微磨削加工中材料表层微观组织结构对加工过程中塑性变形、力、热、相变及残余应力等具有重要的影响。微磨削表面、亚表面的残余应力不仅影响工件几何尺寸的稳定性,而且影响工件的静力强度、抗疲劳、抗腐蚀性能及其使用寿命。微磨削加工切削深度以及进给量与工件材料晶粒大小处于同一量级,微磨削表面性能的演变与零件材料的微观组织结构紧密相关,金属的残余应力、损伤、微裂纹及断裂等力学行为可以从材料的微观组织结构演变中找到原因。从微观尺度分析晶体效应对材料本构关系的影响,进而创建本构模型与宏观性能的关系,从而解决预测及控制残余应力分布及大小的问题。材料的微观组织结构对流动应力及材料去除过程中材料性能的影响,包括考虑材料的晶粒大小、位错密度及晶粒方向对材料流动应力作用的解析模型研究。然而,晶粒方向对流动应力尤其是对残余应力的作用及其解析模型的研究方面,至今还是空白。本文深入分析微磨削加工过程中材料微观组织结构、砂轮形貌及工艺参数对微磨削加工中力-热载荷、相变、残余应力的作用机理,并建立关于磨削力、热、相变及残余应力的解析模型。对晶粒取向影响微磨削过程中流动应力进而对力-热载荷、相变和残余应力以及力-热-相变之间的耦合关系开展研究,从控制表面完整性的角度,提出以微磨削质量为目标的工艺优化准则,为完善微磨削加工工艺及其质量控制方法与理论奠定基础。论文的主要研究成果及创新点如下:(1)微磨削加工中泰勒因子模型的构建。基于金属微观塑性变形机理,以及拉伸试验中晶粒取向与施密特因子的关系,提出微磨削加工中晶粒取向对流动应力影响的量化模型,即泰勒因子模型。计算泰勒因子,首先建立工件坐标系,然后测定磨削面晶向及磨削方向的晶体取向,最后确定载荷作用下最易激活的5个滑移系。基于单晶材料泰勒因子的理论模型,通过取向密度函数表示多晶材料晶粒取向体积分布,计权求得多晶材料的泰勒因子模型。基于物相分析,通过计算物相体积分数,进而得到多相材料的泰勒因子模型。(2)考虑晶粒取向的磨削力解析模型的构建。基于晶体微观组织结构增强机理分析,提出考虑晶粒取向的维氏硬度以及流动应力的解析模型。基于单颗磨粒磨削力作用模型,考虑流动应力对切屑成形力的作用,进而提出晶粒取向对单颗磨粒磨削力的影响。基于砂轮形貌动态磨粒密度模型,进而提出考虑晶粒取向的磨削力模型。(3)考虑晶粒取向的磨削温度解析模型的构建。基于移动热源作用机理以及微磨削中切向力模型及磨削接触弧长模型,计算总的磨削热。通过计算切屑比磨削能,以及工件-刀具之间的热分配比,得到进入工件的热量。进而计算Peclet值以及接触角,判定磨削面热流分布模型并通过二次贝塞尔函数得到温度在工件中的分布,从而建立考虑工艺参数及晶粒取向的磨削温度的解析模型。(4)构建考虑晶粒取向影响的相变模型。基于晶体习性面对相变能的机理分析,并基于实验测试值回归分析,得到考虑温度、应变率、温升率以及晶粒取向的相变模型。随后,基于相变塑性的机理分析以及Greenwood-Johnson(GJ)模型来计算相变产生的应变,进而构建考虑相变应变的流动应力模型。在此基础上,形成力、热、相变之间相互作用机制,从而完善微磨削过程磨削力、热、相变的预测模型。(5)综合考虑“力-热-相变”耦合效应的残余应力模型。利用赫兹滚滑动接触模型计算机械载荷、热载荷以及相变载荷产生的应力分布,并构建晶粒取向对塑性模量的解析模型。采用McDowell混合算法考虑材料的随动硬化,并利用热弹塑增量模型,预测载荷加载并释放后残余应力的分布。以上研究基于微磨削加工过程机理分析并创建解析模型,深刻分析微磨削过程中的自变量与被控制量之间的物理关系,实现逆向控制优化工程,为精密加工提供可靠有效的保证。