与其他加工方法相比,磨削加工仍然是实现零部件高性能加工的重要方法。随着机械产品精度、可靠性和使用寿命的要求不断提高,对磨削加工提出了更高的要求。磨削加工本质上是由大量离散分布在砂轮表面的磨粒同时与被加工材料相互作用实现材料去除的过程,砂轮表面每一颗磨粒对被加工材料进行微观切削。但是,由于其具有切削速度高、随机性强、磨粒-工件间相互作用复杂的特点,使得材料磨削加工去除的过程研究较为复杂。现有研究大多为采用单一特定形状磨粒代替砂轮整体全部磨粒的仿真思路不完全科学。由于离散元在砂轮形貌建模具有一定的优势,因此可进一步研究砂轮表面形貌建模及材料去除的规律。本文把离散元方法引入到材料磨削加工过程研究之中,实现考虑表面形貌的砂轮离散元建模及磨削过程模拟。本文以镍基合金磨削加工为研究对象,根据对砂轮表面形貌的检测结果,定义了几种接近实际轮廓的磨粒。并对砂轮表面的形貌进行建模,构建并校准镍基合金离散元模型。采用实验与数值仿真相结合的方法研究砂轮形貌参数及磨削加工参数对材料磨削过程的影响。具体研究工作内容如下:(1)以120#陶瓷结合剂CBN砂轮表面形貌为模拟仿真原型,对120#陶瓷结合剂CBN砂轮试样块的磨削表面形貌和生产制造砂轮的120#CBN粉末进行超景深显微系统检测分析,得到相关磨粒的形状、磨粒的粒径以及磨粒在砂轮表面的分布情况。为后续砂轮表面形貌模型的建立提供依据。(2)基于砂轮表面形貌和磨粒颗粒检测结果,采用圆弧角度随机切分法,对砂轮表面磨粒进行轮廓、分布几何建模。定义四类随机和两类规则排布磨粒模型进行研究;运用颗粒流PFC2D软件建立了材料模型;并采用平行键粘结线性标定法对材料模型进行了力学性能参数校准,使其仿真力学性能与实际材料力学性能相匹配,作为研究砂轮磨削仿真的工件材料。(3)结合砂轮表面形貌模型和材料模型,建立了砂轮磨粒动态磨削加工材料离散元仿真。研究了加工参数不同情况下磨粒轮廓和排布对磨削过程的影响;为了验证仿真结果,开展了材料磨削加工相关实验。对磨粒随机分布的砂轮磨削离散元仿真模型进行定量或定性分析,验证了离散元法进行磨削仿真的可行性,对材料磨削加工过程研究提供参考。