工具技术作为支撑高端精密装备发展的基础,很大程度上决定了装备发展水平。随着制造业发展对机械零部件加工精度等要求的日益提高,磨削在零件高效精密加工中的地位越来越突出,对磨削工具及其制备技术也提出了更高的要求,高强度低磨损的新型砂轮制备技术因此成为实现高效磨削的关键切入点之一。黏结、电镀和普通热源钎焊等方法作为cBN砂轮的常规制备技术,存在诸如磨粒与基体结合强度低、基体热变形大等缺陷,严重阻碍了砂轮的加工效率和使用寿命,甚至存在一定的安全性问题。围绕cBN砂轮制备及加工过程中存在的上述问题,结合制造业快速、高效、绿色等发展要求,本文利用激光钎焊工艺操作简便、效率高、污染低等优势,采用活性Zr改性AgCuTi钎料进行钎焊cBN砂轮制备及其加工性能的研究工作,完成的主要工作如下:1)钎料组分改性的研究。将活性成分Zr添加到钎焊连接cBN的钎料中,以Ag-Cu-Ti-Zr多元组分的热力学相容性理论为依据,采用机械合金化方法制备了AgCu28-4.5Ti和AgCu28-4.5Ti-4Zr两种活性钎料。研究表明,活性成分Zr有利于细化钎料、减少Cu-Ti硬脆性化合物生成、缩小钎料熔化区间、促进钎焊层与基体过渡区元素的梯度分布。制备的AgCu28-4.5Ti-4Zr钎料对cBN磨粒和基体的润湿性良好、连接强度高。2)激光钎焊工艺参数优化研究。通过单因素试验对激光钎焊电流、脉宽、频率、扫描速度和离焦量等工艺参数进行分析,确定了激光功率、扫描速度是影响钎焊质量的主要因素。有限元模拟结果表明,激光功率增大到一定值后,焊接温度增量会逐步增大;激光扫描速度较低时,扫描速度的增加对焊接温度的影响较大。不同激光功率与扫描速度下单节点热循环曲线表明,激光作用下的焊接初始节点温度与终止节点温度存在明显差异,通过调整合适的激光参数可获得相对稳定的温度场。基于单因素实验和有限元模拟结果,设计正交试验对激光参数进一步分析,获得了优化的激光钎焊工艺参数。3)钎料润湿性能的研究。建立了表征钎料润湿性的理论模型,推导了钎料润湿角与其铺展半径、润湿高度之间的关系。进行了AgCu28-4.5Ti和AgCu28-4.5Ti-4Zr活性钎料激光钎焊润湿角测量试验,同时通过测量钎焊层宽度和高度,根据钎料润湿性理论模型求解了钎料的润湿角。根据理论模型计算结果与测量结果对比的一致性,证明了建立的钎料润湿性理论模型的适用性。该模型可实现激光钎焊过程中钎料润湿性能的定量评价。4)AgCu28-4.5Ti-4Zr活性钎料钎焊cBN连接机理的研究。对钎焊cBN结合界面分析表明,在钎焊层中磨粒与钎料界面生成了Zr B2、Ti B、Ti B2、Ti N等化合物,形成内层结构,新生金属间化合物Ag Zr2、Cu10Zr7等形成外层结构。结果表明,采用合理工艺方法,利用激光作为热源,可实现cBN砂轮的制作。cBN磨粒在摩擦磨损过程中主要表现为脆性压溃或微裂纹扩展开裂,钎焊层对磨粒具有良好的把持性能。5)激光钎焊cBN砂轮性能的研究。利用自制机械合金化钎料并采用优化的激光工艺参数研制了新型钎焊cBN砂轮,从磨粒分布浓度、磨粒横向均匀性及纵向等高性等方面对cBN试样地貌进行了量化评价,验证了技术可行性。磨削试验后对磨粒磨损状态分析结果表明,磨粒经历了完整棱角、磨耗磨损及轻微磨损等阶段,cBN与45钢基体间实现了可靠连接。