答辩博士：王子琨
指导老师：朱永伟教授
论文题目：固结磨料垫研磨中聚集体金刚石的微破碎及其作用
答辩委员会：
主席：
王耀华教授天津大学
委员：
袁军堂教授南京理工大学
左敦稳教授南京航空航天大学
卢文壮教授南京航空航天大学
徐 锋教授南京航空航天大学
孙玉利教授南京航空航天大学
朱永伟教授南京航空航天大学
秘书：
李 军教授南京航空航天大学
答辩时间：
2021年06月10日14：00
答辩地点：
南航明故宫校区17#401
学位论文简介：
固结磨料垫相较传统游离磨料研磨抛光具有低损伤、磨料利用率高等优势，且对环境更加友好。然而，固结磨料垫研磨过程中不可避免存在磨粒的钝化或脱落，从而导致加工性能下降。为改善固结磨料垫中磨料存在的易钝化、易脱落问题，本文采用单晶金刚石与陶瓷结合剂通过常压烧结方法制备聚集体金刚石磨粒，并将其应用于固结磨料垫；研究了聚集体金刚石制备参数与强度间的关系；建立了聚集体金刚石的强度与微破碎模型；探索了聚集体金刚石的持续微切削性能；阐明了聚集体金刚石的微破碎对固结磨料垫自修整特性的影响。使用聚集体金刚石作为磨料制备固结磨料垫能够进一步改善固结磨料自修整能力，提高硬脆材料研磨加工效率。本文的研究能够为聚集体金刚石的制备与应用提供理论指导。
论文完成的主要工作和取得的成果如下：
（1）研究了聚集体金刚石强度与制备参数的关系
依据聚集体金刚石的结构特征，提出了双颗粒单元与微结构单元模型；结合统一强度理论，建立了聚集体磨粒的理论强度模型。通过单轴压缩实验与巴西劈裂试验对强度模型进行了修正，探索了制备参数对聚集体金刚石强度的影响规律。结果表明，聚集体金刚石的强度随着结合剂浓度的增加而增加，一次粒径的增加而减小。
（2）建立了聚集体金刚石的微破碎模型
依据赫兹接触理论，结合固结聚集体金刚石垫的结构特征，建立了固结聚集体金刚石垫与工件微观接触模型；结合强度模型，建立了聚集体金刚石微破碎条件；探索了制备参数对加工性能的影响。结果表明，聚集体金刚石相较于单晶金刚石磨粒，具有出露高度与有效磨粒数量的优势。
（3）探索了单颗聚集体金刚石磨粒的微切削性能演变规律
通过销盘试验研究了不同强度的单颗聚集体金刚石在不同载荷下的微切削性能演变规律，利用工件的材料去除体积与采集的切削力评估磨粒的持续微切削性能，探索了聚集体金刚石微破碎对研磨垫自修整的影响。结果表明，微破碎是影响聚集体金刚石持续微切削性能的关键。
（4）探索了基于声发射信号的固结聚集体金刚石垫材料去除模式检测方法
搭建了基于固结磨料研磨加工平台的声发射信号传感系统，分析了固结磨料垫加工信号的时变特性，探索了适用于固结磨料研磨加工的时频分析方法。结果表明，声发射信号能量能够反映材料去除率的变化；通过同步压缩小波变换的边际谱能够较好地分辨固结磨料研磨加工声发射信号中微切削、塑性耕犁、磨屑运动以及微破碎的特征频率。
（5）探索了固结聚集体金刚石垫的加工特性
对比了固结单晶金刚石与聚集体金刚石研磨垫的材料去除率、磨屑、研磨垫表面形貌时变特性的差异，并分析了上述差异产生的根源。结果表明，相较单晶金刚石，聚集体金刚石垫以微破碎形式实现刃口更新，不存在整颗磨粒脱落的现象；且与工件接触刃口数量多，材料去除率高，磨屑尺寸与形貌稳定，促进了研磨垫自修整的实现。
主要创新点：
（1）针对固结磨料垫中磨粒易钝化、易脱落问题，提出了一种适用于固结磨料垫的新型磨料：聚集体金刚石。聚集体金刚石具有微破碎的特性，在其切削刃口钝化时发生微破碎，从而产生新的锋利刃口，能够有效改善固结磨料垫的自修整能力。
（2）依据聚集体金刚石结构特性，提出了基于统一强度理论与微结构单元的聚集体金刚石强度模型；结合赫兹接触理论，建立了聚集体金刚石在固结磨料垫中的微破碎条件，为高性能聚集体金刚石的设计与制备提供理论基础。
（3）搭建了研磨加工声发射传感平台，依据研磨加工声发射信号特点，提出了基于同步压缩小波变换边际谱的研磨加工声发射信号处理方法，实现了固结磨料垫研磨加工时材料去除模式的清晰判断。
（4）揭示了固结聚集体金刚石垫自修整准规律，发现与分析了磨粒的出露高度变化与研磨垫基体磨损的准稳态现象，实现聚集体金刚石在加工过程中始终锋利的加工特点，显著提升了固结磨料垫加工效率与稳定性。
