整体式硬质合金刀具由于其加工材料范围广、切削性能优异和使用寿命长等优点而广泛应用于金属切削加工中。刀具的切削性能和稳定性主要取决于刃磨质量,因而整体式硬质合金刀具的刃磨在其制造过程中占有非常重要的地位。具有螺旋槽结构的整体式硬质合金刀具,其加工都要采用缓进给磨削加工技术。缓进给磨削的切深大、进给速度低,使磨削力、磨削热和加工表面质量等特征与普通磨削不同;同时,整体式硬质合金刀具螺旋槽属于复杂空间曲面,其加工难度大,质量不易保证,因此有必要对整体式硬质合金刀具螺旋槽缓进给磨削机理进行深入研究。本文以麻花钻和立铣刀螺旋槽磨削为研究对象,分析螺旋槽磨削层几何参数,研究磨削过程中的磨削力、磨削温度以及螺旋槽表面质量与工艺参数的关系,为磨削表面质量控制和磨削工艺参数优化提供理论依据。所做的工作主要包括:(1)对螺旋槽缓进给磨削层几何参数进行了研究。基于整体式硬质合金刀具螺旋槽磨削原理,由砂轮与工件的空间位置,建立了螺旋槽缓进给磨削层几何参数理论分析模型。以成形砂轮磨削麻花钻、平形砂轮磨削麻花钻和平形砂轮磨削四刃立铣刀这三种螺旋槽结构为例,计算了磨削螺旋槽的磨削接触区边界。由接触区边界线建立了刀具的三维模型,并与实际工件形状进行了对比。在磨削接触区,分析了螺旋槽磨削层几何参数中的砂轮-工件几何静态接触弧长、砂轮与工件的有效直径和有效速度、未变形切屑厚度和材料去除率的分布规律,揭示了磨粒的切削路径特征,为螺旋槽的磨削机理研究提供理论依据。(2)对成形砂轮磨削麻花钻螺旋槽的缓进给磨削力进行了研究。基于砂轮离散化方法,将砂轮看作是由一组不同直径的单位厚度圆盘组成,对单个圆盘磨削力进行了分析,获得了螺旋槽磨削过程中轴向磨削力与切向磨削力的关系。基于工件轴向磨削力和力矩建立了一个表征砂轮锐利程度的磨削力比数学模型。开发了一套可直接测量螺旋槽缓进给磨削过程中轴向磨削力和轴向力矩的测力系统,揭示了磨削力随时间变化的规律。用正交试验法分析了砂轮速度、工件轴向进给速度和砂轮粒度对磨削力和磨削力比的影响,并验证了磨削力比模型的正确性。通过对磨削力比的分析,优化了磨削工艺中的砂轮粒度参数。(3)对整体式硬质合金刀具螺旋槽缓进给磨削温度进行了研究。基于圆弧热源模型,对比分析了缓进给磨削和高效深磨无量纲磨削温度的分布;分析了佩克莱数、磨削楔角和磨削接触区偏角对无量纲磨削温度的影响。通过求解作螺旋运动点热源的温升值,分析了螺旋运动中圆周速度、旋转半径对磨削温度的影响。基于磨削烧伤时,工件温度、磨削液温度和磨粒温度相同的假设,计算了临界烧伤热流密度在麻花钻螺旋槽磨削接触区的分布情况。分析了增加磨削区对流换热系数的方法。在五轴联动工具磨床上,实验对比分析了普通砂轮和开槽砂轮对磨削温度的影响。该项研究为降低螺旋槽缓进给磨削温度提供了科学依据和实践方法。(4)对螺旋槽磨削温度场进行了有限元仿真研究。建立了具有单槽和双槽的麻花钻螺旋槽有限元模型,用于分析螺旋槽结构对磨削温度场的影响;使用平面缓进给磨削试验方法,建立了单位面积切向磨削力与无量纲未变形切屑厚度的关系,进而求得螺旋槽磨削区热流密度与无量纲未变形切屑厚度的关系;运用流体外掠圆管流动换热理论,计算工件表面对流换热系数大小;将热流密度载荷离散化,使用非均布加载的方法施加到磨削接触区。运用所建立的模型预测磨削烧伤发生的位置,为螺旋槽的磨削烧伤检测提供理论依据。(5)对麻花钻螺旋槽磨削表面质量进行了实验研究。通过白光干涉仪对麻花钻螺旋槽表面形貌进行检测,获得了不同于普通缓进给磨削表面形貌的特征,揭示了表面形貌的形成机理;通过正交试验法分析了磨削工艺参数对磨削表面粗糙度和磨削表层微观结构的影响。以磨削表面粗糙度为响应值,对磨削工艺参数进行了优化。(6)对立铣刀螺旋槽磨削表面粗糙度模型进行了研究。考虑硬质合金工件材料塑性隆起和砂轮速度与工件速度之间夹角对表面粗糙度的影响,建立了立铣刀螺旋槽磨削表面粗糙度计算模型,分析了砂轮直径、砂轮速度和工件进给速度对磨削表面粗糙度的影响。在五轴联动数控工具磨床上使用金刚石平形砂轮进行立铣刀螺旋槽磨削试验;使用超景深显微镜对螺旋槽磨削表面形貌进行分析、白光干涉仪测量螺旋槽磨削表面粗糙度大小,验证了理论模型的正确性。(7)对杯形砂轮磨削硬质合金表面质量进行了研究。通过杯形砂轮磨削实验研究了砂轮速度和工件进给速度对工件表面残余应力的影响;分析了砂轮速度对工件表面形貌的影响。使用化学腐蚀剥层法,获得了残余应力沿厚度方向的梯度分布;研究了不同腐蚀时间条件下的工件表面形貌,为工艺参数优化提供参考依据。