烧结金属基金刚石磨粒工具因其耐磨耐用等优势在硬脆性难加工材料的高效精密加工中得到广泛的应用。加工中,磨粒的早期非正常脱落严重影响工件加工质量、工具寿命和加工能耗,成为此类工具推广应用的瓶颈问题。如何有效提高胎体对磨粒的把持力的一个基本前提是找到能有效评价结合剂胎体对磨粒把持力的方法或手段。因此,研究胎体对金刚石磨粒的把持力评价方法对提升金刚石工具质量具有极其重要的意义。本文提出采用离散元法对金属结合剂胎体中磨粒把持力的相关评价方法进行数值分析。首先构建金刚石结块离散元模型,重点解决胎体建模及相关参数标定难题;然后利用该模型分析了现有抗弯强度法在评价粗粒度金刚石的把持力的局限性;进而构建单颗磨粒推剪离散元分析模型,分析了磨粒/胎体界面临界分离力的相关影响因素,揭示造成推剪法测试结果分散过大的根源;在此基础上,建立单颗磨粒划擦石材的离散元模型,通过模拟分析了恒切深划擦和变切深划擦的相关影响因素,进而结合实验分析了采用变切深划擦法评价胎体对磨粒把持力的合理性并给出注意事项。围绕上述研究思路,本文的主要工作及结论总结如下:(1)提出通过在颗粒间采用平行连接键和接触连接键综合约束来解决金刚石结块的准脆性特性描述。提出采用逐步反演法进行多骨架相胎体模型中所涉及多组细观参数的标定。提出通过金刚石和胎体子模型来构建金刚石结块离散元模型的思路,并解决了磨粒/胎体相关参数标定方法。完成含Co-Cu-Sn-WC-Ni多骨架钴基胎体的金刚石结块的离散元模型构建,并验证了所建模型的可靠性。(2)金刚石结块抗弯强度仿真分析表明,若要采用结块抗弯强度折损率来评价不同结块中磨粒与胎体结合强度的高低,必须保证这一前提——不同结块中磨粒与胎体接触面积(磨粒浓度、粒径、晶形)和磨粒在结块中的位置分布状态是一致的或者接近一致。(3)构建并验证了单颗磨粒推剪离散元模型。分析表明磨粒/胎体界面分离临界力受磨粒的出刃高度,朝向(倾斜角和旋转角)、磨粒形状等几何因素影响很大。推剪法在评价胎体对磨粒把持力上结果分散性较大,究其根源在于推剪载荷是点/线加载方式。(4)构建了单颗磨粒恒切深划擦离散元模型。分析表明磨粒所受的划擦力随划擦深度和划擦速度增大而增大,受磨粒旋转角度的影响比较小。但由于临界划擦深度(临界载荷)难以事先预估,且受划擦时间长及受加工冲击疲劳等影响,恒切深划擦法在对磨粒把持力评价上不适用。(5)构建了单颗磨粒变切深划擦离散元模型,分析表明变切深划擦方法结果对磨粒形状、磨粒旋转角度等几何因素的影响更具包容性;但受磨粒的倾角影响依然明显。采用单颗磨粒变切深划擦方法进行胎体对磨粒把持力评价更具合理性。为了进一步缩小数据的分散性,建议:制样时应尽量让磨粒的倾角一致;采用低速划擦;工件材料优先采用硬塑兼具的材料。