磨削加工作为一种高精度加工技术,其应用范围不断扩大,已成为一种最常见的加工工艺之一。近年来,随着航天、航空、汽车、军工和机械制造等行业的飞速发展,使用到的新型材料也越来越多。然而,这些材料如模具钢、高速钢等普遍具有高硬度、高耐磨性、化学性质稳定、耐高温的特点,属于难加工材料。用传统的磨削加工方法会产生大量的磨削热和磨削力,导致工件发生表面烧伤和裂纹,严重影响工件的加工精度和加工质量。因此,传统的磨削方法已很难满足现今新型材料加工的需要。　　作为一个重要的磨削参数,磨削速度对磨削输出如磨削效率、工件表面质量、砂轮磨损量、磨削弧区温度以及传入工件的磨削热比例等都有重要的影响。在高速、超高速磨削过程中,工件很容易受热发生变形并引起表面磨削烧伤。为了避免工件表面产生磨削烧伤,在很长的一段时期内,磨削只被人们当作一种低效率的精加工方法。但随着科学技术的进步,人们对于磨削过程的理解也更为深入,提高磨削速度已经成为一种提高磨削效率和精度的有效方式。　　本文首先介绍了磨削加工按其线速度大小可分为普通磨削(Vs=30m/s-45m/s)、高速磨削(Vs=45m/s-150m/s)和超高速磨削(Vs>150m/s)。同时按难加工材料的四种不同材料特性对其进行了分类,归纳总结了它们在磨削加工时相应的特点和注意事项。另外简要介绍了现今国内外高速磨削、超高速磨削技术最新应用及研究成果。对比分析了高速、超高速磨削与普通磨削在磨削机理上的异同,充分揭示了高速、超高速精度高、表面粗糙度低的特点。高速磨削加工机理不同于普通磨削加工,在非均匀应力场和温度场相互耦合作用下,工件表层材料产生了激变行为,导致材料的去除方式不同于普通磨削,硬脆材料产生塑性去除,而粘性金属材料产生脆性去除。在研究磨削参数的过程中,对几个主要的参数进行了详细分析,揭示了他们对磨削热及磨削力的影响关系。研究表明,磨削力随砂轮速度增加而减小;磨削力随切入速度增加而增加。磨削过程中磨粒与工件摩擦及金属的塑性变形能量全部转化为热量,因此产生的磨削热通常都会很大。但是通过良好的冷却措施、磨削参数的合理选择、砂轮的合理选用和及时修整等一系列措施,可以有效地减小磨削热对工件损害,避免表面烧伤和裂纹,提高工件加工精度和加工质量。　　由于砂轮磨粒数量多、体积小、几何形状不规则和每颗磨粒的磨削切深小且不一致的特点,给磨削过程的研究与分析带来了很大的困难。故本文在建模时将模型简化为单颗磨粒的磨削来进行仿真研究与分析。文中以9CrWMn和W6Mo5Cr4V2这两种材料为例,利用有限元分析软件DEFORM分别对它们的温度场以及应力场进行仿真计算。为了使计算结果更加准确,在划分网格时选用了网格细化窗口将砂轮磨粒附近的区域网格进一步细化,并将网格总数控制在合理的数量之内,以缩短计算时间。研究表明当磨削表面产生高温时,如果散热措施不好,很容易在工件表面几十微米到几百微米处发生二次淬火和高温回火,产生烧伤和裂纹。因此,需要将磨削弧区最高温度控制在该钢种Ac1点以下。　　通过仿真计算可得以下结论:(1)在磨削过程中,当砂轮的线速度超过一定数值(约100m/s)时,会出现磨削力下降,工件表面温度也同时下降的情况。这意味着只需要提高磨削时的砂轮线速度就可以同时满足难加工材料加工的高磨除率、高精度和高质量。(2)在高速、超高速磨削过程中,磨削弧区的最高温度往往出现在磨粒尖端前部一定微小距离的挤压变形区内。而在已磨削表面上,节点最高温度比磨削弧区的最高温度要低近50℃。这说明在高速、超高速磨削的情况下,大部分的磨削热还来不及传导至工件的内部,就随切屑被高速旋转的砂轮给带走了,传入工件的磨削热比例远远低于普通磨削。(3)在高速、超高速磨削过程中,磨削弧区中最高温度的变化规律为:一开始温度逐渐升高,到达临界值后略有下降,然后在某一温度附近趋于稳定。(4)根据磨削力经验公式绘制曲线图,直观的揭示了磨削速度越高,磨削力越小的特点。　　最后,根据高速磨削和高速磨床的特点,设计了磨削温度以及磨削力测量试验的初步方案。分析了在试验过程中可能出现的缺陷以及产生缺陷的原因,以便更好地来为实际生产服务。　　通过上述内容的探索和研究,希望此课题能为进一步利用有限元软件DEFORM分析难加工材料在高速、超高速磨削中的磨削热和磨削力提供一定参考。