隨著現代制造業對零部件加工精度、表面質量及加工效率要求的持續攀升，金剛石電鍍砂輪作為精密磨削的關鍵工具，其性能提升備受矚目。砂輪微觀結構直接關聯磨粒切削行為、切屑排出及冷卻潤滑效果，進而決定磨削加工成效。深入探究微觀結構優化路徑，對拓展金剛石電鍍砂輪應用范疇、推動高端制造發展意義深遠。
（一）金剛石磨粒分布
磨粒分布均勻度嚴重影響砂輪切削一致性。理想狀態下，磨粒應在鍍層表面呈均勻三維離散分布，避免團聚或稀疏區域。采用圖像分析技術量化，均勻系數接近 1 時切削力波動小，利于穩定加工。例如在硬質合金刀具刃磨中，均勻分布磨粒確保刃口精度維持 ±0.005mm 內。
（二）鍍層微觀結構
鍍層作為磨粒載體，其晶體結構、厚度及內應力至關重要。致密柱狀晶結構提升結合力，適宜厚度（一般 20 - 50μm）平衡磨粒把持與容屑空間。高內應力易致鍍層開裂、磨粒脫落，通過優化電鍍工藝參數（如電流密度、鍍液溫度、pH 值）調控，像電流密度 2 - 3 A/dm2 時鍍層質量優。
（三）砂輪孔隙率
孔隙是容屑、散熱通道，合理孔隙率（常見 15% - 30%）依加工材料與工況定。金屬加工需低孔隙保精度，石材加工要高孔隙防堵塞。采用添加造孔劑或調整電鍍參數控制，實驗顯示 25% 孔隙率砂輪磨削花崗巖，材料去除率較 15% 孔隙率者高 20%。
（一）實驗樣本制備
設計多組砂輪試樣，改變金剛石粒度（從 80/100 至 325/400）、磨粒濃度（25% - 100%）及鍍層厚度，以不同電鍍工藝參數成型。如制備低電流長時間鍍覆砂輪探索精細鍍層結構，用特殊攪拌裝置輔助鍍液流動得均勻磨粒分布樣本。
（二）磨削實驗設置
選典型加工材料（45 鋼、不銹鋼、碳化硅陶瓷等），在高精度磨床上開展平面磨削實驗。以 Kistler 測力儀測磨削力，紅外測溫儀量磨削溫度，輪廓儀檢工件表面粗糙度，稱重法算材料去除率，多參數綜合評估性能。
（一）磨粒分布優化效果
均勻磨粒分布組較隨機分布組，磨削力波動幅值降 30% - 40%，工件表面紋理更規整，粗糙度均值從 Ra0.8μm 減至 Ra0.4μm，因切削力均衡延緩砂輪磨損、穩定加工。
（二）鍍層結構影響
致密鍍層砂輪磨粒脫落率低 50% 以上，磨削高溫（超 500℃）下仍穩固，對比疏松鍍層，能在高速磨削（60m/s）維持尺寸精度，像加工航空葉片時保障型面精度。
（三）孔隙率作用
適配孔隙率砂輪依加工材而異，加工韌性金屬，低孔隙率（15%）高材料去除率，達 10mm3/s；加工硬脆陶瓷，25% 孔隙率利于碎粒排出，表面裂紋減少 40%，提升工件完整性。
整合優化方案，構建高性能砂輪模型。先依加工需求定磨粒粒度（如超精磨選細粒 325/400）、濃度（約 75% 保切削刃密度）；再以復合電鍍添微量元素（Ni-Co-Ti 合金）強化鍍層，結合超聲攪拌鍍液均勻分布磨粒；最后控溫、壓等參數得理想孔隙率。實例驗證，優化砂輪加工模具鋼，壽命延長 80%，表面粗糙度達 Ra0.2μm 超精標準。
本研究系統解析金剛石電鍍砂輪微觀結構與磨削性能關聯，確立優化準則。未來應深化跨尺度微觀結構研究，融合微觀模擬與宏觀實驗；拓展功能鍍層研發，如自潤滑、智能傳感鍍層；借助智能制造技術，實現微觀結構精準、批量定制生產，助力制造業邁向更高精度、效率層級。
