高硬难加工材料广泛用于各工业领域,在其机械加工过程中,工件表面通常产生一种硬度很高的微细金相组织变质层,称为“白层”。白层给零件留下了安全隐患,降低了产品的使用性能和寿命,应该在后续的精加工工序中将其去除。从各种加工方法来看,对于抑制白层,磨削具有不可比拟的优越性。本文通过实验分析、理论推导和数值仿真等手段,深入系统地研究了磨削力在白层形成机理中的作用、磨削力导致的塑性变形及接触应力对白层形成的影响,并求出了当白层厚度最小时的各磨削参数最优值。所做的主要工作包括:(1)对磨削力和磨削白层进行了系统的实验研究。利用正交试验方法设计高效率实验方案,讨论影响白层形成的因素,分析当改变磨削参数时,磨削力和磨削白层的变化趋势。实验发现砂轮磨损量并非白层产生的必要因素,但是对白层厚度有明显的影响;磨削深度对白层厚度影响最大,随磨削深度、砂轮速度的增加,白层厚度增大;随工件速度增加,白层厚度先缓慢增大,后显著减小。(2)提出了一种新的平面磨削数值仿真方法,从仿真结果中获得表面最大等效塑性应变及等效应力。仿真结果分析得出,磨削力导致塑性变形,在温度影响相当时,磨削力越大,等效塑性应变值越大,即塑性变形越严重,产生白层厚度越厚;磨削力会导致很大的接触应力,大的接触应力可以降低磨削材料的相变温度,加快材料发生相变,易于白层的产生;磨削高温使材料奥氏体组织向马氏体转变,由于磨削力的作用,马氏体结构严重变形,同时晶体中位错互相缠结,晶粒严重破碎而细化成为细碎的亚晶粒,组织得到细化,性能发生改变,从而导致白层的形成;白层的产生是磨削热和严重塑性变形共同作用的结果。(3)通过大量实验数据,借助完全二次项逐项回归分析方法,建立白层厚度的经验公式,此公式精度高,能够较好地预测磨削白层厚度;通过最优化方法求解,得到当白层厚度最小时,各磨削参数的最佳值,优化结果与直观分析结果一致。本研究对提高难加工材料表面质量有较重要的意义,具有一定的实际应用价值和理论价值。