因氮化硅工程陶瓷具有高强度、高硬度、抗磨损、耐高温、耐化学腐蚀、热膨胀系数小和抗氧化,与金属材料相比的低密度和增韧改性等优良机械性能,广泛应用于机械、化工、电子、能源、冶金、国防军工以及航空航天等重要领域。本文以氮化硅陶瓷精密磨削加工为研究对象,采用分子动力学与有限元进行单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷的微观到宏观的多种尺度仿真,并通过实验对仿真结果进行验证。从仿真与实验多角度分析氮化硅陶瓷的材料去除机理,延性域磨削机理和延脆转变机理,为实现氮化硅陶瓷的高效低损伤延性域磨削提供理论依据。具体研究工作内容包括:(1)建立纳米球体金刚石磨粒分子模型和氮化硅超级晶胞模型,利用LAMMPS软件依据分子动力学理论建立单颗金刚石切削氮化硅陶瓷纳米级模型,从不同的切削速度、切削深度考虑,实现材料的纳米级去除过程的动态仿真。从氮化硅原子状态、切削应力和动势能变化的角度研究材料纳米切削过程,分析切削速度和切削深度对氮化硅表面延性变形的影响,并解释氮化硅陶瓷的纳米级延性域加工机理。(2)基于Johnson-Holmquist脆性材料本构模型,选用截角八面体模拟金刚石磨粒,采用有限元方法进行单颗磨粒切削氮化硅陶瓷仿真。借助于单颗磨粒变切深划擦仿真,研究砂轮线速度对材料延脆转变的临界切削深度的影响,并结合分子动力学仿真结果对工件材料的材料去除过程和延脆性转变过程进行分析。(3)在数控平面磨床上进行单颗磨粒变切深的切削加工实验,分析砂轮线速度对氮化硅陶瓷表面划痕形貌的影响,并将实验与仿真所得延脆转变的临界切削深度值作对比,验证有限元仿真结果的正确性。综合仿真与实验分析氮化硅陶瓷的材料去除机理和延脆转变机理。构建考虑磨削工艺参数和材料力学性能的延性域动态临界磨削深度模型。利用最大未变形磨削厚度模型与动态临界磨削深度模型预测氮化硅陶瓷在不同磨削工艺参数组合下的材料去除方式,验证氮化硅陶瓷延性域磨削动态临界磨削深度模型的正确性,用于指导氮化硅陶瓷的延性域加工。