【摘 要】
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金刚石磨料磨具作为精密与超精密制造领域的重要加工工具之一,广泛应用于陶瓷、玻璃、半导体等硬脆材料及硬质合金等难加工材料的磨削加工过程中。根据结合剂材料类型不同,金刚石磨料磨具主要包括金属结合剂磨具与树脂结合剂磨具,其中树脂结合剂磨具因其制备工艺简单、能耗低、绿色环保且工具本身具备较好的自锐性及退让性,能够在保证加工效率的同时减小工件表面损伤,因此得到了相关研究人员的密切关注。树脂结合剂金刚石磨料磨
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“面向硬脆材料超精密加工的树脂磨具快速成型方法及其磨削机理研究”（项目批准号:51805044）；
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金刚石磨料磨具作为精密与超精密制造领域的重要加工工具之一,广泛应用于陶瓷、玻璃、半导体等硬脆材料及硬质合金等难加工材料的磨削加工过程中。根据结合剂材料类型不同,金刚石磨料磨具主要包括金属结合剂磨具与树脂结合剂磨具,其中树脂结合剂磨具因其制备工艺简单、能耗低、绿色环保且工具本身具备较好的自锐性及退让性,能够在保证加工效率的同时减小工件表面损伤,因此得到了相关研究人员的密切关注。树脂结合剂金刚石磨料磨具在加工过程中的主要失效形式为磨粒的非正常脱落,工作磨粒过早脱落导致的磨具损耗会缩短工具使用寿命,过度磨损磨粒的把持滞留则会导致加工效率低、表面质量损伤等一系列问题。因此,深入研究树脂结合剂磨具制备过程中磨粒在结合剂材料固化成型作用下的把持受力状态,以及磨具工作过程中多因素条件作用下的失效脱落行为具有重要的意义。本研究结合理论分析、计算机仿真和实验验证,开展了以下具体研究内容:（1）基于弹塑性力学、理论力学、材料力学等相关理论,考虑到固化温度、磨粒出刃高度、磨粒形状和磨粒位姿的影响因素,在已有磨粒完全嵌入基体中固结把持力的分析模型基础上,引入不同因素变量对该分析模型加以完善。同时,进一步考虑到磨粒脱落过程中的应力应变,得到磨粒失效脱落时临界失效力的分析模型。（2）基于树脂和金刚石材料的本构模型,利用有限元软件Abaqus进行温度场和力场的耦合仿真,模拟磨粒从固化于基体中到受力失效脱落的过程。通过对磨粒参数的调整,结合磨粒所受固结把持力与脱落时临界失效力的判断准则得到不同因素下的后处理数据。通过正交分析与响应面分析方法得到不同单因素影响固结把持力和临界失效力的规律,同时分析了各因素影响效果的显著性。（3）通过搭建实验平台,利用单颗粒金刚石划擦Si C实验验证了理论分析模型的合理性和仿真分析模型的可靠性,揭示了在磨具制备和工作过程中各影响因素变量对树脂结合剂磨具磨粒固化及失效行为的影响规律。为磨削不同材料时选择合适参数的树脂结合剂磨具和磨具修整时的参数优化提供了指导。
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