随着高速和重载铁路的发展、列车开行密度的增大,钢轨打磨作业周期和窗口时间明显缩短。为此,全新的被动式高速打磨（High speed grinding,HSG）技术被引入铁路预防性打磨。砂轮是钢轨高速打磨作业用量最大的消耗品,其性能显著影响了打磨效率、作业时间和打磨成本。但由于从国外引进钢轨高速打磨技术壁垒的限制,国内尚没有成熟的配套产品和技术。因此,研究HSG砂轮的制备技术并对其进行优化具有重要意义。本文以HSG砂轮为研究对象,分析了钢轨HSG的被动磨削方式和磨削原理,并设计了模拟HSG砂轮与钢轨间相对运动的被动磨削试验机,为HSG砂轮的被动磨削测试提供了方法与设备支持;采用Differential Thermal Analysis（DTA）、Fourier Transform Infrared（FTIR）、Scanning Electron Microscope（SEM）、Energy Dispersive Spectroscopy（EDS）、X-ray Diffraction（XRD）等方法,研究了改性树脂结合剂、砂轮结构、磨料和磨削参数对HSG砂轮机械性能、磨削性能、磨削效果和使用寿命的影响。并在此基础上,将制备的HSG砂轮进行了上线装车实测。首先,采用两步合成法制备了甲基三甲氧基硅烷（MTMS）和环氧树脂（EP-20）改性酚醛树脂（PF）结合剂,研究了MTMS和EP-20对结合剂耐热性和机械性能的影响。结果显示,在40%MTMS改性PF的基础上再添加10%EP-20的环氧改性有机硅酚醛树脂（ESPF）,其热稳定性、抗弯强度和抗冲击强度相比于普通PF分别提高了约43%、27.5%和13.9%,这是由于Si-C键、Si-O键和环氧基被引入了酚醛树脂的大分子链结构所导致的。以改性酚醛树脂结合剂为基础,利用ESPF制备了HSG砂轮,研究了成型密度和ESPF结合剂量对HSG砂轮气孔率、机械性能、磨削效率、使用寿命和磨削质量的影响。砂轮气孔率随成型密度和结合剂用量的增加而减少,会提升砂轮的硬度、弯曲强度、冲击强度和磨削寿命,但会降低砂轮的磨削效率。综合砂轮的机械性能、磨削性能和磨削效果等研究结果,当砂轮密度为3.0 g/cm~3、结合剂量为13%,控制气孔率为10%左右时,HSG砂轮能够获得良好的综合性能。通过被动磨削试验机研究了钢轨高速打磨工艺中磨削压力和磨削时间对HSG砂轮磨削性能的影响。研究发现磨削压力增大会提高HSG砂轮对钢轨的磨削效率,但会降低其使用寿命与钢轨打磨质量。当磨削压力在2000 N～2400 N范围内时,HSG砂轮表现出较为均衡的磨削性能。在总磨削时间一定的条件下,多遍数的被动打磨作业可以有效减缓磨削热累积、优化HSG砂轮的钢轨打磨质量并延长HSG砂轮的使用寿命。在上述研究的基础上为进一步提升HSG砂轮的性能表现,提出了一种通过预制金属基复合磨料的方式,协调超硬磨料和锆刚玉磨料差异用以制备HSG砂轮的新思想。设计并制备了一种表面多孔但内部致密的金属基立方氮化硼（CBN）复合磨料,且制备了HSG锆刚玉/CBN复合磨料砂轮。与锆刚玉砂轮相比,复合磨料砂轮的磨削效率和磨削比提高了约100%,并且显著改善了砂轮对钢轨的磨削质量。复合磨料砂轮的提出为高性能HSG砂轮的研制提供了新方向。基于实验室研究,对HSG锆刚玉磨料砂轮和HSG锆刚玉/CBN复合磨料砂轮进行了上线装车测试。结果表明复合磨料砂轮的平均打磨里程比锆刚玉磨料砂轮延长了60%以上,且打磨后钢轨的表面质量更佳。CBN复合磨料和复合磨料砂轮为突破普通磨料砂轮性能极限、提升钢轨高速打磨效率和打磨质量提供了发展方向。