目前模具行业正朝着高精度、自动化生产的方向发展。软固结磨粒气压砂轮作为一种柔性的光整加工方法,与工业机器人组成的柔性砂轮光整系统实现了对复杂模具曲面的自动化抛光工作。以往对柔性砂轮抛光的研究基本上是通过改变砂轮相关实验参数,从而提高砂轮加工效率并降低工件表面粗糙度。相关研究已取得初步成效,但是在加工复杂曲率的表面时,若忽略曲率变化所带来的砂轮内部相关变化将会给柔性砂轮抛光质量的提升造成瓶颈。针对上述问题,为实现对复杂曲面的可重复性、确定性的抛光,需要对非一致曲率表面的气压砂轮加工特性进行研究。本文提出了一种软固结磨粒群剪胀本构模型。研究了非一致曲率条件下的微观磨粒接触力学与宏观砂轮力学体系之间的联系,建立了非一致曲率条件下的软固结磨粒气压砂轮试验平台,并通过相应仿真、测力试验以及加工试验研究了曲率以及下压量对工件表面质量的影响。并建立了气压砂轮材料去除模型,主要研究内容如下:(1)从细观角度分析了软固结磨粒气压砂轮中磨粒群的剪胀效应,首先从软固结磨粒群的剪胀机理开始分析,通过引入孔隙比定义的状态参量反应软固结磨粒群内部状态的变化,建立了基于相变状态的软固结磨粒剪胀本构模型;其次分析了砂轮在非一致曲率条件下砂轮内部的变形服从高斯分布;结合气压砂轮的双层弹性力学体系建立了非一致曲率下的砂轮接触力学模型。(2)分析软固结磨粒群中磨粒接触模型,并基于JKR理论建立了软固结磨粒接触模型。采用离散元分析软件EDEM数值模拟了软固结磨粒气压砂轮在加工非一致曲率表面时,磨粒粘结层内部磨粒接触力的传递过程,以及对工件产生的接触力。得出以下规律:(1)在不同工件曲率表面下,砂轮与工件形成的抛光接触区大小不同,工件接触区曲率半径与砂轮曲率半径拟合程度越高,形成的接触区越大,抛光效率越高,且由于曲率引起的砂轮变形情况不同,颗粒间的接触力网因此有较大差异;(2)曲率半径为(将凹面的曲率半径定义为负)-35mm与+35mm下砂轮与工件表面的接触力大小相差50.8%;(3)砂轮加工凸面曲率的工件表面时,接触区形状呈现出非圆形,在砂轮脱离工件表面处,有加工缺失区域。在砂轮的下压量为1.5mm时,这种磨粒区域性缺失问题得到明显改善。(3)通过试验研究软固结磨粒气压砂轮的加工特性。建立接触区内磨粒速度模型,结合第二章建立的砂轮加工力学模型。对传统Preston方程进行修正,提出了工件曲率修正因子与剪胀效应修正因子,建立了非一致曲率表面下的砂轮材料去除模型。搭建非一致曲率工件的气压砂轮光整加工试验平台,首先对砂轮加工接触力模型进了验证,接触力理论模型基本可以使用。研究曲率以及下压量对的砂轮加工表面质量的影响,通过对设置9组曲率与下压量的正交试验,对工件进行材料去除实验,在凹面曲率条件下得到了23～39nm的加工表面。并对比了砂轮材料去除量与材料去除理论模型,结果表明:理论理论模型与实际材料去除规律具有很高的拟合程度,可以用于非一致曲率表面下的气压砂轮试验中材料去除的定量分析。