为满足先进陶瓷材料高效、精密、少/无损伤的加工要求,基于半固着磨粒加工的陷阱效应,课题组提出了一种半固着磨具高效塑性域研磨加工方法。该方法可减少研磨过程中因磨具磨粒粒径不等及磨粒出刃高度不同所引起的磨粒群切削深度差异,实现近等切削深度加工,可使先进陶瓷材料在较高加工效率下实现塑性域加工。针对上述问题,本文对半固着磨具高效塑性域研磨加工方法进行了以下几个方面的研究:提出和建立了半固着磨具磨粒群切削深度分布模型。通过阐述磨具磨粒形状,对半固着磨具磨粒受力模型进行简化。利用弹塑性力学理论分析了单颗磨粒的法向受力,得到了单颗磨粒切削深度与磨粒粒径、工件下移量、磨具弹性模量、工件硬度等参数之间的相互关系。在单颗磨粒切削深度模型及磨粒群粒径基于数量基准分布的研究基础上,运用概率统计方法建立起半固着磨具磨粒群切削深度分布的模型,从而为先进陶瓷材料半固着磨粒塑性域加工表面质量与加工效率的优化及塑性域加工程度的评价建立了理论基础。通过计算机仿真的方法逐一分析和验证了半固着磨具特性(磨具粒度、结合剂浓度)、加工工艺(加工载荷)等参数对半固着磨具磨粒群切削深度分布的影响。研究表明,半固着磨具磨粒群切削深度分布模型的仿真结果与实验结果的分布趋势基本吻合,切削深度分布范围基本相同,但模型在小切深处的分析结果与实验结果吻合度还需进一步提高。研究还表明,半固着磨具粒度号对半固着磨具磨粒群的切削深度分布综合影响较大。另以1000#SiC磨粒SFB结合剂半固着磨具为例进行分析对比,磨具结合剂浓度对半固着磨具磨粒群切削深度分布的一致性(标准差)影响较大,而加工载荷对半圆着磨具磨粒群的平均切削深度(数学期望)影响较大。以单晶硅材料为研究对象,对其在半固着磨具高效塑性域研磨加工进行工艺设计和优化。首先应用微小斜坡研磨的方式,以实际加工环境对单晶硅材料的塑脆性临界转变条件进行了研究。通过白光干涉仪NT9800检测单晶硅塑性去除向脆性去除的转变过程和特征。研究表明,单晶硅的临界切削深度与磨粒尖部的刃圆半径等因素有关,而磨粒尖部的刃圆半径的大小分布与磨具粒度有一定关联,但关系较复杂。对于{100}、{111}晶面单晶硅的临界切削深度区别不大。其次,从不同SFB结合剂浓度的半固着磨具塑性域加工试验对比来看,SFB结合剂浓度为35wt%的半固着磨具在表面加工质量和加工效率上综合相对最好,并以此制定了单晶硅半固着磨粒高效塑性研磨加工工艺。与同工艺参数的游离磨粒加工相对比,半固着磨具对单晶硅加工后的表面质量和所需加工的时间明显优于游离磨粒加工,验证了半固着磨粒加工的高效精密特性。本文针对半固着磨典研磨加工过程中的磨粒群切削深度分布进行研究。研究表明,通过对半固着磨具粒度、SFB结合剂浓度、加工载荷合理的设计,可对单晶硅材料进行高效的塑性域加工,这对半固着磨具的设计、制造和实际应用是一次有益的尝试。