傳統(tǒng)磨削加工技術(shù)制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心零部件存在砂輪易磨鈍、修整頻繁及廢品率高等問題，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的制造效率、質(zhì)量和成本。砂輪自銳技術(shù)是一種新興的砂輪磨削控制技術(shù)，可通過(guò)砂輪工作面的磨粒微破碎保持磨粒切削刃密度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定的高鋒利度，有助于航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心零部件的高質(zhì)高效加工。分析了具有自銳能力的高性能砂輪發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)有的砂輪自銳表征方法進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)砂輪自銳機(jī)理進(jìn)行深入剖析，最后，對(duì)砂輪自銳技術(shù)研究方向進(jìn)行了展望。

       1 序言

       航空發(fā)動(dòng)機(jī)（見圖1）是飛機(jī)的主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，是飛機(jī)的“心臟”，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密度高、服役工況惡劣和可靠性要求嚴(yán)苛等特征，被譽(yù)為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”[1，2]。能否實(shí)現(xiàn)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)自主制造是國(guó)家綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)，對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)家安全等具有重要意義[3]。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比、燃油經(jīng)濟(jì)性以及可靠性要求的日益提高，發(fā)動(dòng)機(jī)核心零部件惡劣的工作環(huán)境也對(duì)使用的材料提出了更加苛刻的要求，其核心部件的材料不僅廣泛采用鎳基高溫合金、鈦合金等典型難加工材料，而且金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物等新型難加工材料的使用比例也逐漸提高。以熱端部件為例，一方面，其采用的鎳基高溫合金是典型的高強(qiáng)韌性難加工材料，具有抗蠕變性能優(yōu)異、耐氧化和耐蝕性能良好等優(yōu)點(diǎn)；另一方面，為滿足復(fù)雜熱力環(huán)境下對(duì)可靠性的高要求，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫齒和渦輪盤榫槽形狀復(fù)雜，加工精度和表面完整性要求高。采用硬質(zhì)合金成形銑刀加工時(shí)，不僅極易產(chǎn)生刀具磨損，而且工件表面質(zhì)量難以滿足使用要求[4]。

圖1　典型航空發(fā)動(dòng)機(jī)剖面[2]

       近年來(lái)，以緩進(jìn)深切磨削、高速/超高速磨削以及高效深切磨削為代表的高效磨削技術(shù)（見圖2）得到了極大的發(fā)展。這些加工技術(shù)不僅具有普通磨削加工精度高、表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，而且極大地提高了磨削加工的材料去除率，甚至可以將零件由毛坯一次精密加工成形，在以難加工材料為主的航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工中占有重要地位[4，5]。盡管先進(jìn)磨削加工技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)顯著，但是實(shí)際應(yīng)用中，工件的加工效率普遍處于較低水平。主要原因在于，常用砂輪磨鈍后無(wú)法通過(guò)磨粒破碎的形式形成新的切削刃，使得切削過(guò)程主要集中在劃擦、耕犁階段，不僅材料難以被有效去除，而且磨削熱量集中，極易引起燒傷，需要通過(guò)頻繁的修整保持砂輪的鋒利度，加工效率始終處于較低水平[6]。

圖2　花鍵軸成形高效磨削工藝[4]

       砂輪自銳是指參與磨削的磨粒磨損至一定程度后破碎或脫落，使新的磨粒或切削刃出露并參與磨削的現(xiàn)象[7]。該現(xiàn)象與砂輪修整時(shí)磨粒切削刃自生成過(guò)程相似，因此稱為砂輪自銳[8]。當(dāng)磨粒（見圖3a）發(fā)生磨耗磨損與磨粒脫落時(shí)（見圖3b、圖3c），磨粒切削刃無(wú)法快速形成，砂輪性能快速下降；但當(dāng)磨粒磨損主要以大塊破碎，甚至微破碎為主時(shí)（見圖3d、圖3e），砂輪參與切削的微刃數(shù)保持穩(wěn)定，切削能力得以保持，砂輪具有自銳性。因此，開發(fā)具有優(yōu)異自銳性能的先進(jìn)砂輪有助于維持砂輪高鋒利度的長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)難加工材料高質(zhì)高效加工。

a）完整磨粒　　 b）磨耗磨損　　 c）磨粒脫落　　 d）大塊破碎　　 e）微破碎
圖3　單顆磨粒磨損類型[8]

       本文旨在對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心零部件高質(zhì)高效磨削的砂輪自銳技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行全面總結(jié)，著重于高性能砂輪發(fā)展現(xiàn)狀、自銳表征方法、砂輪自銳機(jī)理和高性能砂輪運(yùn)用等幾方面的研究成果，并對(duì)該類高性能砂輪制備、控制技術(shù)難點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

       2 具有自銳特征的高性能砂輪發(fā)展現(xiàn)狀

       傳統(tǒng)砂輪主要由磨料、結(jié)合劑和氣孔組成（見圖4）。STETIU等[9]指出，可以通過(guò)調(diào)控結(jié)合劑強(qiáng)度，約束砂輪工作面磨粒脫落速率，最終實(shí)現(xiàn)切削磨粒的更新，具有一定自銳性。然而，該類砂輪通過(guò)整顆磨粒脫落發(fā)生自銳，形狀精度難以長(zhǎng)期保持，需要通過(guò)不斷修整才能滿足榫齒等型面精度要求較高的零件加工。此外，盡管在位機(jī)械修整磨削[11]、ELID磨削[12]等方法可以實(shí)現(xiàn)砂輪鋒利度的長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定，但對(duì)設(shè)備要求較高，大規(guī)模推廣存在一定局限性。因此，通過(guò)改善磨料性能，從而實(shí)現(xiàn)砂輪自銳，已成為研究熱點(diǎn)。

圖4　普通砂輪示意[9，10]

       20世紀(jì)80年代，3M公司首先采用溶膠-凝膠法合成了Seed-Gel陶瓷剛玉磨料（簡(jiǎn)稱SG磨料），該磨料由亞微米級(jí)的微晶顆粒組成，磨鈍的磨粒會(huì)在載荷的作用下沿微晶晶界發(fā)生沿晶斷裂，使新的微切削刃持續(xù)出露，如圖5所示。獨(dú)特的材料性能使得使用SG磨料制備的砂輪可以通過(guò)持續(xù)不斷的微破碎保持砂輪的高鋒利度，具有良好的自銳性[13，14]。

a）普通剛玉磨料磨損表面形貌

b）SG磨料磨損表面形貌
圖5 SG磨料與普通剛玉磨料磨損表面形貌對(duì)比[14]

       以金剛石、立方氮化硼（CBN）為代表的超硬磨料具有硬度高、耐磨性好、導(dǎo)熱性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)難加工材料高效加工中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但是，由于其各向異性的材料特性，傳統(tǒng)超硬磨料磨鈍后易沿解理面發(fā)生大塊破碎，使得磨粒的性能優(yōu)勢(shì)無(wú)法充分發(fā)揮。該現(xiàn)象在單層電鍍砂輪和單層釬焊砂輪等高性能砂輪中尤為顯著[10，15]。

       在眾多探索超硬磨粒自銳性的工作中，湖南大學(xué)萬(wàn)隆教授和日本宇都宮大學(xué)ICHIDA博士所在團(tuán)隊(duì)的研究成果尤其引人注意。萬(wàn)隆教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)腐蝕方法在傳統(tǒng)金剛石表面制備出微孔結(jié)構(gòu)，從而形成數(shù)量眾多的微刃（見圖6）[16]。一方面，該磨粒在磨削工件材料時(shí)，單顆磨粒切厚由于微刃數(shù)量的增加而急劇降低，使得硬脆材料主要以塑性的形式被去除，減小了應(yīng)力集中造成的亞表面損傷（見圖7）。相反地，常規(guī)金剛石磨粒主要以單切削刃去除材料，在相同磨削參數(shù)下，單顆磨粒切厚較大，材料的脆性去除無(wú)法完全避免，表面/亞表面損傷大。另一方面，在磨削過(guò)程中，磨粒表面眾多的微刃首先參與切削，并逐漸發(fā)生磨損。在磨削力、熱作用下，磨鈍的微刃發(fā)生微破碎，使得磨粒內(nèi)部的微刃出露，并繼續(xù)參與磨削。脫落的磨粒微刃則因磨削液的高壓沖擊與快速流動(dòng)被迅速移出磨削弧區(qū)，不會(huì)影響磨削表面質(zhì)量。該現(xiàn)象顯著提高了磨粒的利用率與服役壽命，有利于從源頭增強(qiáng)多孔金剛石超硬磨料砂輪的鋒利度與耐磨性。

a）原始金剛石

b）多孔金剛石1（催化劑：Fe；溫度：950℃；保溫時(shí)間：2h）

c）多孔金剛石2（催化劑：Fe2O3；溫度：950℃；保溫時(shí)間：2h）
圖6　多孔金剛石磨粒[16]

a）常規(guī)金剛石磨粒磨削

b）多孔金剛石磨粒磨削
圖7　常規(guī)金剛石磨粒與多孔金剛石超硬磨粒磨削對(duì)比

       日本宇都宮大學(xué)ICHIDA博士所在團(tuán)隊(duì)則研發(fā)了一種由超細(xì)微晶CBN顆粒燒結(jié)而成的新型聚晶CBN磨粒，如圖8所示[17]。憑借其特殊的微觀結(jié)構(gòu)，該磨粒具有宏觀層面各向同性的力學(xué)性能。當(dāng)磨粒的切削刃磨鈍后，磨粒切削刃會(huì)在載荷的作用下發(fā)生沿晶斷裂，磨鈍的微晶顆粒自行脫落，使磨粒內(nèi)部新的微晶顆粒出露，并參與磨削，砂輪鋒利度得到有效保持，從而實(shí)現(xiàn)砂輪的自銳。南京航空航天大學(xué)趙彪等人[18]和上海工程技術(shù)大學(xué)孫濤等人[7，19]則相繼采用微晶CBN和微晶金剛石開發(fā)了具有相似自銳性質(zhì)的團(tuán)聚CBN磨料和團(tuán)聚金剛石磨料，取得了良好的磨削效果。

a）聚晶CBN磨粒

b）聚晶CBN磨粒斷裂面
圖8　聚晶CBN磨粒SEM圖[17]

       以上研究表明，通過(guò)制備具有特殊微結(jié)構(gòu)的磨粒，可以實(shí)現(xiàn)砂輪自銳。該方法也可有效避免砂輪快速磨損，以及對(duì)原有設(shè)備的大幅改裝，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件高質(zhì)高效磨削加工具有重要意義。

       3 砂輪自銳性能表征研究現(xiàn)狀

       建立砂輪自銳性能表征方法，對(duì)揭示砂輪自銳機(jī)理，實(shí)現(xiàn)砂輪自銳過(guò)程穩(wěn)定可控，以獲得砂輪鋒利度的長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定具有重要意義。因此，眾多學(xué)者重點(diǎn)探討了砂輪自銳性能的定性表征與定量表征方法。

       3.1 砂輪自銳性能定性表征

       砂輪自銳現(xiàn)象本質(zhì)上是砂輪磨損的一種類型，眾多學(xué)者首先從磨損的角度對(duì)砂輪自銳性能開展定性表征。早在20世紀(jì)70年代，STETIU和LAL[9]就嘗試對(duì)砂輪磨削后脫落的磨粒進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，討論砂輪硬度與磨粒磨損類型的關(guān)系。孫方宏等[20]則采用掃描電子顯微鏡（SEM）等設(shè)備統(tǒng)計(jì)小尺寸砂輪磨損后各種磨損類型所占比例，用于評(píng)價(jià)金剛石磨粒類型的耐磨性。WU等[21]采用光學(xué)顯微鏡對(duì)砂輪工作面的磨粒形貌進(jìn)行了離線跟蹤，通過(guò)跟蹤典型磨粒的磨損過(guò)程，表征砂輪自銳性能。上述幾種方法適用范圍廣，但存在工作量大、效率低等問題，同時(shí)，受限于SEM設(shè)備真空腔尺寸以及光學(xué)顯微鏡較低的分辨力，使磨粒磨損的局部區(qū)域磨損特征（如微裂紋等）仍難以觀察。為此，南京航空航天大學(xué)陳珍珍博士等[22]設(shè)計(jì)制備了對(duì)稱結(jié)構(gòu)的鑲塊式砂輪（見圖9），可以將磨削后的鑲塊單獨(dú)拆卸并采用SEM觀察，有效提升了分辨力。BUHL等[23]和戴晨偉等[24]的單顆磨粒磨削試驗(yàn)裝置與之相似（見圖10），都是將磨削工具設(shè)計(jì)為部件可單獨(dú)拆卸結(jié)構(gòu)，方便放置在SEM設(shè)備的真空腔或共聚焦顯微鏡設(shè)備中開展形貌跟蹤。然而，上述方法均無(wú)法實(shí)現(xiàn)砂輪自銳的在線、甚至在機(jī)檢測(cè)。為此，Zeng等[25]提出使用復(fù)形膠制作磨損砂輪工作面的掩膜，并使用SEM觀察掩膜塊上磨粒形貌演變過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)間接的在機(jī)檢測(cè)。

a）多孔CBN砂輪

b）光學(xué)顯微鏡圖

c）SEM圖圖

9　鑲塊式砂輪[22]

圖10　單顆磨粒磨削試驗(yàn)裝備[24]

       形貌跟蹤方法雖然實(shí)現(xiàn)了磨粒磨損過(guò)程的定性表征，但僅能辨認(rèn)出磨粒各階段的典型磨損特征，且受人員操作影響較大。戴晨偉等[24]使用共聚焦顯微鏡對(duì)金剛石磨粒切削刃的磨損過(guò)程進(jìn)行跟蹤，并借助共聚焦顯微鏡的三維成像功能成功提取了切削刃的輪廓，直觀展示了磨粒切削刃磨損的過(guò)程，如圖11所示。除此之外，還有文獻(xiàn)[26]提及了借助磨削力信號(hào)以及聲發(fā)射信號(hào)等間接表征砂輪磨損的過(guò)程。

a）磨粒磨損三維形貌

b）磨粒切削刃輪廓演變

圖11　磨粒三維形貌表征[24]

       在上述定性表征方法中，磨粒磨損形貌的檢測(cè)、自銳性能的評(píng)價(jià)易受檢測(cè)條件、人員素質(zhì)以及判別標(biāo)準(zhǔn)等影響，各種磨損形式的評(píng)估誤差比較大。磨削力信號(hào)以及聲發(fā)射信號(hào)雖然可以反應(yīng)砂輪整體磨損特征，但卻無(wú)法表征砂輪磨削中最基本的磨粒磨損行為[27]。因此，砂輪磨損定性表征仍存在局限性。

       3.2 砂輪自銳定量表征

       磨耗磨損是砂輪磨損的重要類型之一，對(duì)砂輪磨削性能影響顯著。呂玉山等[28]采用二值化處理方法提取了磨粒頂部磨耗平臺(tái)面積比例，并探明了磨耗磨損與磨粒排布之間的影響機(jī)制。GOMES[29]和WIEDERKEHR等[30]提出采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，研究工具切削的磨損行為，并實(shí)現(xiàn)砂輪表面磨粒的高精度分辨（見圖12）。MAHATA等[31]結(jié)合支持向量機(jī)，提出采用自適應(yīng)時(shí)域分析技術(shù)（Hilbert Huangtransform方法）用于提取時(shí)域-頻域中的工具磨損特征。

圖12　基于深度學(xué)習(xí)的磨粒磨損形貌識(shí)別[30]

       清華大學(xué)李學(xué)崑等[32]將不同磨損階段的砂輪形貌復(fù)形至石墨表面，通過(guò)測(cè)量磨痕深度，間接獲得了砂輪的徑向磨損，從而實(shí)現(xiàn)砂輪磨損時(shí)變特征的研究（見圖13）。然而，基于上述方法僅能得到砂輪宏觀層面的磨損信息。戴晨偉等[33]基于復(fù)形方法獲取了砂輪工作面三維形貌，并提出磨粒各階段的高度信息，從而為預(yù)測(cè)工件磨削表面形貌提供數(shù)據(jù)支撐。但是，該方法將磨粒簡(jiǎn)化為垂直的圓錐，未考慮到實(shí)際磨粒形狀、位姿差異對(duì)結(jié)果的影響。CUI等[34]則采用光學(xué)設(shè)備逐層采集、擬合砂輪工作面形貌，并提出磨粒等效直徑、橫截面面積等磨粒磨損參數(shù)。XIE等[35]則采用探針法開展相似的工作。

圖13　砂輪磨損時(shí)變特征研究示意[32]

       由于設(shè)備尺寸和軟件效率的限制，磨粒工作面上成千上萬(wàn)顆磨粒的高效表征仍然是困擾學(xué)者的難題。為此，數(shù)學(xué)分析方法已逐漸引入砂輪自銳研究。以分形幾何學(xué)為例，該方法是Mandelbrot教授于1975年提出并建立的數(shù)學(xué)分支，用于研究不規(guī)則離散型面以及多尺度下結(jié)構(gòu)幾何學(xué)中整體與局部特征的關(guān)系[36]。其核心思想即為物理的自相似性，也就是物體形貌在經(jīng)歷多次放大后，仍然能保持與原形貌較好的相似性特征。這種整體與局部通過(guò)某種方式的相似的特征稱為分形。具有分形特征的物體均可使用分形理論表征其形貌的內(nèi)在聯(lián)系，如圖14所示。

a）原始結(jié)構(gòu)         b）初次迭代         c）多次迭代

圖14　具有分形特征的結(jié)構(gòu)構(gòu)建過(guò)程[36]

       FUJIMOTO等[37]基于分形理論，將光學(xué)顯微鏡采集的磨粒三維形貌信息數(shù)值化，并建立磨粒切削刃區(qū)域形貌分形維數(shù)的計(jì)算模型，結(jié)果表明，可以使用磨粒形貌分形維數(shù)數(shù)值表征磨粒磨損形態(tài)。當(dāng)磨粒表面磨耗平臺(tái)較多時(shí)，磨粒的分形維數(shù)數(shù)值較低；而當(dāng)磨粒磨損以微破碎為主時(shí)，磨粒的分形維數(shù)數(shù)值較高（見圖15）。因此，分形維數(shù)可以用于定量評(píng)價(jià)磨粒的形貌變化過(guò)程，從而反映砂輪的磨損行為。基于上述理論，WANG等[38]將分形維數(shù)應(yīng)用于金剛石砂輪磨損過(guò)程研究，驗(yàn)證了分形維數(shù)用于表征砂輪自銳過(guò)程的可行性。李灝楠等[39]在開展團(tuán)聚剛玉磨粒砂帶磨削鈦合金研究時(shí)，成功將分形理論應(yīng)用于砂輪自銳性能、材料去除率以及磨削參數(shù)之間的關(guān)系分析，并取得了良好的效果。上述學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試、數(shù)學(xué)分析、理論建模等多方面建立了可用于表征磨粒自銳過(guò)程的方法，進(jìn)一步揭示了磨粒自銳機(jī)理，從而實(shí)現(xiàn)磨粒自銳過(guò)程有效控制，最終實(shí)現(xiàn)“依材制刀，依材設(shè)刀”的高質(zhì)高效加工。

a）網(wǎng)格尺寸r1

b）網(wǎng)格尺寸r2

c）網(wǎng)格尺寸r3

圖15　三維分形分析示意[39]

       4 砂輪自銳機(jī)理研究現(xiàn)狀
       砂輪自銳表征方法可以為砂輪自銳過(guò)程研究提供工具支持，但是，只有闡明砂輪自銳機(jī)理，才能為實(shí)現(xiàn)砂輪自銳過(guò)程可控、提高磨削性能提供理論支撐。

       FUJIMOTO等[37]探討了陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪磨損形貌與材料去除量的關(guān)系，并指出砂輪磨損存在初期磨損與穩(wěn)定磨損兩個(gè)階段，而磨粒脫落與微破碎是該類砂輪自銳的主要表現(xiàn)形式。SHI和MALKIN等[40]將磨耗平臺(tái)面積比例作為電鍍CBN砂輪磨損的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并發(fā)現(xiàn)砂輪實(shí)際磨耗平臺(tái)面積比例遠(yuǎn)低于理論值。其主要原因在于，過(guò)大的磨耗平臺(tái)面積比例引起了較高的磨削載荷，導(dǎo)致磨鈍的磨粒發(fā)生破碎而形成新的切削刃，從而降低了理論磨耗平臺(tái)面積的比例。由此表明，砂輪自銳性能已經(jīng)是建立磨削模型時(shí)不可忽視的因素。此外，這兩位學(xué)者也以磨粒徑向磨損量為判定標(biāo)準(zhǔn)，提出了砂輪失效的判定準(zhǔn)則。
       于天宇等[41]發(fā)現(xiàn)電鍍CBN砂輪磨削時(shí)存在疲勞失效與磨損失效兩種失效形式，基于Paris模型和Preston-type模型對(duì)上述兩種失效形式分別建模，成功預(yù)測(cè)了高速磨削以及高效深切磨削工藝中砂輪的使用壽命。該模型綜合考慮了磨削力與磨削溫度等因素，并指出高效深切磨削中，磨削溫度引起的應(yīng)力損傷是造成磨粒損傷的主要原因，同時(shí)，工件進(jìn)給速度對(duì)砂輪磨損速率的影響也高于砂輪線速度。李學(xué)崑等[42]通過(guò)研究認(rèn)為，原子間結(jié)合鍵的斷裂是引起磨粒磨損的主要原因，主要受導(dǎo)入磨粒能量高低的影響。當(dāng)砂輪線速度超過(guò)閾值時(shí)，大量導(dǎo)入磨粒的能量激發(fā)了磨粒表面的結(jié)合鍵，從而使表層原子逐層脫落，形成以磨耗磨損為主的磨損形貌；當(dāng)砂輪線速度低于閾值時(shí)，產(chǎn)生的能量不足以激發(fā)結(jié)合鍵，因此，磨粒內(nèi)部?jī)?yōu)先產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展，從而形成以微破碎/大塊破碎為主的磨粒形貌，如圖16所示。

a）CBN磨粒磨耗磨損

b）CNB磨粒破碎

圖16　基于磨削能量理論的磨粒磨損機(jī)理示意[42]

       GRAHAM等[43]則基于Griffiths脆性斷裂準(zhǔn)則建立了剛玉磨料磨損模型，并指出磨粒切削刃存在兩處易磨損區(qū)域，分別是前刀面上距離磨粒頂部2～3倍切削接觸長(zhǎng)度區(qū)域，以及磨粒切削刃區(qū)域。宿崇[44]基于光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)建立了CBN磨損模型，并指出磨粒破碎的主要原因是磨粒內(nèi)部的應(yīng)力超出了磨粒的強(qiáng)度極限，同時(shí)磨粒頂部易出現(xiàn)磨耗磨損，而微破碎則易出現(xiàn)在磨粒棱邊處。在此基礎(chǔ)上，余中華等[45]基于強(qiáng)度極限理論建立了磨粒切削過(guò)程磨損模型，研究表明，磨粒斷裂的主要原因是磨粒內(nèi)部承受的最大主應(yīng)力，該模型也間接預(yù)測(cè)了磨粒的磨損演變。王子琨等[46]依據(jù)赫茲接觸理論，綜合考慮固結(jié)聚集體金剛石墊的結(jié)構(gòu)特征，建立了固結(jié)聚集體金剛石墊與工件微觀接觸的模型，并結(jié)合強(qiáng)度模型，建立了聚集體金剛石微破碎條件。

       磨粒自身的微觀結(jié)構(gòu)是決定磨粒自銳特性的內(nèi)在原因，磨削復(fù)合的作用是導(dǎo)致磨粒自銳的外在因素，通過(guò)構(gòu)建磨粒微觀結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)而闡明磨粒自銳過(guò)程是一條有效途徑。具有典型自銳性的磨粒普遍具有微晶結(jié)構(gòu)（例如SG磨粒、聚晶CBN磨粒），以及類微晶結(jié)構(gòu)（例如多孔金剛石磨粒）。ZHOU等[47]建立了磨粒內(nèi)部應(yīng)力分布的仿真模型，并研究了砂輪參數(shù)（磨粒出露高度、磨粒磨損體積和結(jié)合劑磨損量）對(duì)磨粒內(nèi)部殘余應(yīng)力分布的影響，進(jìn)而提出了可有效抑制磨粒磨損的策略。饒志文等[48]基于Voronoi模型構(gòu)建了PCBN磨粒的微觀結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)了聚晶CBN磨粒裂紋擴(kuò)展的預(yù)測(cè)，并探明了材料性能與裂紋形成間的關(guān)系。

       5 基于砂輪自銳特性的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高質(zhì)高效磨削應(yīng)用現(xiàn)狀

       大連理工大學(xué)康仁科等學(xué)者[49]將SG砂輪應(yīng)用于鈦合金磨削加工中，結(jié)果表明使用微晶剛玉砂輪磨削時(shí)，砂輪堵塞程度顯著好轉(zhuǎn)，同時(shí)工件表面完整性得到了明顯改善，熱影響層厚度降低40%，提高了砂輪壽命和加工效率。

       湖南大學(xué)萬(wàn)隆等[50]將多孔金剛石磨粒應(yīng)用于難加工材料磨削后，發(fā)現(xiàn)磨削比降低了15.5%，表面粗糙度值降低了27.5%，砂輪具有極大的優(yōu)勢(shì)。南京航空航天大學(xué)趙彪等[51]將團(tuán)聚CBN磨粒應(yīng)用于鈦合金TC4的緩磨中，發(fā)現(xiàn)砂輪的磨削力降低了7.2%～30.4%，同時(shí)可以獲得更好的表面質(zhì)量。

       南京航空航天大學(xué)丁文鋒等[52]研制了具有磨粒自銳功能的釬焊聚晶CBN超硬磨料砂輪，結(jié)合單顆磨粒磨削負(fù)荷與應(yīng)力，提出通過(guò)調(diào)控單顆磨粒切厚進(jìn)而主動(dòng)控制砂輪自銳行為的工藝策略，并將其應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片櫞板外型面磨削，結(jié)果表明加工精度滿足要求，工件表面紋理清晰，無(wú)褶皺、撕裂和振紋等現(xiàn)象，工件表面粗糙度值Ra為0.7μm，同時(shí)，加工效率提升了12.5%，實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片的高質(zhì)高效加工。
       6 結(jié)束語(yǔ)

       隨著對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比、可靠性等要求的不斷提高，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的磨削加工技術(shù)和加工效率要求也不斷上升。如何實(shí)現(xiàn)砂輪長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定的高鋒利度已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)高質(zhì)高效加工的關(guān)鍵。盡管眾多學(xué)者在新型磨粒開發(fā)、砂輪磨損表征以及砂輪自銳機(jī)理等方面開展了卓有成效的研究，但依然無(wú)法完全滿足高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心零部件的加工需求。為此，有必要進(jìn)一步挖掘磨粒改性與砂輪制備技術(shù)、砂輪磨損表征技術(shù)，并深入探索砂輪自銳機(jī)理，為先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心零部件高質(zhì)高效磨削加工提供理論支撐。