IC、PV和LED产业的飞速发展对大尺寸硅晶片加工提出了新的要求,需要对现有硅晶片主流切片技术——游离磨料线切割进行分析和建模,从而更好的满足现代工业中对质量、效率、生产力和成本效益的要求。国内外学者对游离磨料线切割做了很多研究,而针对磨粒的“滚压—嵌入”过程中力学行为及工艺参数对其影响的研究较少。本文基于准静态下脆性材料压痕断裂力学模型,考虑游离磨料线切割过程中磨粒处于全接触状态的“滚压—嵌入”运动方式,对切割过程中磨粒的力学行为建模。在建模的过程中,首先从单颗磨粒的运动方式和受力分析出发,建立了单颗磨粒的滚压力学模型；然后分析切割区域内磨粒的力学行为,考虑磨粒沿切割线径向和轴向分布。根据磨粒的运动特点,将磨粒分为有效磨粒数和瞬时有效磨粒数,并考虑去除工件材料所需最少滚压次数的影响,推导了瞬时有效磨粒数及磨粒平均受力与走丝速度、进给速度、张紧力、磨料粒径、切割液浓度、切割区域长度的计算公式,数值仿真了瞬时有效磨粒数、磨粒的平均法向力和切向力随主要工艺参数的变化规律。最后建立了表面粗糙度RZ与各主要工艺参数的关系式,从而对磨粒“滚压—嵌入”过程中的表面粗糙度进行预测,并通过实验验证了该模型对游离磨料线切割单晶硅表面粗糙度RZ预测的可行性,分析各主要工艺参数下偏差产生的原因。最后,通过正交实验对游离磨料线切割的硅片表面质量进行工艺优化,运用极差分析法找出各因素的主次关系,推出较为优化的实验条件、工艺的最优水平组合。主要研究结果如下：(1)瞬时有效磨粒数随走丝速度、张紧力、切割液浓度的增大而增大,随工件进给速度、磨料粒径、切割区域长度的增大而减小；瞬时有效磨粒数的减小使单颗磨粒的平均受力增大,两者呈反比关系。(2)张紧力对瞬时有效磨粒起着决定作用,磨料粒径在很大程度上决定了磨粒的平均受力大小。单颗磨粒的平均受力很小,不足以使工件材料产生体积破碎,游离磨料线切割材料去除机理以赫兹破碎为主。(3)硅片表面粗糙度RZ随着走丝速度、切割线张紧力、切割液浓度的增大而降低,随着工件进给速度、磨料粒径、硅棒直径的增大而上升。(4)各工艺参数对切割表面质量影响权重由大到小依次为磨料粒径、切割液浓度、张紧力、进给速度、走丝速度。当走丝速度12m/s、进给速度0.4mm/min、张紧力16N、磨粒粒径F800、切割液浓度60%时,可获得较佳的切割表面质量。