残余应力对零件的使用性能和寿命具有显著的影响,是评价工件质量的重要指标之一。随着现代计算机技术的发展,人们希望在产品的大规模加工前,通过对零部件的试切加工来对工件的残余应力进行预测。磨削加工中工件残余应力的形成是一个复杂的过程,已建立的残余应力分析模型与试验值还有一定的误差。在不同的磨削条件和磨削参数下,机械应力、热应力和相变应力对最终残余应力的影响程度不同,因此需要根据不同磨削阶段分别对残余应力的预测进行研究。本文主要分析了磨削加工残余应力的理论模型,通过正交试验设计,对小切深磨削加工过程中的磨削力、工件表面残余应力和机械应力进行了研究。主要的研究内容和结论如下:(1)通过分析磨削加工过程的特点,基于磨削力在磨削弧上的三角形分布,建立了机械应力理论模型;根据传热学基本理论和三角形分布热源,分析了工件由于在磨削过程中的温度升高而导致的热应力;基于建立的磨削加工机械应力和热应力理论模型,通过弹塑性加载卸载理论和应力应变释放程序,建立了磨削加工残余应力的理论分析模型。(2)选定磨削参数设计正交试验,用数理统计的方法对小切深磨削过程中的磨削力进行了分析,研究表明:磨削深度对磨削力的影响最大,砂轮速度次之,工件进给速度的影响最小,同时选定的各磨削参数对磨削力的影响是显著的;通过磨削力和磨削参数之间的关系利用线性回归的方法建立了磨削力的预测模型,验证了回归方程是高度显著的,同时通过磨削力的试验值与预测值对比发现,建立的模型可行。(3)对磨削后工件表面的残余应力进行了分析,研究表明:在选定的参数水平下,磨削深度对工件表面的残余应力影响最大,工件进给速度次之,砂轮速度的影响最小;当磨削深度较小时,磨削后工件表面的残余应力是原有应力和磨削应力共同作用的结果,并基于残余应力与工件的原有应力和磨削参数之间的关系,利用线性回归的方法建立了残余应力的预测模型,验证了线性回归方程是高度显著的,同时分析了预测值与试验值的误差。(4)基于磨削力与磨削过程中的机械应力理论模型,分析了磨削弧上的机械应力分布,同时研究了工件在磨削过程中的最大机械应力与磨削后表面应力变化量的关系,研究表明:在磨削弧上,机械应力在砂轮切入位置为拉应力,并随着磨削弧先增大后减小,在靠近砂轮切出位置时急剧变化成压应力,并在砂轮切出位置达到最大值;磨削弧上的机械应力作用深度有限,仅分布在表层。磨削过程中的机械应力和磨削后工件表面的应力变化量变化趋势相同,当磨削深度较小,砂轮的切削性能较好时,磨削后工件表面的残余应力主要受机械应力的影响。