超硬磨料砂輪是以金剛石或立方氮化硼（CBN）為磨料制備而成的一類具備高硬度及高強度的固結(jié)磨具，主要用于實現(xiàn)對難加工材料的高效、精密磨削加工。為改善磨削弧區(qū)工況，優(yōu)化磨削表面性能，結(jié)構(gòu)化砂輪的概念由此被提出。結(jié)構(gòu)化砂輪主要分為表面結(jié)構(gòu)化砂輪和基體結(jié)構(gòu)化砂輪，表面結(jié)構(gòu)化砂輪可進一步分為帶槽表面結(jié)構(gòu)化、帶孔表面結(jié)構(gòu)化及凸包表面結(jié)構(gòu)化砂輪；基體結(jié)構(gòu)化砂輪則可分為帶槽及帶孔基體結(jié)構(gòu)化砂輪。本文將總結(jié)超硬磨料結(jié)構(gòu)化砂輪設(shè)計、制備的基本原理與最新進展，并預測結(jié)構(gòu)化砂輪的未來發(fā)展趨勢。

       關(guān)鍵詞：超硬磨料砂輪；表面結(jié)構(gòu)化；磨削熱損傷；磨削性能；工件表面質(zhì)量

論文配圖

激光法制備結(jié)構(gòu)化砂輪表面

 帶孔結(jié)構(gòu)化砂輪

       常規(guī)砂輪因存在磨削力大、磨削溫度高、砂輪阻塞等問題制約其發(fā)展，研究人員一直致力于找到能夠提高磨削精度與磨削質(zhì)量的方法。結(jié)構(gòu)化砂輪已經(jīng)被證實在減小磨削力、降低磨削溫度、減輕工件表面熱損傷等方面具有較好效果。針對結(jié)構(gòu)化砂輪，本文從結(jié)構(gòu)化砂輪的設(shè)計、制備方法展開了論述，揭示了結(jié)構(gòu)表征參數(shù)-砂輪磨削性能-工件表面質(zhì)量的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，豐富了結(jié)構(gòu)化砂輪設(shè)計、制備理論體系。結(jié)構(gòu)化砂輪應用廣、發(fā)展快，已經(jīng)在很多方面取得了一定的進展，但仍然可以在以下方面開展更加深入的研究。           1）砂輪結(jié)構(gòu)功能機理研究。砂輪表面結(jié)構(gòu)需具備儲液換熱、減摩抗磨等功能，然而，當前研究仍還處于對結(jié)構(gòu)功能特性的工藝驗證階段，缺乏能夠揭示結(jié)構(gòu)表征參數(shù)-砂輪儲液減摩性能-砂輪換熱抗磨性能內(nèi)在聯(lián)系的理論研究。

       2）混合仿生結(jié)構(gòu)化砂輪設(shè)計研究。將仿生理論應用于結(jié)構(gòu)化砂輪設(shè)計是當前的研究熱點，但現(xiàn)有研究中幾乎均采用的是單一仿生原型，不能完全滿足結(jié)構(gòu)化砂輪實現(xiàn)多種功能、具有區(qū)域多樣化結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，將混合仿生設(shè)計理論引入到結(jié)構(gòu)化砂輪設(shè)計中可進一步豐富和拓寬結(jié)構(gòu)化砂輪的設(shè)計體系。

       3）結(jié)構(gòu)化砂輪磨削機理研究。目前，對于結(jié)構(gòu)化砂輪磨削機理研究較少，揭示結(jié)構(gòu)化砂輪磨削工件表面熱損傷產(chǎn)生與演變、磨損與失效機理，闡明磨削工藝參數(shù)-磨削力與溫度-工件表面完整性的關(guān)聯(lián)規(guī)律，有助于完善結(jié)構(gòu)化磨削理論體系。

       4）成形砂輪復雜曲面結(jié)構(gòu)制備研究。目前，超硬磨料砂輪結(jié)構(gòu)化制備主要是針對于平行砂輪，缺乏針對于超硬磨料成形砂輪復雜曲面結(jié)構(gòu)的高效可控制備方法。

       5）砂輪精密微細結(jié)構(gòu)制備方法研究。砂輪表面結(jié)構(gòu)正加速朝著微尺度、多維度、多功能方向發(fā)展，利用新型工藝制備砂輪的可控微結(jié)構(gòu)，并通過主動設(shè)計氣孔的形狀、大小、數(shù)量和分布，實現(xiàn)磨削性能導向的主動設(shè)計將是未來的發(fā)展方向。

       何船, 鄧輝, 尉遲廣智, 等. 結(jié)構(gòu)化超硬磨料砂輪設(shè)計與制備研究進展[J]. 表面技術(shù), 2023, 52(12): 42-56.

       HE Chuan, DENG Hui, YUCHI Guang-zhi, et al. Research Progress on the Design and Preparation of Structured Superabrasive Grinding Wheels [J]. Surface Technology, 2023, 52(12): 42-56.