內定位约束控型的高性能单层超硬磨料砂轮研制与性能研究

The development and application of high efficiency grinding calls for responsive grinding wheels to support. According to the existing problems in monolayer super-abrasive grinding wheels, which are not satisfied with the requirements of high manufacturing accuracy and high sharpness, high machining quality and high grinding efficiency can not be obtained simultaneously in grinding process. A new research concept that adopts inner orientation and profile constrained control to develop high performance monolayer super-abrasive grinding wheels is proposed in this project. By ordered consolidating abrasives on the inner profile of a female die and then carrying out the liquid-phase sintering process, the grinding working layer of wheels is formed. Meanwhile, aiming to the thermal deformation at high sintering temperature, the profile accuracy of abrasives layer is controlled by virtue of the female die material and constraint role of inner cavity composite structure. Subsequently, one high performance monolayer super-abrasive grinding wheels with high manufacturing accuracy, high sharpness and high tool life is developed by achieving the datum transformation between the grinding working layer and wheel matrix and the grinding wheels dressing process. This research results have great significance on further promoting high efficiency grinding technology development.

高效磨削加工技术的发展与应用需要有与之相适应的砂轮作为支撑。针对单层超硬磨料砂轮目前无法同时满足高精度和高锋利度要求，造成加工质量和加工效率难以兼得的问题，本项目提出利用內定位约束控型方法研制高性能单层超硬磨料砂轮的研究构想。通过将磨料有序排布固结在阴模内型面上并进行高温液相烧结形成砂轮磨削工作层，同时借助阴模材料和内型腔复合结构的约束作用控制热变形对磨料层型面精度的影响，之后完成磨削工作层与砂轮基体的基准转换和对砂轮进行修锐，由此研制出集高精度、高锋利度、高耐用度为一体的单层超硬磨料砂轮。项目研究成果对于进一步推动高效磨削技术发展具有重要意义。

高效磨削加工技术能够同时获得高的加工表面质量、加工精度以及材料去除率，目前已广泛应用于各种高端装备关键零件的机械加工。但是，为满足高效磨削工艺对砂轮性能的更高要求，单层钎焊超硬磨料砂轮尽管在耐磨性、砂轮结构强度、锋利性方面表现突出，并在以高速磨削、强力成型磨削、高效深切磨削为代表的高效磨削加工中占据一定优势，然而单层钎焊工具至今仍无法突破材料因高温变形导致自身制造精度低的难题，这也成为限制其在高精密加工领域应用的关键和瓶颈。.本项目提出利用內定位约束控型方法研制高精度单层超硬磨料钎焊砂轮的研究构想，其原理是先将磨料有序排布固结在阴模形面上进行高温液相烧结形成砂轮磨削工作层，通过借助阴模材料热变形小和内形面对磨粒的约束作用控制磨料等高性，之后再利用粘接的复合结构完成磨削工作层和砂轮基体组合与基准转换，从而获得高的砂轮型面精度。通过上述方法可成功制备集高精度、高锋利度、高耐用度于一体的单层超硬磨料钎焊砂轮，这为推动高效磨削技术发展具有重要意义。.本项目取得的主要研究结论如下：.（1）采用整体式内形面约束控型的复合结构方法制备钎焊砂轮磨削工作层，由于环状钎料层收缩严重且残余热应力大，砂轮磨削工作层无法形成。而采用节块式内形面约束控型的方法，高温下复合结构的热变形小，且胶结磨粒能够实现有效的定位与约束效果，可形成预期的砂轮磨削工作层。.（2）提出一种压印式点胶上砂方法，且成功实现磨粒在阴模内形面上的有序排布。同时磨削工作层上磨粒的等高性好，等高误差可控制在5μm左右，且磨粒的出露高度大，后续无需再对砂轮进行修锐。通过人工基准找正的方法，形成的钎焊砂轮形面精度可控制在10μm左右。.（3）正确建立了內定位约束控型下单层超硬磨料砂轮精度控制几何模型，成功揭示了内型腔复合结构液相烧结过程的界面、组织形成机理与热变形机制，确定了新型单层超硬磨料砂轮制备、基准转化和精度测量方法。