立方氮化硼(CBN)砂轮是钛合金等难加工材料高效深切磨削加工的重要工具,然而现有的CBN砂轮无法同时满足难加工材料高效深切磨削对磨料层高孔隙率、高强度和优异减摩能力的要求。有鉴于此,本课题提出采用石墨烯改性并以球形尿素颗粒为造孔剂研制新型多孔复合结合剂CBN砂轮的构想,研究了开放孔隙结构对磨料层强度及微观结构的影响规律与作用机制、石墨烯对磨料层强度与减摩性能的影响规律和作用机制、石墨烯改性多孔复合结合剂CBN砂轮的磨削性能与磨损特性等内容。本文的主要研究工作及取得的成果包括:(1)揭示了尿素颗粒尺寸、含量和水溶时间等因素对多孔磨料层节块抗弯强度和屈服强度的影响规律,阐明了石墨烯含量对磨料层节块抗弯强度和微观形貌的影响规律,探讨了磨料层中各组元间结合界面特征。以此为基础,确保磨料层节块强度满足了多孔CBN砂轮高效深切磨削要求,为多孔CBN砂轮制备奠定了工艺基础。(2)开展了不同石墨烯含量下磨料层节块试样的摩擦磨损试验,阐明了石墨烯对磨料层中各组元间结合的影响规律和作用机制。优选了砂轮磨料层的组元成分,如石墨烯含量、孔隙尺寸和孔隙率等,提升了砂轮磨料层的减摩能力。在此基础上,成功制备了集高孔隙率、高强度和优异减摩能力的石墨烯改性多孔复合结合剂CBN砂轮。(3)开展了钛合金高效深切磨削试验研究,从磨削力、磨削温度、工件表面质量等方面评价了多孔CBN砂轮的磨削性能,阐明了磨削过程中多孔CBN砂轮的磨损特性。结果表明,多孔CBN砂轮通过磨粒微破碎与开放孔隙形成的充裕容屑空间,实现了砂轮表面磨粒锋利度和容屑空间的动态平衡,提高了多孔CBN砂轮的耐用度。本项目的研究成果为钛合金等难加工材料的高质高效磨削提供了高性能工具与配套工艺支持,具有重要理论意义和应用价值。