超聲加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向簡(jiǎn)介

趙 波

(河南理工大學(xué)，河南 焦作 454003)

河南理工大學(xué)精密與特種加工技術(shù)團(tuán)隊(duì)始建于1992年，2008年入選河南省先進(jìn)制造技術(shù)創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有科研人員28(包括5名教授，15名副教授，1名工程師，27名博士)。主要研究方向?yàn)橛泊嗖牧?、?fù)合材料、難加工金屬材料的高效精密加工技術(shù)與裝備、數(shù)字化制造技術(shù)與理論、刀具表面涂層技術(shù)及裝備、生物制造及3D打印技術(shù)等。團(tuán)隊(duì)在高速切削、重型裝備基礎(chǔ)理論與開(kāi)發(fā)、煤礦機(jī)械等方面也有研究，并獲得了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果。團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物及學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表論文500余篇(其中SCI檢索120余篇，EI收錄218篇)，出版專(zhuān)著7部。承擔(dān)863、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目20余項(xiàng)、省部級(jí)項(xiàng)目17項(xiàng)，研究成果獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)5項(xiàng)，國(guó)家技術(shù)市場(chǎng)金橋獎(jiǎng)1項(xiàng)。完成了具有單向和多維振動(dòng)的超聲加工中心、超聲立式珩磨，超聲珩鉸、超聲橢圓車(chē)削、超聲微孔鉆削、超聲拋光、超聲非圓曲面研磨、超聲切割裝備以及超聲毛化、超聲鋸切、超聲拉伸等20余種超聲加工系列裝備，獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利80余項(xiàng)，其中40余項(xiàng)科研成果獲得轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)讓經(jīng)費(fèi)1 200余萬(wàn)元。研發(fā)的超聲刀柄系列已大批量應(yīng)用到3C產(chǎn)品加工；研發(fā)的泥漿泵工程陶瓷缸套，超聲珩磨和車(chē)削裝備系列等已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)12.5億元。

超聲波由于所具有的優(yōu)良特性目前已廣泛應(yīng)用于測(cè)量、清洗、育種、醫(yī)療、材料成型、機(jī)械加工等領(lǐng)域。特別是隨著新材料的發(fā)展和航空航天高性能構(gòu)件的高效精密制造需要，超聲加工技術(shù)作為一種新興的加工方法受到國(guó)內(nèi)外研究者和工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注，成為高效精密制造領(lǐng)域的主要發(fā)展方向之一。

1 超聲振動(dòng)加工系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

超聲振動(dòng)加工系統(tǒng)主要由超聲振動(dòng)系統(tǒng)和電能無(wú)線傳輸系統(tǒng)組成：超聲振動(dòng)系統(tǒng)主要由超聲電源、超聲換能器、變幅桿以及工具頭組成；電能無(wú)線傳輸系統(tǒng)主要由固定于機(jī)床主軸端的發(fā)射盤(pán)和固定于刀柄上的接受盤(pán)構(gòu)成，兩盤(pán)相對(duì)形成一個(gè)特定的感應(yīng)器完成電能的無(wú)線傳輸。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)超聲振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、工作方式、振動(dòng)維數(shù)和振動(dòng)方式及其應(yīng)用等進(jìn)行了大量研究，并取得了一定的進(jìn)展。

1.1 超聲換能器研究

超聲換能器主要有由2種，分別是PZT壓電換能器和磁致伸縮換能器。到目前為止，PZT壓電換能器由于響應(yīng)快、聲電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢(shì)被機(jī)械加工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

壓電換能器目前主要研究新型大功率壓電材料，壓電晶體片疊堆的組合方式、鑲拼形式、幾何形狀以及片數(shù)等對(duì)換能器的功率容量、機(jī)電轉(zhuǎn)換效率、系統(tǒng)固有頻率的影響等。磁致伸縮換能器由于對(duì)溫度敏感、頻率低、振幅小的特點(diǎn)，使用時(shí)需要水套冷卻等機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而應(yīng)用較少。目前研究主要集中在大功率超磁致伸縮材料上，如CU18A磁致伸縮換能器工作頻率可以達(dá)到12～15 kHz，振幅達(dá)6～10 μm；北京交大研制的超磁致伸縮材料可在不用變幅桿的條件下?lián)Q能器直接輸出10 μm以上的振幅。

此外，由于使用時(shí)換能器需要和變幅桿匹配，一般只有一個(gè)共振頻率，如想改換頻率就需要更換新的換能器和變幅桿，為工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)諸多不便。因此，在換能器研究方面，復(fù)頻換能器及純扭轉(zhuǎn)振動(dòng)換能器也是目前研究的重點(diǎn)。

1.2 變幅桿的研究

變幅桿是振動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。換能器端部輸出的振幅太小，不能滿足加工需要，因此需要將振幅通過(guò)變幅桿放大。目前常用的單一方向振動(dòng)變幅桿有指數(shù)型、圓錐型、階梯型、懸鏈線型等單一曲線的變幅桿。復(fù)合型變幅桿、多級(jí)放大變幅桿以及適應(yīng)于特定場(chǎng)合特殊要求的變幅桿等均是研究的熱點(diǎn)。不同曲線型的縱-扭復(fù)合振動(dòng)變幅桿，徑-扭復(fù)合振動(dòng)變幅桿，雙彎曲振動(dòng)變幅桿，橢圓振動(dòng)變幅桿等二維振動(dòng)變幅桿，由于在應(yīng)用中顯示出優(yōu)良效果，也成為研究的重點(diǎn)。

目前在超聲加工以及超聲強(qiáng)化中應(yīng)用較多的是雙彎曲、縱-扭復(fù)合、徑-扭復(fù)合橢圓振動(dòng)變幅桿。此外相對(duì)于幅頻換能器，研究復(fù)頻變幅桿也是目前本領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。

2 超聲加工技術(shù)的應(yīng)用

2.1 難加工材料的加工

難加工材料如硬脆材料、復(fù)合材料、高溫合金等，由于性能特殊，傳統(tǒng)的加工方法難以勝任。目前常采用的加工方法有超聲加工及超聲復(fù)合加工等，如超聲車(chē)、銑、磨、珩、鉆、鉸、拉、研、拋、擠壓等，和超聲-激光復(fù)合、超聲-電火花復(fù)合、超聲-高速?gòu)?fù)合、超聲-ELID(電解在線修整)復(fù)合等。

研究的重點(diǎn)集中在這些復(fù)合加工的高效高精度切削機(jī)理，切削參數(shù)、超聲參數(shù)與表面完整性、表面抗疲勞性等形性之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，研究這些超聲復(fù)合方法及其加工參數(shù)對(duì)被加工表面與亞表面損傷的影響，以及對(duì)加工表面的形性進(jìn)行預(yù)測(cè)和主動(dòng)控制。

2.2 弱剛性零件的加工

超聲加工的切削力小，在薄壁零件及一些弱剛性零件加工中有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。常見(jiàn)的加工對(duì)象有小深孔，微小細(xì)長(zhǎng)軸，薄殼類(lèi)零件(壁厚小于2 mm)等。

在航空航天領(lǐng)域，采用超聲復(fù)合磨削碳化硅顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料(SiCp/Al)時(shí)，刀具耐用度可以提高3倍以上，同時(shí)在零件的入口、中間邊緣以及出口處可以有效地抑制崩邊和裂紋擴(kuò)展。采用超聲橢圓振動(dòng)銑削加工鈦合金、金屬間化合物等制成的薄壁結(jié)構(gòu)，切削力可以下降70%，形位精度可以提高40%以上。加工高速軸承上的直徑小于1 mm的孔，同樣條件下超聲加工可以一次完成17個(gè)孔，普通加工最多可以加工2個(gè)孔，耐用度可以達(dá)到普通加工的8～9倍。采用大振幅超聲切割蜂窩材料，由于超聲的巨大能量，在刀刃與材料接觸的瞬間，很容易將材料分子間的結(jié)合鍵直接切斷，使切割表面幾乎沒(méi)有拔絲、碎屑或毛刺現(xiàn)象。

2.3 超聲表面光整強(qiáng)化

將超聲振動(dòng)與常規(guī)的光整加工相復(fù)合，可以完成精密零件的超聲表面強(qiáng)化。超聲表面強(qiáng)化分為超聲噴丸強(qiáng)化和超聲擠壓強(qiáng)化。

超聲噴丸強(qiáng)化是依靠大功率超聲作為驅(qū)動(dòng)能量對(duì)表面進(jìn)行噴丸，多用于焊接件的強(qiáng)化，如用超聲噴丸強(qiáng)化技術(shù)處理氧化鋁氧化鋯陶瓷，使其表面產(chǎn)生較高的殘余壓應(yīng)力，大大提高了材料的抗斷裂性能。學(xué)界還發(fā)現(xiàn)超聲噴丸可以有效矯正焊接結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)變形。

超聲擠壓強(qiáng)化是通過(guò)在工具頭施加預(yù)壓力和高頻縱向振動(dòng)沖擊工件表面，熨平工件表面的微觀峰谷，使其產(chǎn)生塑性變形強(qiáng)化而形成殘余壓應(yīng)力，從而提高零件的抗疲勞性。超聲強(qiáng)化可以比普通擠壓強(qiáng)化的次數(shù)(最多2次)多數(shù)倍，同時(shí)平均擠壓力小、壓應(yīng)力深度大，表面層硬度明顯高于常規(guī)擠壓的，不僅表層/亞表層的晶粒均勻細(xì)化程度好，且表面粗糙度比常規(guī)的可提高一個(gè)級(jí)別。如河南理工大學(xué)采用超聲擠壓強(qiáng)化高強(qiáng)齒輪，使齒輪的抗彎曲疲勞性能提高了7～8倍。

近些年來(lái)，隨著抗疲勞制造技術(shù)的提出，超聲強(qiáng)化已成為許多高性能零件制造的一種新方法。目前在超聲強(qiáng)化技術(shù)研究方面，高性能零部件的多維超聲振動(dòng)復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)成為本領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

2.4 超聲加工表面的微結(jié)構(gòu)及其性能研究

超聲加工中刀具的高頻振動(dòng)，會(huì)在被加工表面留下典型的微結(jié)構(gòu)。超聲加工工表面的研究方向之一就是研究這些微結(jié)構(gòu)的形狀、幾何特征與加工參數(shù)之間的關(guān)系及表征，以及微結(jié)構(gòu)的潤(rùn)濕性、摩擦特性和生物學(xué)特性。山東大學(xué)和河南理工大學(xué)完成了典型超聲加工表面的一些前期研究，建立了超聲加工參數(shù)與表面微結(jié)構(gòu)特征的預(yù)測(cè)模型，取得了部分有益的研究結(jié)果。

另一方面，利用多維超聲振動(dòng)切削力小的特點(diǎn)，基于單點(diǎn)金剛石車(chē)床，將超聲振動(dòng)附加在刀具上，與快刀伺服或慢刀伺服加工相配合，采用微端銑、微鑿切的方法，完成對(duì)光學(xué)器件表面微織構(gòu)陣列的刻劃，也是目前利用超聲加工研究表面微織構(gòu)應(yīng)用的熱點(diǎn)。如日本東京大學(xué)利用橢圓超聲車(chē)削裝置加工光學(xué)零件、微透/反射鏡陣列，集成成像和顯示系統(tǒng)，研究光場(chǎng)相機(jī)和裸眼3D電視等；華中科技大學(xué)、集美大學(xué)等也對(duì)表面微織構(gòu)的刻劃進(jìn)行了研究，并取得了較好的結(jié)果。

2.5 超聲在生物制造領(lǐng)域的應(yīng)用

超聲骨鉆與超聲骨刀是超聲骨切削領(lǐng)域中應(yīng)用研究最多的2個(gè)方面。

手術(shù)中使用常規(guī)骨鉆易導(dǎo)致分層、微裂紋及高溫，嚴(yán)重影響手術(shù)植入部位附近的細(xì)胞再生，不利于骨愈合，甚至?xí)斐晒峭黄坪蛪乃?。超聲骨鉆可以通過(guò)控制頻率，解決皮質(zhì)骨鉆孔的分層問(wèn)題；通過(guò)提高轉(zhuǎn)速和降低進(jìn)給的方式，減少裂紋數(shù)量和裂紋尺寸；通過(guò)改變振幅等參數(shù)，減少鉆骨術(shù)中產(chǎn)生的應(yīng)力，降低手術(shù)溫升，改善骨表面性能，減小骨損傷。目前該方面的研究主要集中在鉆削生物骨質(zhì)材料的力模型和熱損傷預(yù)測(cè)等。日本東京大學(xué)開(kāi)展的二維橢圓超聲振動(dòng)鋸切骨質(zhì)試驗(yàn)表明：通過(guò)提高振動(dòng)頻率、振幅和鋸切速度可以有效減少鋸切力和切削溫度，極大減少骨損傷。

超聲骨刀主要利用超聲空化、高強(qiáng)度聚焦、機(jī)械碎裂效應(yīng)等原理，研究如何減少手術(shù)時(shí)間、控制術(shù)后引流、降低出血和疼痛等。目前軟組織的超聲切割也是研究的熱點(diǎn)，主要集中在建立高頻電刀切割組織的熱損傷模型，如何抑制術(shù)中出血、減少組織損傷、避免術(shù)后并發(fā)癥等方面。

2.6 其他應(yīng)用

除上述應(yīng)用外，超聲加工在機(jī)械熱加工領(lǐng)域和3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用同樣廣泛，如超聲焊接、超聲攪拌、超聲擠壓成型、血管打印、金屬零件打印等。

超聲焊接是利用超聲波的熱效應(yīng)，通過(guò)聲能和熱能的相互轉(zhuǎn)換，將材料融化連接；超聲攪拌可使輕質(zhì)合金在凝固時(shí)的組織晶粒細(xì)化均勻，提高材料的強(qiáng)度；超聲擠壓成型主要用于有色金屬的溫?cái)D壓等工藝，通過(guò)超聲振動(dòng)減少材料的變形抗力，增強(qiáng)其塑性變形能力，并使材料組織晶粒細(xì)化，提高尺寸精度和表面質(zhì)量。

在3D金屬零件打印方面，超聲可改善零件材料的鑄態(tài)特點(diǎn)。通過(guò)定向超聲振動(dòng)改變金屬打印中的材料流向，減少材料的微裂紋、氣孔和疏松、晶粒粗大等缺陷，提高被打印零件的性能。超聲3D打印研究不僅集中在熱導(dǎo)率較低的TC4、TA15鈦合金、高溫合金等材料上，對(duì)于熱導(dǎo)率較高的銅合金和鋁合金等材料的研究也十分活躍，研究的重點(diǎn)在于打印后的零件成形尺寸精度和零件的機(jī)械性能改善等方面。應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的血管支架超聲3D打印也是研究的重要內(nèi)容。

3 超聲加工技術(shù)的發(fā)展方向

超聲加工以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為近年來(lái)快速發(fā)展的一種特種加工技術(shù)。首先，超聲不受被加工材料特性的限制，加工中也不會(huì)使材料產(chǎn)生化學(xué)變化。此外，超聲加工的切削力小、切削熱少及空化效應(yīng)等，不僅適用于弱剛性零件的加工，且會(huì)因高頻熨壓作用而在工件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)表面組織的納米化并改善其硬化程度，提高材料的疲勞強(qiáng)度。超聲加工也適用于對(duì)復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的高效精密超精密加工。目前超聲加工技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已非常廣泛，如半導(dǎo)體、高速列車(chē)、汽車(chē)制造、光學(xué)器件、醫(yī)療工業(yè)、民用食品等領(lǐng)域；隨著空間領(lǐng)域和國(guó)防領(lǐng)域等尖端技術(shù)材料的發(fā)展，超聲加工已成為精密超精密制造領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。

3.1 超聲振動(dòng)加工系統(tǒng)的研究

電源是超聲加工的關(guān)鍵部件。目前電源的研究主要集中在電源的智能化上，如使超聲加工系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)功能及自適應(yīng)功能；研究電源與振動(dòng)加工系統(tǒng)的自動(dòng)匹配，加工過(guò)程中隨負(fù)載和環(huán)境條件變化的精確自動(dòng)跟蹤，以及適應(yīng)加工需求的恒定振幅等。

換能器研究主要集中在大功率與大振幅換能器上。除高性能換能器晶片材料外，復(fù)頻換能器也是近年來(lái)研究的重點(diǎn)。此外，大倍數(shù)變幅桿、復(fù)合變幅桿和復(fù)頻變幅桿及其設(shè)計(jì)方法也是研究的重點(diǎn)。

研究復(fù)雜聲學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新理論新方法，如非均質(zhì)材料非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的聲學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，振動(dòng)方式多次轉(zhuǎn)換的復(fù)雜聲學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法等。此外，為保證超聲系統(tǒng)聲能高效傳輸，研究其制造方法及裝配技術(shù)等也是關(guān)鍵問(wèn)題，如聲學(xué)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)與理論等。

超聲系統(tǒng)能否成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，其穩(wěn)定性是決定因素。超聲系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究包括：換能器的穩(wěn)定性，電源的穩(wěn)定性，無(wú)線傳輸系統(tǒng)與聲學(xué)系統(tǒng)的適配性以工作穩(wěn)定性等。目前超聲系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性研究是聲學(xué)系統(tǒng)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)問(wèn)題之一。

3.2 超聲加工應(yīng)用技術(shù)方面

目前超聲加工應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，主要表現(xiàn)在超聲復(fù)合加工技術(shù)上，諸如超聲高速?gòu)?fù)合加工，超聲電火花復(fù)合加工，超聲激光復(fù)合加工，超聲-ELID超精密加工，超聲磁力復(fù)合研磨拋光，超聲電解復(fù)合加工，超聲微細(xì)加工等等，復(fù)合的目的就是解決難加工材料的精密高效問(wèn)題，特別是解決難加工材料表面亞表面損傷機(jī)制及形性預(yù)測(cè)預(yù)控等。因此超聲復(fù)合加工技術(shù)的精密高效將成為近一個(gè)時(shí)期的重點(diǎn)研究方向。

在表面微結(jié)構(gòu)的生物學(xué)特性，摩擦磨損特性研究方面，研究超聲加工參數(shù)與微結(jié)構(gòu)性能之間的規(guī)律和生物學(xué)特性及其應(yīng)用，是超聲加工表面應(yīng)用研究的另一個(gè)方面，而利用多維超聲復(fù)合加工光學(xué)元器件的特殊微織構(gòu)，研究其加工參數(shù)與微結(jié)構(gòu)性能之間的規(guī)律及應(yīng)用效果等是近些年研究的熱點(diǎn)。

在超聲醫(yī)療方面，研究超聲在手術(shù)器械中的應(yīng)用及超聲參數(shù)對(duì)醫(yī)療效果的影響也是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)和方向。而超聲增材制造、焊接微塑形成形等新型工藝同樣具備諸多優(yōu)勢(shì)，將會(huì)成為未來(lái)研究發(fā)展的潮流，得到更加廣泛的應(yīng)用。

特別是近年來(lái)隨著新材料的出現(xiàn)和國(guó)防航空航天等尖端技術(shù)的發(fā)展需求，采用多維超聲復(fù)合對(duì)典型難加工材料納米表面的加工方法和技術(shù)進(jìn)行研究，仍將成為精密超精密領(lǐng)域研究的一個(gè)主要方向。

4 本期論文點(diǎn)評(píng)

《硬脆材料超聲輔助磨削技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望》

丁 凱，等；第5頁(yè)

硬脆材料超聲輔助磨削是超聲加工領(lǐng)域近二十年來(lái)一直研究的熱點(diǎn)。作者在閱讀大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)硬脆材料的超聲輔助磨削技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)。首先對(duì)不同超聲振動(dòng)條件下的硬脆材料超聲輔助磨削加工機(jī)理及特性進(jìn)行了概括；在此基礎(chǔ)上，對(duì)硬脆材料超聲振動(dòng)輔助作用下的延性域磨削機(jī)理、超聲輔助磨削時(shí)振動(dòng)參數(shù)與磨削工藝參數(shù)的匹配性進(jìn)行綜述；最后展望了硬脆材料超聲輔助磨削技術(shù)的發(fā)展。

論文提出了超聲輔助磨削技術(shù)需要加強(qiáng)的研究方面，其認(rèn)識(shí)比較到位：超聲振動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性及超聲輔助磨削過(guò)程中振動(dòng)振幅的實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)問(wèn)題；基于磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的砂輪工作層磨粒排布方式，研制適應(yīng)超聲磨削的砂輪問(wèn)題；由于硬脆材料磨削時(shí)的脆-延轉(zhuǎn)變機(jī)理存在2種截然不同的觀點(diǎn)，因此需要進(jìn)一步深入研究硬脆材料的超聲無(wú)損傷和少損傷磨削機(jī)理。這對(duì)硬脆材料超聲磨削理論及其工程化應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

論文對(duì)超聲磨削中力熱耦合的作用機(jī)理及相應(yīng)效果論述不足。

《超聲振動(dòng)輔助ELID復(fù)合內(nèi)圓磨削系統(tǒng)中大負(fù)載變幅器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用》

賈曉鳳，等；第15頁(yè)

ELID磨削是由日本大森整教授提出的采用固結(jié)砂輪進(jìn)行超精密磨削加工的新方法，通過(guò)電解使砂輪在磨削過(guò)程中實(shí)時(shí)修整保持磨粒鋒銳實(shí)現(xiàn)納米表面加工。為了進(jìn)一步探索提高ELID磨削質(zhì)量和效率的途徑，作者針對(duì)陶瓷內(nèi)孔加工提出了超聲ELID復(fù)合磨削方法。

為解決超聲ELID復(fù)合內(nèi)圓磨削的聲學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，研究了狹小空間內(nèi)弱剛性大負(fù)載變幅器的設(shè)計(jì)理論及優(yōu)化方法，獲得了滿足幾何尺寸、應(yīng)力及振動(dòng)頻率和振幅要求的變幅器，通過(guò)超聲ELID復(fù)合磨削與單一ELID內(nèi)圓磨削實(shí)驗(yàn)比較，獲得了同樣條件下表面粗糙度降低44.2%、工件三維形貌更加平整、砂輪表面狀況獲得改善等結(jié)果。所提出的內(nèi)圓超聲ELID復(fù)合磨削系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法具有重要的參考價(jià)值。

盡管給出了磨削表面的粗糙度結(jié)果，但對(duì)砂輪表面在磨削過(guò)程中復(fù)合修銳的形貌、修整效果及磨削效率的研究較少，給人以實(shí)驗(yàn)不充分的感覺(jué)。

《基于旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)的氧化鋯陶瓷小孔磨削加工質(zhì)量研究》

王宗偉，等；第24頁(yè)

陶瓷小深孔加工一直是一個(gè)較難的工藝問(wèn)題，常規(guī)的加工刀具耐用度低，孔容易走偏，且表面粗糙度較差。作者在DMG Ultrasonic70-5型超聲振動(dòng)精密加工中心上，采用直徑為1.0 mm的鎳基電鍍金剛石刀具磨頭，對(duì)陶瓷材料小孔進(jìn)行了磨削試驗(yàn)研究。

作者分析了磨粒在縱向振動(dòng)下的磨削時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及在本試驗(yàn)條件下磨粒切削時(shí)滿足的分離條件；研究了主軸轉(zhuǎn)速、超聲功率以及進(jìn)給速度對(duì)小孔表面粗糙度的影響規(guī)律。研究結(jié)果對(duì)于電鍍金剛石磨頭加工硬脆材料小孔的工程應(yīng)用均有較大參考價(jià)值。

研究中的聲學(xué)參數(shù)對(duì)粗糙度的影響考慮較少，僅考慮了功率百分比，此外陶瓷小深孔超聲加工的孔的精度、偏斜度等亦應(yīng)進(jìn)行深入研究。

《金剛石磨粒超聲振動(dòng)刻劃BK7玻璃的亞表面損傷研究》

王 洋，等；第29頁(yè)

光學(xué)元器件的精密超精加工，表面和亞表面損傷問(wèn)題一直是該研究領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。作者針對(duì)光學(xué)玻璃磨削加工中出現(xiàn)的亞表面損傷嚴(yán)重等問(wèn)題，提出采用超聲振動(dòng)輔助加工方法對(duì)BK7玻璃進(jìn)行刻劃試驗(yàn)，以研究光學(xué)玻璃超聲加工時(shí)的亞表面損傷機(jī)理。

作者建立了BK7玻璃材料的本構(gòu)模型，模擬分析了超聲振動(dòng)對(duì)BK7玻璃刻劃過(guò)程中材料去除機(jī)理的影響規(guī)律，設(shè)計(jì)了超聲振動(dòng)刻劃實(shí)驗(yàn)，研究了超聲振動(dòng)功率、刻劃速度和刻劃深度對(duì)亞表面裂紋的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：超聲刻劃相比于普通刻劃，亞表面裂紋深度最大下降了24.4%，隨著刻劃速度的增大，刻劃后溝槽底部的亞表面裂紋最大深度逐漸增大，隨著溝槽截取深度的增大，亞表面裂紋最大深度整體上呈逐漸上升的趨勢(shì)并出現(xiàn)明顯的分級(jí)情況。研究結(jié)論，對(duì)于光學(xué)玻璃的超聲加工表面亞表面損傷研究具有重要的參考價(jià)值。

文章對(duì)超聲頻率及刻劃溫度對(duì)亞表面損傷的影響研究不足，此外給出亞表面損傷的照片也不夠典型。