一(yī / yì ／yí)、脆性材料旋轉超聲加工

旋轉超聲加工（RUM）在(zài)脆性材料加工領域有着廣泛的(de)應用，該加工方式由普通磨削和(hé / huò)超聲振動複合而(ér)成，是(shì)一(yī / yì ／yí)種針對硬脆材料加工技術難題的(de)特種加工工藝。旋轉超聲加工的(de)刀具大(dà)多在(zài)刀頭位置電鍍一(yī / yì ／yí)層金剛石或CBN等高硬度材料，且刀具在(zài)加工過程中會在(zài)高速旋轉的(de)同時(shí)沿刀具軸線作微米級超聲頻振動，可有效降低切削力、殘餘應力和(hé / huò)表面損傷，提高加工精度和(hé / huò)效率，延長刀具壽命。由圖3所示的(de)旋轉超聲鋸切藍寶石的(de)效果圖可明顯看出(chū)，引入超聲振動後，減少了(le／liǎo)塑性去除比例，不(bù)再出(chū)現大(dà)塊剝落。

旋轉超聲加工包含三種加工形式：鑽孔、端面銑削和(hé / huò)側面銑削，其材料去除機理見圖4。其中，鑽孔與端面磨削加工中刀具端面的(de)磨粒與工件材料在(zài)超聲振動的(de)作用下産生周期性的(de)切削和(hé / huò)分離，并附加有錘擊效果。這(zhè)一(yī / yì ／yí)工藝特性對硬脆材料的(de)高硬度與低斷裂韌性有良好的(de)針對作用，引起了(le／liǎo)國(guó)内外學者的(de)廣泛關注，進行大(dà)量研究，總結出(chū)旋轉超聲加工的(de)諸多優勢。

在(zài)降低切削力方面，旋轉超聲加工時(shí)磨粒與工件有周期性的(de)高頻分離，切削區域被打開，切削液可進入，改善了(le／liǎo)潤滑和(hé / huò)冷卻情況，且加工過程中的(de)高頻錘擊使加工表面粉末化、切削力降低。爲(wéi / wèi)解析旋轉超聲加工切削力的(de)降低機理，研究學者以(yǐ)理論建模及調整工藝參數等方式進行了(le／liǎo)大(dà)量研究。華僑大(dà)學朱旭等利用旋轉超聲加工鋸切藍寶石之(zhī)後發現，徑向切削力相比普通鋸切下降50%~80%，軸向力下降35%~50%。

當前國(guó)内外學者對旋轉超聲加工表面粗糙度的(de)研究相對較少且存在(zài)較大(dà)的(de)争議，即對旋轉超聲加工是(shì)否可降低表面粗糙度尚無定論。研究學者通過建立表面粗糙度預測模型或實驗驗證等方式得出(chū)的(de)研究結果更多地(dì / de)支持旋轉超聲加工在(zài)側面磨削加工或V型槽加工中可顯著降低表面粗糙度的(de)情況，而(ér)鑽孔與端面磨削加工增大(dà)表面粗糙度的(de)情況更多，但可通過提高主軸轉速、降低切削深度和(hé / huò)進給量并匹配合适的(de)超聲參數的(de)方式降低表面粗糙度。

提高加工效率是(shì)旋轉超聲加工的(de)一(yī / yì ／yí)個(gè)重要(yào / yāo)優勢，主要(yào / yāo)體現爲(wéi / wèi)材料去除率增加。特别是(shì)在(zài)恒力進給條件下，旋轉超聲加工的(de)材料去除率相比普通磨削顯著提高。目前旋轉超聲加工在(zài)硬脆性材料加工領域相比普通磨削有顯著優勢，但當前超聲振動下的(de)材料去除機理研究并不(bù)深入。深入研究去除機理可進一(yī / yì ／yí)步揭示旋轉超聲加工的(de)表面粗糙度規律和(hé / huò)亞表面損傷形成機理，對旋轉超聲加工工藝的(de)推廣有重要(yào / yāo)意義。

二、超聲抛光

超聲振動抛光的(de)原理是(shì)對工件或變幅杆施加超聲振動，使磨料懸浮液中的(de)磨粒與工件産生相對運動，以(yǐ)達到(dào)沖擊、抛磨的(de)效果，可提高抛光速度和(hé / huò)均勻性、降低表面粗糙度。印度理工學院Kala等使用磁場輔助超聲抛光，改善了(le／liǎo)黃銅表面的(de)光潔度。Jeffrey等分别對變幅杆和(hé / huò)抛光盤施加橫向超聲振動，發現橫向超聲振動以(yǐ)攪動懸浮液的(de)形式作用于(yú)矽片，提高抛光均勻性。許文虎等進行了(le／liǎo)有無超聲抛光藍寶石的(de)對比實驗，發現超聲振動輔助抛光去除率是(shì)無超聲的(de)兩倍且表面粗糙度降低，

超聲振動輔助抛光在(zài)機械抛光、化學抛光、磁流變抛光、離子(zǐ)束抛光等多個(gè)抛光類别均有應用，并取得了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)定的(de)改善效果。然而(ér)，當前超聲抛光過程中的(de)材料去除機理研究還不(bù)夠深入，特别是(shì)超聲空化作用對已加工表面的(de)表面完整性的(de)影響機制尚未揭示，因此需要(yào / yāo)進一(yī / yì ／yí)步加強基本理論的(de)研究。