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第一章 绪论1

1.1 概述2

1.1.1 磨削淬硬加工及特点2

1.1.2 磨削淬硬加工技术的形成3

1.1.3 磨削淬硬研究及进展9

1.2 磨削淬硬加工技术体系9

1.2.1 磨削淬硬加工技术优势9

1.2.2 磨削淬硬加工质量控制体系11

1.3 磨削淬硬加工研究的主要问题及意义12

参考文献13

第二章 磨削淬硬加工的基础15

2.1 金属材料的表面淬火15

2.1.1 表面淬火方法分类及特点15

2.1.2 表面淬火中金属材料奥氏体相变16

2.2 磨削加工21

2.2.1 磨削运动21

2.2.2 磨削加工特征22

2.2.3 砂轮特性参数25

2.2.4 磨削要素26

2.2.5 磨屑及表面形成29

2.2.6 砂轮选择与修整32

2.3 磨削淬硬加工的力—热耦合36

2.3.1 磨削力36

2.3.2 磨削热38

2.4 磨削淬硬的主要影响因素及控制途径41

2.4.1 影响磨削淬硬的主要因素42

2.4.2 改善与提高磨削淬硬加工效果的基本途径42

参考文献45

第三章 磨削淬硬加工区的温度48

3.1 磨削热量传散机制48

3.1.1 磨削区的热量48

3.1.2 磨削热能49

3.1.3 热量传输载体50

3.1.4 磨削区温度表示方法51

3.2 磨削加工热源模型52

3.2.1 矩形热源模型52

3.2.2 三角形分布热源模型53

3.2.3 倾斜三角形热源模型54

3.2.4 抛物线热源模型55

3.2.5 各热源模型适用场合比较56

3.3 磨削区热流量分配56

3.3.1 磨削区的热流密度57

3.3.2 流入磨屑的热流密度57

3.3.3 流入磨削液的热流密度58

3.3.4 工件和砂轮的热流密度58

3.4 能量分配系数59

3.4.1 微观磨粒接触模型59

3.4.2 宏观的砂轮与工件接触区模型60

3.4.3 能量分配系数确定61

3.5 磨削淬硬加工温度场有限元模型62

3.5.1 有限单元法62

3.5.2 温度场的基本方程63

3.5.3 稳态温度场有限单元法64

3.5.4 瞬态温度场有限元法67

3.5.5 磨削淬硬温度场的有关参数68

3.5.6 磨削淬硬温度场的边界条件69

3.6 温度场数值模拟结果与讨论69

3.6.1 ANSYS软件70

3.6.2 磨削淬硬有限元仿真过程70

3.6.3 温度场模拟结果与分析76

3.7 磨削淬硬加工区域温度的主动控制86

3.7.1 磨削淬硬加工层厚度87

3.7.2 磨削区温度自动控制系统设计87

3.7.3 磨削区温度自动控制系统94

参考文献97

第四章 磨削淬硬层的组织99

4.1 磨削淬硬层宏观组织形貌99

4.2 65Mn钢磨削淬硬层显微组织100

4.2.1 试验方案设计与测试方法100

4.2.2 试验结果与讨论101

4.3 45钢和60钢磨削淬硬层组织104

4.3.1 试验方案设计与测试方法104

4.3.2 试验结果与讨论106

4.4 40Cr钢磨削淬硬层组织109

4.4.1 试验方案设计与测试方法109

4.4.2 磨削淬硬层组织结构的X射线衍射分析111

4.4.3 磨削淬硬层组织的扫描电镜分析114

4.4.4 磨削淬硬层组织的透射电镜分析122

4.5 磨削淬硬加工组织转变动力学124

4.5.1 热源模型与热流密度124

4.5.2 组织相变动力学模型128

4.5.3 DEFORM有限元软件的二次开发134

4.6 磨削淬硬层组织的形成及变化136

4.6.1 磨削温度场与应力场的耦合作用136

4.6.2 磨削淬硬层组织的形成137

4.6.3 磨削淬硬层马氏体组织的变化138

参考文献139

第五章 磨削淬硬层的性能142

5.1 磨削淬硬层显微硬度142

5.1.1 试验方案与测试方法142

5.1.2 65Mn钢磨削淬硬层显微硬度142

5.1.3 45钢和60钢磨削淬硬层显微硬度143

5.1.4 40Cr钢磨削淬硬层显微硬度144

5.1.5 磨削淬硬层高硬度区的形成及特征146

5.2 磨削淬硬层及淬硬深度147

5.2.1 试验方案与测试方法147

5.2.2 65Mn钢磨削淬硬层深度148

5.2.3 45钢和60钢磨削淬硬层深度149

5.2.4 40Cr钢磨削淬硬层深度149

5.2.5 磨削淬硬层的完全淬硬区深度152

5.3 磨削淬硬组织与硬化层的数值模拟153

5.3.1 DEFORM-2D前处理153

5.3.2 DEFORM-2D求解器157

5.3.3 DEFORM-2D后处理器158

5.3.4 工件磨削稳定区的温度场、组织场和硬度场158

5.3.5 非稳定区的温度场、组织场和硬度场167

5.4 磨削淬硬深度均匀性174

5.4.1 试验材料与试验方案174

5.4.2 磨削淬硬深度与变化175

5.4.3 磨削条件对淬硬深度均匀性的影响178

5.5 磨削淬硬层深度预测预报180

5.5.1 基于神经网络磨削淬硬预测模型180

5.5.2 系统总体结构与功能模块181

5.5.3 系统软件的实现与运行183

5.5.4 系统应用及预测结果分析185

5.6 磨削淬硬层残余应力190

5.6.1 磨削淬硬层残余应力的形成190

5.6.2 试验方案与测试方法192

5.6.3 试验结果与分析193

参考文献194

第六章 磨削淬硬加工的棱边（毛刺）质量197

6.1 金属切削毛刺形态及其分类197

6.1.1 切削加工毛刺概念及形态198

6.1.2 毛刺影响及危害200

6.1.3 金属切削毛刺分类体系200

6.2 磨削淬硬加工两侧方向毛刺形成及主要影响因素203

6.2.1 磨削淬硬加工的两侧毛刺203

6.2.2 磨削淬硬加工毛刺形成模型203

6.2.3 影响两侧方向毛刺的主要因素204

6.3 试验条件与测试方法205

6.3.1 试验条件205

6.3.2 测试方法205

6.4 试验结果与分析206

6.4.1 毛刺主要形式206

6.4.2 毛刺形成机理207

6.4.3 磨削条件对两侧方向毛刺的影响208

6.4.4 毛刺形成的几种特殊现象210

6.5 两侧方向毛刺形态转换213

6.5.1 毛刺形态转变条件213

6.5.2 排屑状态的影响213

6.6 控制两侧方向毛刺的主要技术和方法214

参考文献214

第七章 磨削淬硬加工的冷却216

7.1 磨削淬硬加工的射流作用216

7.1.1 工件的射流冷却区域216

7.1.2 磨削淬硬加工的射流传热机理216

7.1.3 射流强化传热的主要影响因素218

7.2 磨削淬硬加工的冷却作用220

7.2.1 理想的冷却作用220

7.2.2 磨削淬硬加工的冷却过程221

7.2.3 影响淬硬介质冷却能力的主要因素222

7.3 磨削淬硬加工的冷却介质224

7.3.1 水基淬硬介质224

7.3.2 油基淬火介质226

7.3.3 气体淬火介质227

7.4 射流冷却在磨削淬硬加工中的应用229

7.4.1 磨削淬硬加工射流冷却系统229

7.4.2 液氮射流冷却230

参考文献236

第八章 外圆磨削淬硬加工238

8.1 外圆磨削淬硬加工温度场有限元模型238

8.1.1 外圆磨削加工几何模型238

8.1.2 外圆磨削移动热源240

8.1.3 热量分配比242

8.1.4 外圆磨削温度场有限元模型243

8.2 试验条件与检测方法247

8.3 试验结果与讨论249

8.3.1 外圆磨削淬硬试样的宏观形貌249

8.3.2 磨削淬硬层显微组织及形成机理251

8.3.3 磨削淬硬层显微硬度与变化254

8.4 提高外圆磨削淬硬加工质量的基本途径255

参考文献256

第九章 横向进给磨削淬硬加工258

9.1 横向进给磨削淬硬温度模拟258

9.1.1 横向进给磨削淬硬加工258

9.1.2 横向磨削加工试验参数259

9.1.3 有限元仿真分析260

9.1.4 模拟结果与预测262

9.2 试验条件与测试方法270

9.3 横向进给磨削淬硬层的宏观形貌271

9.4 淬硬层显微组织及形成机理273

9.4.1 单道磨削表面淬硬层组织273

9.4.2 回火区组织275

9.4.3 二次淬火区组织275

9.5 淬硬层显微硬度及其变化276

9.5.1 深度方向显微硬度分布276

9.5.2 宽度方向显微硬度分布277

9.5.3 二次淬火区显微硬度分布278

9.6 提高横向进给磨削淬硬加工质量的基本途径278

参考文献279

第十章 往复磨削淬硬加工281

10.1 往复磨削淬硬加工的数值模拟281

10.1.1 数值模拟基础281

10.1.2 模拟结果与讨论285

10.1.3 双程磨削淬硬的磨入与磨出端291

10.1.4 双程磨削淬硬层沿深度方向的分布297

10.1.5 磨削淬硬层的形成298

10.2 试验条件与测试方法299

10.3 往复磨削对淬硬层组织的影响300

10.4 往复磨削对磨削淬硬层性能的影响303

10.4.1 淬硬层显微硬度303

10.4.2 淬硬层深度303

10.4.3 淬硬层残余应力304

10.4.4 淬硬层耐磨性304

10.5 提高往复磨削表面淬硬加工质量的基本途径305

参考文献305