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一、脆性材料旋轉超聲加工

旋轉超聲加工（RUM）在脆性材料加工領域有著廣泛的應用，該加工方式由普通磨削和超聲振動復合而成，是一種針對硬脆材料加工技術難題的特種加工工藝。旋轉超聲加工的刀具大多在刀頭位置電鍍一層金剛石或CBN等高硬度材料，且刀具在加工過程中會在高速旋轉的同時沿刀具軸線作微米級超聲頻振動，可有效降低切削力、殘余應力和表面損傷，提高加工精度和效率，延長刀具壽命。由圖3所示的旋轉超聲鋸切藍寶石的效果圖可明顯看出，引入超聲振動后，減少了塑性去除比例，不再出現(xiàn)大塊剝落。

旋轉超聲加工包含三種加工形式：鉆孔、端面銑削和側面銑削，其材料去除機理見圖4。其中，鉆孔與端面磨削加工中刀具端面的磨粒與工件材料在超聲振動的作用下產(chǎn)生周期性的切削和分離，并附加有錘擊效果。這一工藝特性對硬脆材料的高硬度與低斷裂韌性有良好的針對作用，引起了國內(nèi)外學者的廣泛關注，進行大量研究，總結出旋轉超聲加工的諸多優(yōu)勢。

在降低切削力方面，旋轉超聲加工時磨粒與工件有周期性的高頻分離，切削區(qū)域被打開，切削液可進入，改善了潤滑和冷卻情況，且加工過程中的高頻錘擊使加工表面粉末化、切削力降低。為解析旋轉超聲加工切削力的降低機理，研究學者以理論建模及調(diào)整工藝參數(shù)等方式進行了大量研究。華僑大學朱旭等利用旋轉超聲加工鋸切藍寶石之后發(fā)現(xiàn)，徑向切削力相比普通鋸切下降50%~80%，軸向力下降35%~50%。

當前國內(nèi)外學者對旋轉超聲加工表面粗糙度的研究相對較少且存在較大的爭議，即對旋轉超聲加工是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的研究結果更多地支持旋轉超聲加工在側面磨削加工或V型槽加工中可顯著降低表面粗糙度的情況，而鉆孔與端面磨削加工增大表面粗糙度的情況更多，但可通過提高主軸轉速、降低切削深度和進給量并匹配合適的超聲參數(shù)的方式降低表面粗糙度。

提高加工效率是旋轉超聲加工的一個重要優(yōu)勢，主要體現(xiàn)為材料去除率增加。特別是在恒力進給條件下，旋轉超聲加工的材料去除率相比普通磨削顯著提高。目前旋轉超聲加工在硬脆性材料加工領域相比普通磨削有顯著優(yōu)勢，但當前超聲振動下的材料去除機理研究并不深入。深入研究去除機理可進一步揭示旋轉超聲加工的表面粗糙度規(guī)律和亞表面損傷形成機理，對旋轉超聲加工工藝的推廣有重要意義。

二、超聲拋光

超聲振動拋光的原理是對工件或變幅桿施加超聲振動，使磨料懸浮液中的磨粒與工件產(chǎn)生相對運動，以達到?jīng)_擊、拋磨的效果，可提高拋光速度和均勻性、降低表面粗糙度。印度理工學院Kala等使用磁場輔助超聲拋光，改善了黃銅表面的光潔度。Jeffrey等分別對變幅桿和拋光盤施加橫向超聲振動，發(fā)現(xiàn)橫向超聲振動以攪動懸浮液的形式作用于硅片，提高拋光均勻性。許文虎等進行了有無超聲拋光藍寶石的對比實驗，發(fā)現(xiàn)超聲振動輔助拋光去除率是無超聲的兩倍且表面粗糙度降低，

超聲振動輔助拋光在機械拋光、化學拋光、磁流變拋光、離子束拋光等多個拋光類別均有應用，并取得了一定的改善效果。然而，當前超聲拋光過程中的材料去除機理研究還不夠深入，特別是超聲空化作用對已加工表面的表面完整性的影響機制尚未揭示，因此需要進一步加強基本理論的研究。