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答辩博士：赵彪

指导教师：丁文锋教授/博导

论文题目：基于团聚磨粒的多层CBN成型砂轮研制与高效磨削研究

答辩委员会名单：

答辩秘书：赵正彩副教授/硕导

答辩时间：2021-3-12 上午8:30

答辩地点：南航明故宫校区A15#341

学位论文简介：

以钛合金、高温合金为代表的高强韧难加工材料兼具高温强度、抗冲击性、以及抗蠕变性能等优异特性，是高推重比航空发动机关键构件的核心材料。目前，磨削加工是高强韧难加工材料关键构件型面终加工的主要方法，相比于普通磨料砂轮存在的易磨损、磨削效率低、质量稳定性差等问题，立方氮化硼（CBN）超硬砂轮在高强韧难加工材料成型磨削加工领域显示出独特优势，但也面临诸多挑战，根源在于：普通CBN砂轮的耐磨性和自锐性能差，致使砂轮高锋利度无法长时稳定保持，导致工具磨损严重；单层砂轮磨钝后不易修整，且无后续磨料补充，磨削效率受限。有鉴于此，本文提出了基于团聚磨粒的多层CBN成型砂轮研制构想，着眼于提升普通CBN磨粒的耐磨性和自锐性能以开发一种组织结构可控、修整修锐性能优异的多层成型砂轮，力图突破高强韧难加工材料高效成型磨削加工的瓶颈问题。

论文主要研究内容和取得的成果如下：

（1）利用模压成形和高温液相烧结技术，制备了兼具高耐磨性、强自锐性和高材料去除能力为主要特征的新型团聚CBN磨粒，揭示了团聚CBN磨粒微破碎演变机制。研究发现，CBN晶粒逐层局部破碎是团聚CBN磨粒长时稳定保持高锋利度的关键。

（2）提出了采用高水溶性CO(NH₂)₂颗粒制备砂轮磨料层开放孔隙的新方法，探明了开放孔隙对磨料层结构与强度的影响规律，揭示了微孔隙形成机制、以及石墨烯对磨料层的增强机理，实现了砂轮磨料层高孔隙率和强度的主动设计与调控。

（3）研制了团聚CBN砂轮的喷砂修锐装置，探明了喷砂用量对砂轮修锐特性的影响规律，据此优选喷砂用量参数实现了砂轮修锐过程的可控。结果显示，金属结合剂和团聚CBN磨粒的冲蚀磨损特性差异是实现砂轮修锐过程可控的重要途径。

（4）通过团聚CBN砂轮高效深切磨削钛合金对比试验研究，确证了团聚CBN砂轮的磨削性能优势，揭示了磨削工艺参数和磨料层组织结构对团聚CBN砂轮磨损特性的影响机制，完成了团聚CBN成型砂轮对钛合金叶片榫头的高质高效磨削加工。

本文研究成果有助于加快团聚CBN砂轮在高效磨削高强韧难加工材料的推广应用，对于促进我国高强韧难加工材料及零部件高质高效磨削技术发展具有重要意义。

主要创新点：

（1）揭示了团聚CBN磨粒的高温液相烧结成形和CBN晶粒逐渐微破碎的磨损机制，阐明了CBN晶粒浓度与磨削用量对团聚CBN磨粒耐磨性和自锐性能的影响规律，解决了普通CBN磨粒的高锋利度无法长时稳定保持的难题。

（2）提出了采用高水溶性尿素颗粒制备砂轮磨料层开放孔隙的新方法，探明了开放孔隙结构对磨料层强度的影响规律，揭示了微孔隙形成机制以及石墨烯对磨料层的增强机理，实现了砂轮磨料层高孔隙率和强度的主动设计与调控。

（3）提出了通过CBN晶粒逐层局部破碎以及开放孔隙不断湮没和出露的动态平衡现象，确保团聚CBN砂轮可长时保持高锋利度和充裕的容屑空间，显著提升了工具锋利度和寿命，实现了钛合金叶片榫头的高质高效成型磨削加工。