工程陶瓷具有高硬度、高强度、耐高温、耐磨损、耐化学腐蚀以及良好的自润滑性等良好性能,在电子、能源技术、化工、航空航天等科学技术领域得到了广泛的应用,但断裂韧度差,使其成为典型的难加工材料。目前工程陶瓷等难加工材料的精密加工主要通过超硬精细磨料的精密磨削及研磨来实现,为了深化和推广工程陶瓷的应用,必须针对工程陶瓷精密磨削开展深入研究。通过单颗磨粒切削加工研究可以更好的认识复杂磨削加工过程,从而可以简化砂轮磨削及表面损伤原理的分析,而通过砂轮表面仿真形貌模型的建立,可从整体上使砂轮磨削行为的研究变的更加直观,进而有助于准确的评价和预测砂轮的磨削性能和结果。综上,本文以氮化硅陶瓷精密磨削加工为研究对象,通过砂轮表面形貌检测的结果分析,利用数值仿真技术建立了单颗磨粒及整体砂轮表面形貌模型,并在此基础上进行了单颗磨粒切削仿真、砂轮整体磨削仿真,最后通过单颗磨粒切削实验、砂轮磨削实验对形貌建模和数值仿真进行了验证分析,具体工作内容包括:(1)对砂轮进行表面形貌测量,通过砂轮磨粒表面面积密度、磨粒平均个数和出刃高度的分析,并结合利用球坐标上平面切割球实体方法,建立了比较接近实际的虚拟单颗磨粒模型,分析研究了磨刃二面角与积分光密度值之间的关系;进一步利用正态随机函数法建立磨粒尺寸、位置、角度随机分布的砂轮表面形貌模型;最终结合砂轮表面面积密度、磨粒平均个数、出刃高度等参数验证了所建立的虚拟多面体磨粒和砂轮整体模型的有效性。(2)选用球坐标方式切割的单颗磨粒几何模型来模拟金刚石磨粒,利用JH-2材料本构模型以及SOLID164实体单元建立单颗磨粒数值仿真模型,通过多种网格划分方法对磨粒-工件数值模型进行了网格划分,并在LS-DYNA中进行了单颗磨粒切削过程数值仿真,分析了工件的应力、切屑、磨削力等微观变化现象。最后进行了单颗磨粒切削实验,验证了所建立模型和数值仿真的有效性。(3)使用DEFORM-3D建立了磨削数值仿真的金刚石砂轮-氮化硅陶瓷工件数值仿真模型,并进行整体金刚石砂轮磨削氮化硅陶瓷的数值仿真,首先分析了磨削过程中滑擦、耕犁、切削3个阶段的形成过程;进一步仿真分析了微观状态下工件材料的切屑去除过程以及其间的磨削力变化,同时研究了不同的砂轮线速度、磨削深度等工艺参数对磨削力、工件的应力的影响。最后进行了金刚石砂轮磨削氮化硅陶瓷实验,验证了数值仿真的合理性。