磨削强化作为一种高度集成的加工工艺,不仅将磨削中的磨削热作为积极因素利用起来,变废为宝,而且省去了热处理工艺及热处理工艺前后的清洗和运输等工艺,缩短了生产线、提高了生产效率、减少了对环境的污染,从而具有重要的研究意义。针对磨削强化中强化层深度较浅以及在干磨条件下强化层常分布为残余拉应力或较小的残余压应力等问题,本文提出了一种基于自阻加热的预加热磨削强化加工工艺,旨在提高强化层的深度,同时改善工件强化层残余应力的分布。本文的主要研究内容包括:(1)根据能量守恒原理,定性地分析预加热温度对强化层深度的影响机理,研究加热温度与加热电流的关系,从理论上阐释了自阻加热磨削强化的可行性;设计自阻加热磨削强化实验平台方案,对实验相关设备进行设计与选型,搭建实验平台,并对加热速度进行研究。(2)设计实验方案,对40Cr工件进行自阻加热磨削强化实验,研究不同预加热温度对磨削力及强化层表面质量(包括表面粗糙度、表面形貌、亚表面金相组织、强化层的深度及硬度、表面残余应力)的影响规律。结果表明:随预加热温度的升高,磨削力有所降低,强化层深度显著增加,强化层硬度有降低趋势,表面残余应力从残余拉应力逐渐变为残余压应力。对比了预加热温度和磨削深度对强化层深度的影响,预加热条件下采用较小磨削深度就能获得较厚的强化层深度,从而可以降低磨削实验对砂轮的磨损以及对机床主轴功率的要求。(3)根据能量守恒和传热学相关理论,对自阻加热磨削强化过程中工件表层的总能量及次表面温度进行计算,对磨削温度场进行有限元仿真。理论计算结果表明:随预加热温度的升高,工件表层总能量增加,工件次表面的温度升高。仿真结果表明:随预加热温度的升高,工件表面及次表面的温度均升高,强化层的温度梯度降低。因此,通过自阻加热补偿工件表层的热量,能提高强化层的深度,并改善工件表面残余应力的分布。