【摘 要】
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磨削加工作为零件精密加工的终加工工序,通常用来保证零件的几何精度和表面完整性要求。传统的磨削加工过程由于冷却液的作用会浪费大量的热量并且产生污染。磨削淬硬工艺是利用磨削热量对工件进行热处理的加工方法,集加工与热处理于一体,既缩短了零件的加工周期,也减少了资源浪费,是一种绿色度较高的工艺方法。为了分析磨削淬硬工艺参数对工件性能的影响规律,本文以数值解析与试验相结合的方法针对磨削淬硬工艺过程展开研究。
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目（51375083）预应力淬硬磨削复合加工新工艺机理及全参数表面完整性研究； 国家自然科学基金资助项目（51775101）关联系统颤振效应的预应力淬硬磨削变质层参数特性及机理研究；
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磨削加工作为零件精密加工的终加工工序,通常用来保证零件的几何精度和表面完整性要求。传统的磨削加工过程由于冷却液的作用会浪费大量的热量并且产生污染。磨削淬硬工艺是利用磨削热量对工件进行热处理的加工方法,集加工与热处理于一体,既缩短了零件的加工周期,也减少了资源浪费,是一种绿色度较高的工艺方法。为了分析磨削淬硬工艺参数对工件性能的影响规律,本文以数值解析与试验相结合的方法针对磨削淬硬工艺过程展开研究。主要研究工作如下:（1）分析磨削加工的特点,建立磨削系统的磨削力解析数学模型。通过建立磨粒的切削模型,结合磨削加工的三个过程和未变形切屑厚度的分布、动态磨粒数等求解平均磨削力;进行磨削淬硬加工试验,获得不同工艺参数下的磨削力并与仿真结果对比;观察磨削淬硬工件的金相组织。（2）根据传热学原理和对流换热理论,采用导热偏微分方程建立砂轮与工件之间的二维和三维有限差分传热方程;求解工件加工过程中不同时刻的二维和三维温度场分布,分析工件温度的变化规律。（3）根据Hertz接触理论、Timoshenko热弹性理论和相变理论建立加工过程中热应力、机械应力和相变应力的解析数学模型;利用Von-Mises屈服理论和广义胡克定律求解磨削加工过程中的弹塑性应力应变增量;加工完成后,根据平面应力边界条件进行应力应变释放过程,获得工件内部的残余应力分布。（4）基于建立的残余应力预测模型,计算工件内部的残余应力分布;分析磨削淬硬工艺加工参数对残余应力分布规律的影响。研究结果表明,基于解析法建立的力、温度场和残余应力模型,能够很好的揭示磨削淬硬加工过程的特点;磨削淬硬工艺能够使工件的微观组织发生转变,产生针状马氏体组织,可以很好的拟制残余拉应力,获得残余压应力;为了改善工件的残余应力分布规律,磨削淬硬工艺参数的选择趋势是较低的砂轮转速、较小的磨削加工深度和较大的工件进给速度。
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