空心陶瓷球颗粒成孔与增强复合结合剂立方氮化硼砂轮

高效深切磨削是高速/超高速磨削与高效率磨削有机结合的产物，在以镍基高温合金为代表的高强韧性难加工材料成形磨削中具有独特优势和广阔应用前景。现阶段，由于砂轮工作层无法同时满足高气孔率与高强度要求，导致加工效率不高、型面稳定性差、砂轮修整频繁，这已成为制约高效深切磨削技术发展的瓶颈。本项目提出空心陶瓷球颗粒成孔与增强复合结合剂立方氮化硼（CBN）砂轮的研制构想，通过向活性胎体合金添加氧化铝空心陶瓷球颗粒并优化固位组成复合结合剂层，达到同时提高砂轮工作层气孔率与强度的效果。研究内容包括：复合结合剂CBN砂轮工作层三维组织结构的优化设计模型；胎体合金与CBN磨粒、空心陶瓷球颗粒之间液相烧结界面的形成机理与强化机制；高效深切磨削复合结合剂CBN砂轮的磨损机理。本项目旨在为研制集高锋利度、高型面稳定性、高耐用度于一体的复合结合剂CBN砂轮奠定科学基础，对于实现难加工材料高效深切磨削具有重要意义。

磨削加工已成为难加工材料高效精密加工的重要方法之一。但是，现阶段普通树脂、陶瓷、金属结合剂立方氮化硼（CBN）超硬磨料砂轮均无法满足高效磨削工艺对砂轮工作层高气孔率与高强度的要求，导致落后的工具与配套工艺技术已成为制约难加工材料高效磨削技术发展的瓶颈。有鉴于此，本项目提出空心陶瓷球颗粒成孔与增强复合结合剂立方氮化硼砂轮研制构想。将氧化铝（Al2O3）空心陶瓷球颗粒作为成孔材料与增强相添加到活性胎体合金组成复合结合剂，利用液相烧结过程中CBN磨粒、Al2O3陶瓷空心球颗粒与胎体合金之间的可控化学连接与三维优化固位制作具有高气孔率与高强度特性的砂轮工作层。. 主要工作包括：. （1）仿真分析了砂轮工作层气孔分布特征对工作层强度的影响，据此优化了工作层空心陶瓷球颗粒的排布参数。. （2）探讨了烧结工艺、工作层气孔率对节块强度的影响，采用扫描电镜、能谱仪分析了砂轮工作层节块断口形貌和组元结合界面微结构特征，优化工作层节块烧结工艺为加热温度880 ℃、保温时间30 min。. （3）研制出工作层气孔规则排布的复合结合剂CBN砂轮，并与陶瓷砂轮进行了镍基高温合金GH4169的高速磨削对比试验，分析了同等条件下的磨削力、磨削温度及砂轮磨耗比，实现了高温合金高效深切磨削加工，确证了多孔CBN砂轮的磨削性能优势。