在工程实际中,工程陶瓷和光学玻璃等脆性材料由于其独特的物理和力学性能,广泛应用于光学、医疗、军工等产品中。但是脆性材料由于其高硬度,难加工,易脆性断裂等缺点,导致加工过程中容易出现表面和亚表面损伤,同时加工效率低。为了实现高效低亚表面损伤磨削加工,本论文系统研究了磨削脆性材料中,单磨粒和工件的接触规律。基于单磨粒未变形切屑模型,分析了单磨粒最大压入深度与磨粒尺寸的关系。基于压痕断裂力学理论分析模型,分析了亚表面损伤深度与磨削参数和磨粒尺寸的关系。基于单磨粒振动磨削模型,分析了亚表面损伤深度与磨削参数和振动参数的关系。基于材料去除模型,分析了脆性材料去除和磨粒尺寸的关系。本论文研究内容的创新点如下:(1)基于单磨粒未变形切屑模型,分析了三角形截面、尖端圆角三角形截面以及梯形截面最大未变形切屑厚度。建立了三种单磨粒在磨削过程中最大压入深度的预测模型,得出了单磨粒最大压入深度与磨削参数以及磨粒尺寸的数学表达式。单磨粒最大压入深度随着磨削速度与工件进给速度比增加而减小,而随着磨削深度的增加而增大。同时发现,不同单磨粒截面在相同磨削参数下,最大压入深度不同,尖角三角形截面磨粒、圆角三角形截面磨粒和梯形截面磨粒对应的最大压入深度依次递减。此外,如果磨粒半角作为磨粒大小依据,则当磨粒越大时,相应的压入深度变小。(2)基于压痕断裂力学理论分析模型,分析了磨削参数和磨粒尺寸对亚表面损伤的影响。修正了原有的理论模型,提出了圆角三角形截面和梯形截面磨粒下裂纹系统深度的预测模型。并考虑了磨粒弹性回复深度的影响,引入了深度比对中径裂纹的影响。提高磨削速度与工件进给速度比值能够通过减小中径裂纹的深度从而使得工件材料亚表面损伤减小,有利于获得低损伤高加工表面质量。此外,中径裂纹的深度随着深度比的增大而减小。为了获得低损伤高加工质量的加工表面在实际加工中选择较高的磨削速度与工件速度比,较小的磨削深度更加合理。(3)基于单磨粒振动磨削模型,分析了提出了单磨粒磨削参数和振动参数下裂纹系统的深度预测模型。初始磨削深度对亚表面损伤深度的影响,发现在预测模型中忽略振动会导致亚表面损伤深度的被低估。对于频率比大于1的磨削过程,亚表面损伤深度首先增加,然后随着阻尼比的增加而减小。(4)基于材料去除模型,分析了材料处于韧性去除和脆性断裂去除方式下材料去除,提出了脆性材料韧性去除体积和去除率的预测模型以及混合韧性去除和脆性断裂去除方式材料去除体积和去除率。在脆性材料去除过程中,考虑到了磨削初期的材料韧性去除阶段,将磨粒的尺寸大小引入到材料去除体积以及材料去除率的计算中来。单磨粒磨削混合韧性去除和脆性断裂材料去除体积随着磨粒尖端圆角半径的增大而减小同时当磨粒磨粒尖端圆角半径一定时,材料去除体积随磨粒半角增大而减小。