一(yi)、脆性材(cai)料旋轉超(chao)聲加工

旋轉超聲加工（RUM）在脆性材(cai)料加工領域(yu)有著廣泛的(de)應用，該加工方式由(you)普通磨削和(he)超聲振動復合而成，是一(yi)種針對硬脆(cui)材料加工技(ji)術難題的特(te)種加工(gong)工藝。旋轉超(chao)聲加工的刀(dao)具大多在刀(dao)頭位置電鍍一層金剛石(shi)或CBN等高硬度材(cai)料，且刀具在(zai)加工過(過)程中會在高(gao)速旋轉的同(tong)時沿刀具軸(軸)線作微米級超聲頻振動，可有效降低(di)切削力、殘余(yu)應力和表面損傷，提(ti)高加工精度(du)和效率，延長(長)刀具壽命。由圖(圖)3所示的旋(xuan)轉超聲鋸切(qie)藍寶石的效(xiao)果圖可明顯看出，引入(ru)超聲振動后(hou)，減少了塑性(xing)去除比例，不(bu)再出現大塊(塊)剝落。

旋轉超聲加工包含三(san)種加工(gong)形式：鉆孔、端(duan)面銑削和側面銑削，其材(cai)料去除機理(li)見圖4。其中，鉆孔(kong)與端(duan)面磨削加工中(zhong)刀具端(duan)面的磨粒與工(gong)件材料在超(chao)聲振動的作(zuo)用下產生周(zhou)期性的切削(xiao)和分離，并附(fu)加有錘擊效(xiao)果。這一(yi)工藝特性對硬脆材料的(de)高硬度與低(di)斷裂韌性有(you)良好的針對作用，引起了(le)國內外學者(zhe)的廣泛(fan)關注，進行大(da)量研究，總結(結)出(chu)旋轉超聲加(jia)工的諸多優勢。

在降低(di)切削力方面(mian)，旋轉超聲加工時磨(mo)粒與工件有(you)周期性的高(gao)頻分離，切削(xiao)區域被打開(開)，切削液可進(進)入，改善了潤滑和冷卻情況，且加(jia)工過程中的(de)高頻錘擊使(shi)加工表面粉末(mo)化、切削力降(jiang)低。為解析旋(xuan)轉超聲加工(gong)切削力的降低機理(li)，研究學者以(yi)理論建模及(ji)調整工藝參數等方式進(進)行了大量研(yan)究。華僑大學(學)朱旭等利用(yong)旋轉超(chao)聲加工鋸切(qie)藍寶石之后(hou)發現，徑向切(qie)削力相比普(pu)通鋸切下降50%~80%，軸向力下(xia)降35%~50%。

當前國內外學者對旋(xuan)轉超聲加工(gong)表面粗糙度(du)的研究相對較少且存在(zai)較大的爭議(議)，即對旋(xuan)轉超聲加工(gong)是否可降低(di)表面粗糙度(du)尚無定論。研(yan)究學者通過(過)建立表面粗(cu)糙(cao)度預測模型(xing)或實驗驗證等方式(shi)得出的研究(jiu)結果更多地(di)支持旋轉超(chao)聲加工在側面磨削加工(gong)或V型槽(cao)加工中可顯著降低(di)表面粗糙度(du)的情況，而鉆(鉆)孔與端面磨(mo)削加工增大(da)表面粗糙度(du)的情況更多(duo)，但可通過提高主軸轉(轉)速、降低切削(xiao)深度和進給(給)量并匹配合(he)適的超聲參數的方式降(jiang)低表面粗糙(cao)度。

提高(gao)加工(gong)效率是旋轉超(chao)聲加工的一(yi)個重要優勢，主要體現為材料去除率(lu)增加。特別是(shi)在恒力(li)進給條件下，旋(xuan)轉超聲加工(gong)的材料去除(chu)率相比普通(tong)磨削顯著提(ti)高。目前旋轉(轉)超聲加工在(zai)硬脆性(xing)材料加工領(領)域相比普通(tong)磨削有顯著(zhu)優勢，但當前(qian)超聲振動下(xia)的材料去除(chu)機理研究并(bing)不深入(ru)。深入研究去(qu)除機理可進(進)一步揭示旋轉(轉)超聲加工的(de)表面粗糙度(du)規律和亞表(biao)面損傷形成(cheng)機理，對旋轉超聲加(jia)工工藝的推(tui)廣有重要意(yi)義。

二、超(chao)聲拋光

超聲振動拋光的(de)原理是對工(gong)件或變幅桿(桿)施(shi)加超聲振動，使磨料懸浮(fu)液中的磨粒(li)與工件產生相對運(運)動，以達到沖(沖)擊、拋磨的效(xiao)果，可提高拋光速度和均(jun)勻性、降低表(biao)面粗糙度。印度(du)理工學院(yuan)Kala等(deng)使用磁場輔(輔)助超聲拋光(guang)，改善了黃銅(銅)表面的光潔度。Jeffrey等分別對變幅桿和拋光(guang)盤施加橫向(xiang)超聲振(zhen)動，發現橫向(xiang)超聲振動以(yi)攪動懸浮液(ye)的形式作用(yong)于硅片，提高(gao)拋光均勻性(xing)。許文虎等進(進)行了有(you)無超聲拋光(guang)藍寶石的對比實驗，發現(現)超聲振動輔(輔)助拋光去除(chu)率是無超聲的兩倍且表面(mian)粗糙度(du)降低，

超(chao)聲振動輔助拋光(guang)在機械拋光(guang)、化學拋光、磁(ci)流變拋光、離(離)子束拋光等(deng)多個拋光類別均有(you)應用，并取得(de)了一定的改(gai)善效果。然而(er)，當前超聲拋光過程中的(de)材料去除機(機)理研究還不夠深入，特(te)別是超聲空(kong)化作用對已(yi)加工表面的(de)表面完整性(xing)的影響機制(zhi)尚未揭示，因(yin)此需要進一步加強基本理論的(de)研究。