2019, v 28, n 11, 6579-6587

[4]Zhang Fangyuan, Duan Chunzheng*, Sun Wei, Ju Kang. Influence of White Layer and Residual Stress Induced by Hard Cutting on Wear Resistance During Sliding Friction, Journal of Materials Engineering and Performance, 2019, v 28, n 12, p 7649-7662

[5] Zhang Fang-yuan, Duan Chun-zheng*, Xu Xin-xin, Wang Min-jie. Influence of cutting condition on white layer inducedby high speed machining of hardened steel, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2018, Vol. 98, 77-84 Q2,IF: 3.563

[6]Zhang Fang-yuan, Duan Chun-zheng*, Wang Min-jie, Sun Wei. White and dark layer formation mechanism in hard cutting of AISI52100 steel, Journal of Manufacturing Processes,2018, Vol.32, 878-887Q2,IF: 5.684

[7]段春争,寇文能,孙玉文,张方圆,刘朋和,孙伟. 一种用于端面车削温度测量的装置和方法,          中国发明专利,专利号:ZL201710145432.5



主要成果(4):薄壁弱刚性零件精密切削加工变形控制技术

薄壁弱刚性零件在航空航天领域有着广泛的应用,薄壁零件内部残余应力大、结构件尺寸大、材料去除率大、整体刚度复杂、残余应力分布不均且难控制,在实际机械加工过程中存在着各种工艺难题。其中,加工变形是制约薄壁零件制造精度提高的主要瓶颈,研究薄壁零件低应力加工技术控制加工变形对提升产品质量、提高生产效率、控制加工成本具有重要意义。我们通过建立应力诱导变形预测模型清晰描述并揭示了薄壁零件初始残余应力、加工残余应力、装夹应力等多因素耦合作用下的加工变形产生规律和机理,预测零件在不同自然时效阶段的变形位置和变形量,优化薄壁零件精密切削参数、铣削路径、装夹参数等加工工艺。该技术解决了薄壁零件切削加工效率低、加工变形位置和加工变形量难以控制、设备成本投入高的难题。

图5.jpg

              弱刚性薄壁平面构件真空夹具优化模型


图6.jpg

                                多因素耦合作用下的薄壁弱刚性构件加工变形预测方法


主持和参加国防科学基金及科学挑战计划项目2项,发表论文10余篇,SCI收录3篇,JCR一区论文2篇,授权国内发明专利1项,登记软件著作权1项。开发的夹具-工件最佳贴合度计算软件以及提出的基于装夹变形预测模型实现装夹变形补偿的切削工艺规划方法已经在某企业某零部件加工中得到了应用。

代表性成果:

[1]模型与数据融合驱动的大型薄壁件加工表面创成机理与自适应控制方法,国防基础加强计划科学基金

[2] Ju Kang, Duan Chunzheng*, Sun, Yuwen, Shi Jiahao, Kong Jinxing, Akbarzadeh Abdolhamid. Prediction of machining deformation induced by turning residual stress in thin circular parts using ritz method, Journal of Materials Processing Technology, 2022,v307, 117664Q1,Top, IF: 6.162

[3]Ju Kang, Duan Chunzheng*, Kong Jinxing, Chen Yi, Sun Yuwen. Clamping deformation of thin circular workpiece with complex boundary in vacuum fixture system, Thin-Walled Structures, 2022, v 171, 108777Q1,IF: 5.881

[4]Ju Kang, Duan Chunzheng*, Kong Jinxing, Chen Yi , Sun Yuwen, Wu Shanglin. Prediction of clamping deformation in vacuum fixture–workpiece system for low-rigidity thin-walled precision parts using finite element method, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2020, v 109, n 7-8, 1895-1916 Q2,IF: 3.563

[5]段春争,魏斌,印文典,孙玉文,鞠康,薛成,孙伟,张方圆. 一种车削加工薄壁圆筒件外壁装夹系统及方法,中国发明专利,专利号:ZL 201810856875.X

[6]真空系统装夹变形预测及优化软件,软件著作权,登记号:2020581862236



主要成果(5):蜂窝芯夹层材料高速加工缺陷控制技术

蜂窝夹层结构材料作为一种新型轻质高性能复合材料减重上极具优势,同时,具有比强度和比刚度高、抗冲击性好、吸能减振性、可设计性强等优点,在航空航天、国防军事、船舶等众多领域有着潜在的需求。蜂窝芯的切削加工是蜂窝夹层结构零部件从研制到应用最为关键的一步,其加工质量直接影响到蜂窝夹层结构零部件的服役寿命和使用性能。但是,金属蜂窝芯属于薄壁弱刚性结构,由于蜂窝壁的刚性不足而造成多种类型的加工缺陷。我们针对蜂窝芯材料高速切削加工过程中加工缺陷难以抑制的难题,基于蜂窝芯材料的加工特点创新性地提出了“薄壁切削角”概念,探究了薄壁切削角对加工缺陷形成机理的影响,建立了切削力模型和加工缺陷特征参数预测模型,通过对刀具的几何角度和切削参数的设计和优化,实现了对加工缺陷的抑制,最终获得高质量的加工表面。该技术有效地解决了蜂窝芯材料在高速切削加工过程中表面加工质量差、加工缺陷难以控制的难题,同时,显著地提高了金属蜂窝夹层材料的服役寿命及力学性能。

图7.jpg

                           铝蜂窝芯夹层结构材料高速铣削加工形成的各类缺陷


图8.jpg

                        蜂窝芯夹层结构材料高速铣削加工过程中的薄壁切削角

主持国家自然科学基金项目1项,发表论文5篇,SCI收录1篇,JCR一区论文1篇,授权国内发明专利1项。


代表性成果:

[1]基于薄壁切削角的铝蜂窝芯铣削加工缺陷预测及抑制方法研究, 国家自然科学基金面上项目

[2]Li Chao, Duan Chunzheng*, Chang Binbin, Instantaneous cutting force model considering the material structural characteristics and dynamic variations in the entry and exit angles during end milling of the aluminum honeycomb core, Mechanical Systems and Signal Processing, 2022, v181, 109456Q1,Top, IF: 8.934

[3]段春争,常宾宾,李超,王路平,张天星. 一种线切割加工金属基蜂窝材料的柔性固持系统及方法, 中国发明专利,专利号:ZL 202110470809

获奖和荣誉:

[1] 第五批辽宁省新世纪百千万人才工程千人层次,2009

[2] 辽宁省自然科学学术成果奖论文类一等奖,2009

[3] 辽宁省自然科学学术成果奖论文类二等奖,2011

[4] 大连市优秀自然科学论文一等奖,2006

[5] 大连市科学论文奖一等奖, 2006

[6] 大连市优秀自然科学论文二等奖,2007

[7] 大连市优秀自然科学论文二等奖,2008

[8]《哈尔滨工程大学学报》优秀审稿人,2015

[9]《哈尔滨工程大学学报》第三届优秀论文奖 ,2016  

[10]《哈尔滨工程大学学报》第四届优秀作者奖, 2018

[11]贾振元,王殿龙,梁延德,孙伟,崔岩,孙晶,段春争. 机械设计制造及其自动化专业建设的改革与实践, 辽宁省教学成果奖一等奖,2013

[12] 大连理工大学教学质量优良奖,2007

[13] 大连理工大学教学质量优良奖,2009

[14]  大连理工大学教学质量优良奖,2013

[15] 大连理工大学教学质量优良奖,2014

[16] 大连理工大学教学质量优良奖,2017

[17] 大连理工大学优秀班主任,2013

[18] 大连理工大学优秀班主任,2014

[19] 李经民,贾振元,刘冲,王永青,杨睿,段春争, 刘永刚,张伟,孙吉宁,毕胜. 重大装备制造领域全日制专业学位研究生协同创新培养模式探索和实践,辽宁省研究生教学成果奖特等奖,2022

[20] 李经民,贾振元,刘冲,王永青,杨睿,段春争, 刘永刚,孙伟,王德伦,康仁科,刘新,张伟,孙吉宁,毕胜,刘海波,重大装备制造领域全日制专业学位研究生协同创新培养模式探索和实践,高等教育(研究生)国家级教学成果奖二等奖,2022


学术兼职:

中国机械工程学会塑性工程分会会员。中国自动化学会制造技术专业委员会委员。国家自然科学基金通信评审专家。教育部学位中心评审专家。《纳米技术与精密工程》、《哈尔滨工业大学学报》、《应用力学学报》、《哈尔滨工程大学学报》International Journal of Advanced Manufacture Technology, International Journal of Impact Engineering, Machining Science and Technology, International  Journal of Manufacturing Engineering,  Acta Metallurgica Sinica (English Letters), Chinese Journal of Mechanical Engineering等多个国内外学术期刊的特约审稿人。














  • 教育经历Education Background
  • 工作经历Work Experience
  • 研究方向Research Focus
  • 社会兼职Social Affiliations
  • 高速高效切削加工理论及技术
  • 精密加工技术
  • 材料加工过程的建模与模拟
  • 模具CAD/CAE/CAM技术