磨削加工是精密加工和超精密加工常用的方法之一,但砂轮磨粒形状各异,随机分布,磨削力和磨削温度相互耦合,加之磨削液的淬火作用,使得磨削过程十分复杂。磨削力和磨削温度是反映磨削加工过程的两个重要指标,对磨削质量、工艺系统变形和砂轮磨损等都有直接影响。建立磨削力和磨削温度的数学模型或仿真模型对预测磨削质量和控制磨削过程具有重要意义。镍基单晶合金消除了晶界,有良好的高温性能,在航空航天领域有着广阔的应用前景,但在加工过程中存在着切削力大、切削温度高等问题。本文以DD402型镍基单晶合金为例,通过实验分析、理论推导和数值仿真等手段,对镍基单晶合金磨削过程中的磨削力和磨削温度与工艺参数及磨削方式的关系进行了深入全面的研究,所做的工作主要包括以下几个方面。(1)建立磨削力和磨削温度测量系统。分别建立磨削力和磨削温度的测量与采集系统,实现两者的同步测量。(2)磨削力及磨削温度与磨削因素关系研究。分析研究工件速度、磨削深度及磨削方式对磨削力和磨削温度的影响,通过实验数据分别建立磨削力和磨削温度与各因素的关系曲线,分析其内部机理。(3)磨削力的理论研究。将整个磨削区域划分为摩擦、耕犁和成屑三个过程,分别建立对应磨削力的模型,得到总的磨削力数学模型,实现对磨削力的预测和控制。将磨削力的计算值与实验数据对比,分析模型的可靠性并给出误差来源。(4)磨削温度的理论研究。基于经典传热学理论,以最基本的瞬时点热源为基础,通过积分得到了带状移动热源和无限大面热源下的工件的温度场分布。(5)建立一种新的平面磨削温度场三维数值仿真方法。在虚拟环境中再现真实磨削过程,考虑工件材料的热力学性能及砂轮工件热量分配比例与温度的非线性关系,施加热源的同时实现了工件材料的“去除”,通过三维有限元仿真获得了工件的温度场及温度的变化历程。将仿真温度与实验数据对比,分析研究仿真精度及误差来源,实现对磨削温度场的可靠性预测。