硬脆材料具有抗氧化、强度高、耐腐蚀、耐高温等优良的物理和化学性能,广泛应叫于航空航天、船舶、光学、国防工业等重要领域并发挥着关键作用。另一方面硬脆材料属于典型的难加工材料,具有高硬度、低韧性等缺点,车削、铣削等传统加工方式容易在工件产生表面微裂纹、亚表面损伤等缺陷,难以满足加工要求。固结磨粒线锯具有切缝窄、寿命长、效率高等优点,是硬脆材料首选的切割方式之一,其加工原理与磨削类似,属于磨粒加工。受磨粒几何尺寸、形状的随机性等因素的影响,磨粒加工技术的材料去除机理难以通过实验进行研究。有限元仿真克服了实验过程中相关物理量与现象难以检测的问题,是磨粒加工材料去除机理研究的重要手段。因此,本文应用有限元仿真法深入研究硬脆材料锯切材料去除机理。本文以固结金刚石磨粒线锯为研究对象,建立了单颗磨粒几何模型,实现了线锯表血形貌的参数化建模,通过线锯表面形貌检测实验获得了建模所需要的相关参数并在此基础上进行了单颗磨粒切削和线锯整体切削仿真、最后通过单颗磨粒划擦实验和线锯切割实验验证了单颗及多颗磨粒切削模型的有效性。具体工作内容包括:构建线锯的单颗磨粒几何模型及其表面形貌的参数化模式。利用空间随机平面切分球体法生成了虚拟磨粒模型;在此基础上,利用高斯分布随机函数结合圆柱坐标系,生成了磨粒形状、尺寸、位姿随机分布的线锯表面形貌模型,通过ABAQUS二次开发实现了该模型的参数化建模:通过数字显微镜检测了线锯表而磨粒的分布、形状及粒径大小,获得了实验线锯的参数化仿真模型。完成单颗磨粒划擦SiC陶瓷加工件的有限元仿真和实验验证。在ABAQUS软件中,采用JH-2材料模型模拟碳化硅陶瓷,建立了单颗磨粒切削碳化硅陶瓷的有限元模型,分析了磨粒的几何特征及工艺参数对工件应力和切削力等的影响规律,单颗睑刚石磨粒划擦碳化硅实验进一步验证了所建模型的有效性。仿真实现多颗磨粒切削脆性材料的去除机理研究。运用周期性媒介技术并基于线锯二维模型,建立了线锯整体切割SiC单晶的有限元模型,分析了锯切过程中材料的去除机理,进一步研究了微观状态下材料的去除过程及切削力变化:获得了线锯速度和工件进给速度等工艺参数对切削力和应力的影响规律,最后通过固结磨粒线锯切割碳化硅实验,验证了多颗磨粒切削模型的有效性。