随着机械加工领域的发展,磨削加工逐渐向着绿色、节能、高效的方向发展,磨削硬化技术主动利用干磨削加工中产生的热与磨削力直接对工件进行表面硬化处理,使工件材料表面产生硬化层。磨削硬化技术将表面热处理与零件制造生产集成到一起,既环保又能提高生产效率,是一种绿色制造工艺,符合现代制造的发展趋势。本文在对磨削硬化层工艺的研究下,通过cBN砂轮磨削硬化GCr15钢的试验和对磨削温度场的仿真,利用零件的温度变化曲线,结合材料的表面硬度测量以及对金相组织和微观形貌的观察,揭示了影响磨削加工零件表面硬化层硬度分布及组织转变分布规律,并利用摩擦磨损试验检验了硬化层的耐磨损性能。本文主要工作及创新性研究成果如下:(1)采用cBN砂轮对GCr15钢进行了平面磨削硬化试验,测量了磨削硬化后工件硬化层表面切入区、中间区以及切出区的硬度和硬化层横切面的硬度,观测了磨削硬化前后工件的金相组织和表面微观形貌。对以上测量数据进行了简单处理,通过不同磨削条件试验对工件表面硬化层硬度和表面形貌作出对比,总结其中的规律。结果表明:根据硬度增大程度,可以判定工件在磨削中产生了硬化现象,这有利于改善工件的使用性能。工件的表面硬度随着砂轮磨削深度的增加而逐渐增加,随着工件进给速度的增加而逐渐增加。硬度分布沿宽度上分布具有较大的一致性,在砂轮进给方向,也就是工件磨削方向,硬度有逐渐变大的趋势。工件微观组织的转变是影响磨削过程中硬化层硬度均匀性的主要因素,磨痕深度与宽度随着磨削深度和工件进给速度的增加而增加,适当减小工件速度可以提高硬化层的表面质量。工件磨削硬化层出现隐晶马氏体,基体组织无变化,但由于磨削力的作用,铁素体出现断裂现象。(2)对磨削前后的GCr15钢进行摩擦磨损实验。运用不同载荷强度来对比硬化层的耐磨性,比较磨削前后工件表面摩擦磨损特性的差异。研究表明:整体摩擦系数随着载荷的增大而减小;与磨削硬化前工件对比,磨削后工件硬化层摩擦系数明显减小;在相同的载荷状态下,磨削硬化层比未硬化工件表层磨痕宽度与深度小,磨损量也少;硬化工件三个区域从切入区到切出区表面粗糙度逐渐增大,磨削深度增加,表面粗糙度增大;进给速度增大,粗糙度降低。(3)建立了 cBN磨削GCr15钢的温度场有限元仿真模型。提出了磨削硬化过程中的磨削温度场平衡条件,通过Abaqus软件模拟磨削硬化过程温度场的变化。经过仿真模拟,得到了磨削硬化区不同时间步的温度分布以及磨削层节点的温度变化,根据节点的温度大致估算出硬化层深度,并与试验值作比较,误差为1.6%。根据经验公式计算出硬化层不同区域的硬度,并与试验相比较,结果表明仿真磨削硬化层的厚度与试验中测得数据误差在3%左右,试验的准确性得以验证。