为满足中国制造2025对高端制造业提出的制造强国计划,航空航天、国防安全、轨道交通、能源装备等领域在其高端领域开始增强相关产品成果研发、产品链节点控制、产业创新,随之对基础材料与基础零部件的性能要求不断提高。氮化硅陶瓷作为典型工程陶瓷,其优良的物理化学性能,在上述领域具有广泛运用。然而优良的材料特性也造成了加工制造过程难度的提升,极高的硬度与材料脆性并存致使磨削加工过程产生复杂机理变化。本文提出以粒度号为D46的金刚石砂轮端面磨削氮化硅陶瓷为研究对象,以磨削力预测精度为表征参数,利用有限元模拟中单颗粒磨削的工艺参数可控性、虚拟砂轮磨削的颗粒空间排布随机性、机床工艺间动态交互性逐步提升氮化硅陶瓷端面磨削力模型精度。本文主要取得成果如下:(1)建立基于压痕试验的氮化硅陶瓷端面磨削工艺参数与材料特性理论公式;建立两类二维简化磨粒形貌以及梯度磨削深度工件模拟磨削过程有限元模型,分析磨粒形貌与磨削工艺对脆延转变的临界磨削深度影响,以及磨削力数值在脆延转变前后变化趋势。(2)搭建细粒度砂轮端面磨削氮化硅陶瓷的三维有限元磨削力模型:基于磨粒复杂形貌,建立随机切除的截角八面体磨粒模型并随机旋转磨粒多次磨削仿真;基于磨粒体积、分布概率砂轮浓度,建立砂轮有效磨粒数模型;基于端面磨削中砂轮内外圈的转速变化,建立分区计算模型。设计试验验证各工艺参数磨削力,结果表明误差在允许范围,且误差数值与工艺参数有一定关系。(3)考虑机床-磨削过程交互对磨削力预测的影响,分别建立虚拟砂轮磨削过程有限元模型、简化机床受力响应有限元模型,并采用基于经验参数的二分法交互迭代策略。搭建耦合交互平台协助交互迭代过程的快速建模与数据传输,该平台主要包括模型建立与传递(Vba-Solid Works-Abaqus)、仿真模型搭建与结果数据生成(PythonAbaqus)、数据导入与分析(Txt-Matlab)几个模块。与试验结果对照表明,机床-磨削过程交互策略与耦合仿真平台搭建有效提升仿真效率与磨削力预测精度。