激光强化技术可大幅提高模具表面的硬度和耐磨性,因而在模具制造业中得到越来越广泛的应用。单一目数磨粒砂轮头加工工件的最高精度具有局限性,且加工工件粗糙度区间窄,实际光整加工中往往采用手动更换不同目数砂轮头的方式进行逐阶段加工,这种方法不符合自动化加工的目的,且加工效率低下。为了解决单层粘磨层气压砂轮存在的局限。本文提出和制备一种渐进式粘磨层气压砂轮,采用分层渐进抛光的思想,其粘磨层主要由80#、120#、180#3层不同目数磨粒粘结剂组成。不同目数粘磨层有其相应的光整加工区间,在光整加工中外层粘磨层脱落完成后,内层新的磨粒逐渐露出进行后续加工。该新型气压砂轮既避免了更换砂轮头时工件表面加工纹路的变化而影响表面质量,又大幅提高光整加工的效率和自动化程度。具体研究内容如下:1)通过对气压砂轮的组成材料进行分析:本文采用半球型气压砂轮结构,基体层外径40mm,并对橡胶基体进行短纤维增强;对不同成分、组成的粘磨层进行力学分析,得到最佳的橡胶层厚度3mm,粘磨层厚度2~2.5mm。通过分析粘磨层层数对制备效率和加工效率的关系确定3层粘磨层的最佳层数。2)通过气压砂轮动态接触过程中柔性变形的分析,建立渐进式粘磨层气压砂轮力学模型并对其进行仿真分析。通过改变转速和充气压力,分析转速和充气压力对各层应力和整体应变的影响,得出了气压砂轮工作时的危险面,并得出合适的加工工艺参数:充气压力P=0.1MPa和转速V=1250rpm,并验证设计的合理性。3)针对多层不同厚度、不同目数磨粒粘磨层的气压砂轮,提出一种渐进式粘磨层气压砂轮的制备方案。通过180#、120#、80#3种不同目数磨粒单层气压砂轮的表面加工质量实验和磨粒脱落量实验,确定不同粘磨层的厚度分别为2mm、0.21mm、0.3mm。对短纤维增强橡胶基体的制备和粘磨层的压制进行了进一步的阐述。通过KEYENCE VHX-600E数码显微镜观测了制备的气压砂轮粘磨层剖面图,不同粘磨层的厚度与理论值一致,误差均在5%以内。4)围绕渐进式粘磨层气压砂轮的材料去除特性展开研究,通过实验得出P=0.1MPa和V=1250rpm最合适的工艺参数,验证了仿真结果。在实际光整中,无需更换砂轮头,磨削过程平稳,减少了传统气压砂轮加工方式中由于更换气压砂轮而导致切削纹路的改变所造成表面质量的下降;同时较直接采用180#单层气压砂轮加工,新型的渐进式目数气压砂轮完成初期光整加工效率提高34.6%;较更换砂轮头方式进行加工,加工效率提高19%。本文的研究思路及成果为其他结构的渐进式粘磨层气压砂轮的制备和实现激光强化模具自由曲面的纳米级加工提供了一定的指导意义,具有一定的技术借鉴价值。