超声振动磨削作为一种新型的超精密加工技术,能够有效提高磨削的表面质量和加工效率,已经开始得到广泛的应用和研究。随着以微机械为代表的工业制品的日益小型化及微细化的发展,微细精密加工技术已经成为世界各国制造业的一个重要研究课题。各种新型复合材料如工程陶瓷、半导体硅片、光学玻璃以及塑韧性材料等难加工材料的广泛使用,传统的精密加工工艺往往很难达到理想的加工精度和加工效率。超声振动磨削在硬脆材料的精密加工方面已经做了多方面的理论研究,并且取得许多显著成效,在超声振动精密磨削加工塑韧性材料方面的研究尚且不够,如聚氨酯橡胶材料等。由于聚氨酯橡胶材料既有良好的塑韧性,又有较高的强度,其耐磨性是普通天然橡胶的3-5倍,并且具有良好的缓冲吸震作用,可广泛应用于航空、电气、医疗卫生等领域。本文以聚氨酯橡胶辊轮微细沟槽的精密加工为研究对象,研究超声振动磨削条件下磨削力的变化和影响因素。研究磨削力的过程中,磨削加工的材料去除既有磨粒与材料的滑擦作用,又有剪切作用,并且砂轮表面同时参与磨削的有效磨刃数不断变化,伴随着温度升高还会有材料的变形力作用。本文通过ANSYS建立聚氨酯微细沟槽在有无超声振动条件下受力的三维模型,利用有限元分析,可以对聚氨酯橡胶材料在超声振动下内部应力变化过程进行模拟,得到应力、应变、速度等一系列数据,能够解释材料的去除,合理的解释超声振动磨削的优势,从而有效指导聚氨酯橡胶微细沟槽磨削力的研究,为超声振动磨削加工机理研究提供依据,指导生产实践活动。本文对微细沟槽磨削力的研究是在平面磨削力模型的基础上,通过对平面磨削中磨粒的运动分析,推导出超声振动条件下单颗磨粒切削深度、单位磨削力的公式。通过对微细沟槽结构受力分析,建立聚氨酯橡胶辊轮轴向、径向、切向方向上的力与沟槽平面所受力的关系,将辊轮所受三个方向力转化为沟槽平面所受的切向力和径向力,从而建立超声振动磨削条件下微细沟槽磨削力的模型,得出在超声振动条件下单颗磨削力的平均切削深度约为普通平面磨削的三倍,从而能够有效提高加工效率,增加有效磨刃数,减小单位磨削力,并且有效降低磨削力比,有利于切削的形成。随着辊轮进给深度和辊轮转速的提高,工件所受磨削力呈上升趋势。