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高性能立方氮化硼(CBN)超硬砂轮是镍基高温合金等高强韧材料高效深切磨削的执行者和工具保障,承担着能否高效去除材料的决定性作用。目前,多层砂轮磨料层气孔率与强度难以兼顾、单层砂轮总体寿命不足的现状成为了制约CBN砂轮性能进一步提升的瓶颈。有鉴于此,本文提出研制磨粒三维可控排布多孔金属结合剂CBN砂轮,重点探索了多孔结合剂胎体强度及其微结构、磨粒三维可控排布多孔CBN砂轮制备技术、CBN砂轮磨削性能评价及其磨损特性。相关研究成果对于开发高性能CBN砂轮与实现高强韧性难加工材料高效深切磨削具有重要理论意义和工程应用价值。完成的主要工作及取得的成果包括:(1)研究了陶瓷空心球对多孔结合剂胎体强度及微结构的影响。结果表明,陶瓷空心球与结合剂胎体间可形成化学结合,提高了结合剂胎体的强度。通过调节陶瓷空心球孔径及体积分数可实现结合剂胎体强度与气孔结构可控。当陶瓷空心球体积分数低于50%时,结合剂胎体抗弯强度高于60MPa,满足高效深切磨削砂轮要求。同时,添加的陶瓷空心球对结合剂与CBN磨粒的结合界面无影响。(2)研制成功磨粒三维可控排布多孔CBN砂轮并评价了砂轮磨削性能。从砂轮基体结构设计、磨料层组织优化选择及磨粒三维排布技术角度研究了磨粒三维可控排布多孔CBN砂轮制作技术。通过GH4169镍基高温合金高效深切磨削试验,从磨削力、温度、比能等角度评价了磨削性能,并对磨削热分配系数进行了计算。结果表明:该砂轮高效深切磨削GH4169镍基高温合金时,传入工件的热量比例介于2%~6%之间,该比例低于陶瓷结合剂CBN砂轮(4%~8%)。(3)开展了磨粒三维可控排布多孔CBN砂轮高效深切磨削磨损研究。随着材料去除量增加,砂轮工作面磨粒通常经过磨耗、破碎等过程最终从结合剂层脱落失效;磨削力、温度等过程参量以及工作面磨粒脱落数量均呈先稳定变化后快速增加的特征。工件材料累积去除体积超过16000mm3时,砂轮工作面大部分磨粒经磨耗、破碎磨损后从结合剂层脱落,结合剂表层出现工件材料黏附,砂轮钝化。