制造业资源消耗巨大,且机床的能量利用率低。超细硬质合金相对于普通硬质合金具有更高的强度、硬度、断裂韧性、抗弯强度及优异的耐磨损性能,应用领域相当广阔。硬质合金的难加工性是众所周知的,其主要的加工工艺方法是利用砂轮来进行磨削。磨削过程是高能耗、高排放的过程。本文以超细硬质合金磨削工艺为研究对象,研究了磨削过程能耗和磨削表面质量的影响规律。对磨削加工的表面质量与磨削能耗进行权衡,进行残余应力、表面粗糙度、磨削比能的多指标正交优化,为超细硬质合金高质量低能耗磨削提供参考依据。论文具体研究工作如下:1.磨削过程能耗研究。对磨削过程的能耗组成和磨削各工作状态功率占比进行研究分析。然后探讨磨削参数、Co含量对单位宽度法向磨削力F’_n和切向磨削力F’_t、磨削比能e_s及磨削有效加工能效η的影响,同时使用三元回归方法对磨削力F’_n和切向磨削力F’_t、磨削比能e_s及磨削有效加工能效η进行因素主次分析。最后使用BP神经网络算法对磨削加工超细硬质合金的磨削比能e_s进行预测。研究表明,与普通硬质合金相比,超细硬质合金具有更小的磨削比能e_s,且磨削比能e_s随磨削深度a_p和工件进给速度v_w的增大而减小,随砂轮线速度v_s的增大而增大。磨削深度a_p和工件进给速度v_w对磨削比能e_s的影响相当,砂轮线速度v_s的影响最小。在实际加工当中,增大工件进给速度v_w和磨削深度a_p,减小砂轮线速度v_s可以降低磨削比能e_s,从而降低磨削总能耗。磨削有效加工能效η随磨削深度a_p、工件进给速度v_w和砂轮线速度v_s的增大而增大。其中磨削深度a_p对磨削有效加工能效η的影响最大,工件进给速度v_w和砂轮线速度v_s的影响相当。当材料去除率MRR一定时,增大磨削深度a_p,减小工件进给速度v_w,可以提高磨削有效加工能效η,从而提高能量利用率。2.磨削表面质量研究。探讨磨削参数、Co含量对平行、垂直方向表面粗糙度和残余应力的影响规律,使用三元回归方法对平行、垂直方向表面粗糙度和残余应力进行因素主次分析。研究了磨削参数对表面微观形貌的影响规律。研究表明,材料去除方式基本为塑性去除,但磨削过程中也存在少量的脆性断裂去除方式。残余应力σ随砂轮线速度v_s的增大而减小,随磨削深度a_p和工件进给速度v_w的增大而增大。其中,磨削深度a_p对残余压应力σ的影响最大,砂轮线速度v_s其次,工件进给速度v_w最小。随Co含量的增加,残余应力σ增大。当材料去除率MRR一样时,增大工件进给速度v_w,减小磨削深度a_p,可以降低残余应力σ,从而得到更好的表面质量。垂直方向表面粗糙度值大于水平方向表面粗糙度值。表面粗糙度随工件进给速度v_w、磨削深度a_p的增加和砂轮线速度v_s的减小而增大。其中,工件进给速度v_w对表面粗糙度R_a的影响最大,砂轮线速度v_s次之,磨削深度a_p最小。随材料Co含量的增加,表面粗糙度R_a增大。当材料去除率MRR一定时,增大磨削深度a_p,减小工件进给速度v_w,可以降低平行、垂直方向表面粗糙度R_a,从而得到更好的表面质量。3.对磨削能耗和磨削表面质量进行多指标优化。加工质量通过表面粗糙度R_a、表面残余应力σ进行表征,可持续性通过磨削比能e_s进行表征,使用灰色关联理论和多指标正交优化的方法对磨削比能e_s、表面粗糙度R_a、表面残余应力σ三个指标进行权衡分析,得到砂轮线速度v_s对综合优化的影响最大,磨削深度a_p次之,工件进给速度v_w最小。在实验条件下,获得的最优磨削参数组合为磨削深度a_p=5μm,进给速度v_w=48 mm/s,砂轮速度v_s=30 m/s。