叶序排布超硬磨料砂轮的磨削机理研究

为解决超硬磨料砂轮表面的工程化设计问题，使磨粒从随机分布到有序排布，达到最佳的磨削效果，基于生物学的叶序理论提出了超硬磨料砂轮表面磨粒或磨粒族的有序排布方法，并通过模拟与实验相结合的方法开展砂轮的设计、制造和磨削机理的研究。研究主要包括：1.叶序排布包涵的几何与物理问题、叶序参数与磨削基本参数的关系问题，以及相应的磨削基本参量模型化问题；2.叶序排布超硬磨料砂轮的磨削力、比能耗、磨损、表面粗糙度和表面完整性问题，以及磨削温度和冷却问题；3.砂轮的设计与光刻掩膜法电镀制造问题；4.典型材料的可磨削性问题等。最终获得叶序排布超硬磨料砂轮的设计与制造理论，以及相应的磨削理论，在砂轮表面工程化方面获得一次创新，并使生物学的叶序理论引入机械制造领域。最终使超硬磨料砂轮比普通超硬磨料砂轮磨削温度、磨削力明显降低，耐用度和效率明显提高，表面粗糙和完整性改善，发表论文8至10篇，培养研究生10至12名。

为了实现超硬磨料砂轮合理的工程化设计，基于叶序理论提出了叶序排布超硬磨料砂轮。为此，对叶序排布理论进行了进一步分析和探讨，获得了与砂轮磨料排布设计相关的参量，建立了砂轮磨料排布设计的数学模型；依据该模型进行了叶序排布磨料砂轮的设计理论研究，设计出叶序排布磨粒砂轮和叶序排布磨料族凸台结构砂轮，研究出了满足该砂轮制造的掩膜电镀工艺技术和掩膜腐蚀电镀工艺技术，制造出磨料粒度分别为70/80和140/150，直径分别为Ф300mm 和Ф155mm的外圆与端面叶序排布磨粒CBN砂轮和叶序排布磨料族CBN砂轮。为了获得其磨削机理和性能，在序化磨粒排布的重叠切削和离散化磨粒切削效应研究的基础上，建立起了叶序排布、错位排布和阵列排布磨粒砂轮的磨粒切削厚度、动态切削刃、接触弧长、磨削力、磨削温度和表面粗糙度等数学模型，仿真分析了磨削液的流动状态，确定了理论模型与实验结果的一致性，实验研究了叶序参数对砂轮磨削能力的影响规律和磨削机理，实验对比研究了叶序排布、错位排布、阵列排布和随机排布磨料砂轮的磨削45钢和TC4的磨削性能。通过研究可以确定基于叶序理论能实现超硬磨料砂轮的表面磨料的工程化设计，可作为有序化磨粒排布的理论依据，选择合理的叶序参数能使叶序排布磨料砂轮的磨削性能优于其它排布砂轮，并解决工程化砂轮设计中的磨料有序化排布的理论依据问题和一些相关问题。项目完成了计划书的研究内容，达到了预期的目标。项目研究已发表论文19篇，获发明专利2项，培养研究生19人。