聚晶CBN磨粒由微晶CBN颗粒通过AlN结合剂粘结在高温高压下烧结而成。理论上,聚晶CBN磨粒由于特殊的微观结构在磨损过程中容易发生微破碎,从而去除钝化的微晶颗粒并形成新的微切削刃而自锐,砂轮能够长时稳定地保持高锋利度。然而,针对聚晶CBN磨粒自锐现象的已有研究仍主要停留在试验层面,缺乏对磨粒磨损状态进行定量表征的方法,对磨粒破碎机理以及如何通过微破碎行为保持砂轮高锋利度的认识也严重不足。有鉴于此,本文拟对单颗聚晶CBN磨粒及其砂轮的实际磨损状态进行定量表征,并结合仿真与试验阐明聚晶CBN磨粒微结构对磨粒破碎的影响,揭示聚晶CBN磨粒的破碎机理,探究磨粒破碎行为对聚晶CBN砂轮磨削性能的影响。本文的主要研究工作与取得的成果如下:(1)划分了单颗磨粒磨损演变过程的不同阶段,阐明了磨削速度与单颗磨粒切厚对聚晶CBN磨粒破碎的影响规律。结果显示,聚晶CBN磨粒的完整磨损过程可分为初始-稳定-剧烈磨损三阶段;与单晶磨粒相比,聚晶CBN磨粒通过微破碎能更加长时稳定地保持磨粒锋利度。磨削速度增大促使聚晶磨粒更快磨损,但磨粒微破碎亦有利于保持砂轮高锋利度;单颗磨粒切厚过大时会增加材料去除量,过小时则会加强滑擦、耕犁作用,均会使磨削负荷增加并加快磨粒磨损,导致磨粒初期磨损阶段更长。(2)结合实验与仿真阐明了聚晶CBN磨粒破碎的主要形式与内在原因,分析了微观结构对磨粒破碎的影响,阐明了磨粒形貌变化对磨削材料去除的影响。聚晶CBN磨粒的主要破碎形式包括刃口区域微破碎与内部裂纹扩展,偶尔会发生大块破碎现象。拉应力是影响聚晶CBN磨粒破碎的主要内在因素。磨粒内部的微晶颗粒界面会造成应力集中并加快磨粒微破碎,从而去除钝化的切削刃,并保持磨粒的锋利度。聚晶CBN磨粒通过微破碎改变自身的表面形貌,产生“钝化-锐化”循环,从而保持自身的磨削性能。(3)研究了磨削参数对砂轮磨削性能的影响,对比分析了聚晶与单晶CBN砂轮的磨损特征,阐明了磨损过程中砂轮磨削性能的变化,确证了聚晶CBN砂轮的性能优势。结果表明,砂轮线速度增加会减小负荷,而产生的振动会影响加工质量;砂轮切深与工件进给速度越低,所受负荷越低,加工质量越好。聚晶CBN砂轮的磨损过程分为两阶段:第一阶段,以微破碎为主,抑制了磨耗磨损与黏附的产生,从而实现砂轮自锐;第二阶段,磨粒破碎由自锐变成失效。与单晶砂轮相比,聚晶CBN砂轮能够在更长的磨削过程中保持自身锋利度与磨削性能。