磨削强化技术是利用磨削过程中磨削热和磨削力的耦合作用对工件表层进行强化处理,使表层硬度提高,产生强化层。利用此项技术可将磨削加工与热处理工艺结合在一起,从而简化工序,降低能源消耗,提高生产率和经济效益。本文研究了普通磨削的机理,对磨削接触弧长、砂轮有效磨刃数、磨削力和热量分配比等磨削要素进行了分析计算。对磨削工件表层发生强化的原因进行了深入的理论分析,研究了磨削热相变作用和磨削力机械作用对工件表层强化的不同影响和耦合关系,即磨削时组织相变和位错、晶格扭曲、滑移等对工件表层强化的综合影响,并提出了理论公式模型。进行了磨削强化技术的试验研究。试验以45钢为试件材料,在干磨条件下,以不同的磨削深度和工件进给速度对试件进行了平面磨削加工。测量了加工后工件的表层硬度和表面粗糙度等技术参量,用金相显微镜观测了磨削后断面组织的变化情况。对试验结果进行了深入分析,明确了不同磨削条件对工件表面强化层的影响。以理论分析为基础,对平面磨削和外圆磨削强化过程用ANSYS软件进行了有限元仿真,得出了工件表层的温度场分布情况和变化历程,并根据相变原理和磨削温度预测了强化层的厚度。在温度场分析预测的基础上,考虑磨削力的作用,对磨削强化过程进行了热-力耦合仿真,以热-力耦合场的分析结果再次对磨削强化层厚度进行了预测,并对两次预测结果进行对比分析。将平面磨削仿真结果与平面磨削试验结果进行了对比分析,互相验证了试验和仿真结果的正确性。以试验和大量仿真的结果为基础,用1stOpt软件和MATLAB软件建立了磨削强化层厚度预测系统,为实际加工提供了一个磨削参数理论初值的选择方法。研究表明利用磨削热-力耦合作用获得类似于热处理的强化层是可行的。磨削热使工件材料发生相变是工件表层产生强化的主要原因,而磨削力只起到很小的辅助作用。大的磨削深度和小的工件进给速度可以提高工件表层强化层厚度,砂轮转速对工件表层强化层没有明显影响。