超声加工技术的发展及其在航空航天制造中的应用潜能_郑书友
超声波加工技术的研究与应用
超声波加工技术的研究与应用超声波是指频率大于20 kHz的机械波，因其具有易于调节、浅表性加工等优势，近年来在加工领域得到广泛应用，成为一种重要的新兴加工技术。
本文将从超声波加工技术的原理、特点、研究现状以及应用领域四个方面进行阐述。
一、超声波加工技术的原理超声波加工技术的核心原理是利用超声波传导的机械振动引起物体的微小位移，从而实现加工目的。
超声波加工技术通常采用高频振荡器产生超声波，其能量通过声波振幅传递到加工工具，再通过工具的振动作用于被加工物体。
这种超声波传导的振动能量有强烈的破坏性，可以使材料迅速产生渐进性断裂，从而进行相应的加工。
超声波加工技术可分为振动智能控制，超声冲击波加工控制，超声波整理和超声波车削几类。
二、超声波加工技术的特点超声波加工技术具有以下特点：（1）易于调节。
由于超声波频率可随意变换，所以加工过程中易于调控，不会对材料本身造成过大的损伤。
（2）针对表面加工。
由于超声波加工的振动频率大，因此只能实现浅表性的加工，通常用于表面修整、去毛刺、去污等精细处理。
（3）高效节能。
超声波加工技术的加工效率高，同时由于其加工方式具有局部性，因此能够充分利用能量，达到高效节能的目的。
三、超声波加工技术的研究现状目前，国内外对于超声波加工技术的研究大部分集中于超声波加工的机理、材料性能变化、加工参数优化等方面。
近年来，超声波加工技术在新材料加工领域得到广泛应用，如新型金属材料、高强度焊接材料等都可以用超声波加工来进行修整、加工、处理等。
此外，超声波加工技术还在精密加工、微机械加工等领域得到广泛应用，其中最典型的应用就是超声波打孔技术，多用于石英和陶瓷等硬质材料的加工。
四、超声波加工技术的应用领域超声波加工技术具有广泛的应用领域。
其中，应用最广的无疑是超声波手术刀，已成为现代微创手术的首选器械。
同时，在汽车、航空、航天、军工等领域，超声波加工技术也得到了广泛的应用，如超声波焊接、超声波清洗、超声波测厚等。
超声检测技术在航空设计中的应用探究
超声检测技术在航空设计中的应用探究航空工业一直是科技发展的重要领域，而在飞机的设计制造中，探伤技术的应用则尤为重要。
探伤技术是对材料内部缺陷进行无损检测的方法，超声检测技术是其中的重要手段之一。
在这篇文章中，我们将探讨超声检测技术在航空设计中的应用探究。
一、超声检测技术的原理超声检测技术是一种利用超声波在固体材料中传播的物理特性探测内部缺陷的方法。
其基本原理是向被检测物体的表面或内部发射超声波，通过接收这些波的反射信号和散射信号判断被检测物体内部是否存在缺陷。
二、超声检测技术在航空设计中的应用在航空领域，超声检测技术主要应用在飞机材料的无损检测、引擎制造、飞机结构件的定期检测等方面。
1.飞机材料的无损检测在飞机设计中，超声检测技术常常用于检测机身、机翼、尾翼等结构件中的缺陷。
常见的缺陷包括裂纹、空蚀、夹杂、无肉区等。
通过超声检测技术可以对这些缺陷进行精准的定位和准确的评估，以保证飞机的安全性和可靠性。
2.引擎制造在引擎制造中，超声检测技术可以用于检测机械零件、涡轮叶片等零部件的质量。
这些零部件通常需要经过高温和高压的环境，如果存在缺陷可能会导致引擎故障。
通过超声检测技术可以对这些零部件进行质量控制和缺陷检测，以保证引擎的安全可靠。
3.飞机结构件的定期检测在飞机使用过程中，飞机结构件会经历长期的重复载荷，容易发生疲劳裂纹、腐蚀等缺陷。
这些缺陷如果不及时检测和修复，可能会导致飞机事故。
因此，超声检测技术在飞机结构件的定期检测中也非常重要。
三、超声检测技术的优势和局限超声检测技术具有高精度、高灵敏度、非破坏性等优势，并且可以对大多数材料进行检测。
然而，该技术也存在一些局限性。
由于超声波在传播中会发生衍射、散射、反射等现象，因此超声检测技术有时难以准确定位缺陷的位置和大小。
对于复杂的结构件，如复合材料，超声检测技术的应用也还需要进一步研究和探索。
四、结论与展望在航空领域，超声检测技术在飞机制造和维护中发挥着不可替代的作用。
超声波加工技术在航空航天领域的应用研究
超声波加工技术在航空航天领域的应用研究摘要：航空航天领域对于材料的高精度加工要求较高，超声波加工技术作为一种非传统的加工方式，其在提高材料加工质量、加工效率以及降低能源消耗等方面具有巨大潜力。
本文通过对超声波加工技术在航空航天领域的应用研究进行综述，探讨了超声波加工技术在航空航天领域的应用现状、发展趋势和存在的挑战，并提出了进一步研究的方向和建议。
1. 引言航空航天领域作为国家重点发展的高科技产业，对于材料的高精度加工需求不断增加。
传统的机械加工方式在这种高要求下难以满足需求，因此需要寻求新的加工技术。
超声波加工技术由于其高精度性、非热性和非接触性等特点，逐渐引起了航空航天领域的关注。
2. 超声波加工技术的原理与特点超声波加工技术是利用超声波的机械振动作用在材料表面进行加工的一种方法。
其主要特点包括：高频率、小振动幅度、非热性、非接触性以及微观级别的加工能力等。
3. 超声波加工技术在航空航天领域的应用现状3.1 非金属材料加工超声波加工技术在航空航天领域的应用主要集中在非金属材料加工方面。
航空航天领域使用大量的非金属材料，如碳纤维复合材料、陶瓷材料等，这些材料具有高强度、轻质化、抗氧化等特点。
超声波加工技术在非金属材料的切割、打磨、修复等方面展现了其高效和高精度的加工能力。
3.2 金属材料加工超声波加工技术在航空航天领域的金属材料加工方面也有一定的应用。
例如，超声波振动切削加工技术可以用于金属材料的钻孔、铣削等精细加工过程。
此外，超声波振动焊接技术在航空航天领域的金属焊接方面也具有广泛的应用，能够实现不同金属材料之间的高强度连接。
4. 超声波加工技术的发展趋势4.1 提高加工效率当前，超声波加工技术在航空航天领域的应用中，仍然存在加工效率较低的问题。
未来的发展方向应当是提高加工效率，进一步缩短加工时间，降低加工成本。
4.2 拓宽加工材料范围目前，超声波加工技术主要应用于非金属材料和某些金属材料的加工。
航空制造中的超声波检测技术研究
航空制造中的超声波检测技术研究随着科技的不断发展，飞行安全成为了世界范围内关注的热点话题。
航空制造业是飞行安全的重要组成部分之一。
在制造过程中，质量问题可能会导致空难等严重后果。
因此，对于飞机部件的质量控制至关重要。
其中，超声波检测技术是一种非常先进且可靠的检测方法，已经被广泛应用于航空制造领域。
一、超声波检测技术超声波是机械波的一种，是指频率大于人类能够听到的上限20kHz（单位：千赫兹）的声波。
在航空制造领域中，通常使用的是20kHz~100MHz之间的超声波。
超声波检测技术是利用超声波在材料中的传播、反射、穿透等特性来检测材料内部缺陷的一种技术。
当超声波遇到材料中的界面或缺陷时，会发生反射和折射，这种波与原波之间的差异可以用来检测材料中的缺陷。
二、航空制造中的超声波检测技术应用航空材料主要包括金属材料和非金属材料。
金属材料主要包括铝合金、钛合金等；非金属材料主要包括复合材料等。
超声波检测技术在对这些材料进行质量控制时具有以下优点：1.非破坏性检测超声波检测技术不会对被检测物体造成损伤，是一种非破坏性检测方法。
这种优点非常重要，因为如果使用破坏性检测方法来检测材料，将会浪费成本和资源，并且有可能破坏已经制作好的部件。
此外，由于不破坏材料，超声波检测技术还可以用于再利用材料。
2.高准确性超声波检测技术对材料内部缺陷的检测准确度非常高，可以检测到极小的缺陷。
在航空制造领域中，构成飞行器的结构件必须在材料中无缺陷，并且缺陷的精度大小和位置是非常重要的。
采用超声波检测技术可以探测各种缺陷，如：小裂纹、孔洞、异物、疲劳等缺陷。
3.高效性随着航空制造产业的发展和技术的进步，自动化生产已成为趋势。
超声波检测技术也可以实现自动化生产的要求。
由于需要对每个零件进行检测，这种自动化检测可以提高生产效率。
4.可追溯性超声波检测技术能够实现数据的保存记录，以便进行追溯分析。
这种可追溯性在控制材料质量及生产制造管理中也是非常关键的。
超声增材制造在航空航天领域的应用进展
超声增材制造在航空航天领域的应用进展摘要：增材制造技术是基于分层制造原理，采用材料逐层累加的方法，直接将数字化模型制造为实体零件的一种新型制造技术。
目前，我国航空工业增材制造标准对于质量检验的一般做法为：借用同类材料锻件超声波检测的标准规定增材制造构件的质量等级，一般要求达到A级或者B级。
本文介绍了超声增材制造技术的基本过程及原理，综述了国内外关于该技术的研究现状，总结了该技术在航空航天领域的应用情况，分析了未来的发展趋势，旨在进一步拓展金属超声增材制造技术在航空航天领域的应用范围。
关键词：超声增材制造；航空航天；应用引言金属增材制造作为先进制造技术的代表，与传统制造工艺相比，在成形原理、原料形态、制件性能等方面发生了根本性转变，能够在无需模具的情况下，通过逐层堆叠离散材料的方法实现大型复杂承力结构件的一体化成形，从而减轻构件质量，缩短生产周期，同时对设计创新、个性制造、控制成本有着强力支撑。
因此，高强铝合金与增材制造技术的结合既能满足航空航天轻质化和高性能的应用需求又能应对高效、低成本的制造挑战，在关键复杂结构件制备领域具有极大的技术优势和广阔的应用前景。
1增材制造概述增材制造这项近年来取得迅猛发展的加工技术，不仅改变了以往对原材料进行切削、组装的生产加工模式，节约了材料和加工时间，而且改变了以装配生产线为代表的大规模生产方式，实现向个性化、定制化的转变。
增材制造技术的进步还将推动新材料、智能制造等领域的快速发展。
在材料方面，研究较多的是陶瓷和金属，石墨烯、复合材料等原材料也获得重视。
在打印技术方面，光固化成形和选择性激光烧结技术是目前研究较多的技术。
混合材料打印、提高打印速度、实现大尺寸制造是各种增材制造技术的发展方向。
在技术应用方面，呈现出日益广泛的趋势，除了汽车制造以外，利用增材制造技术进行定制化、柔性化的先进电池制备，进一步拓展其在航空航天零部件方面的应用，以及将其用于人体生物仿生组织的制备是近期发展的热点。
超声波加工技术在制造业中的应用及发展
超声波加工技术在制造业中的应用及发展超声波加工技术是一种利用超声波对物质进行机械加工、分解、焊接、切割等加工的技术。
它是一种非接触式的加工方式，具有精度高、能耗低、对周围环境污染少等优点，在现代制造业中得到了广泛的应用。
本文将从加工原理、加工方法和应用领域三个方面对超声波加工技术在制造业中的应用及发展进行介绍和分析。
一、加工原理超声波加工技术利用超声波在物质中传播的特性进行加工。
超声波是指频率高于20kHz的机械波，其较高的频率和短波长使得其穿透物质时能够对物质产生微小的振动和摩擦，从而引起物质的变形或者分解，实现加工的目的。
在超声波加工中，超声波通过换能器（transducer）转化成为机械振动，振动的幅度通常为微米级别，而频率通常在20kHz以上。
这种高频机械振动将加工部件（如工具或者刀具）的摩擦系数和压力增加了几倍以上，从而达到了超声波加工的目的。
二、加工方法1. 超声波冲击加工超声波冲击加工利用机械冲击和高频超声波的相互作用，将超声波的能量转化成冲击能量，实现对金属、陶瓷、石材等硬脆材料的加工。
冲击加工具通常是锥形、球形或者螺旋形的，通过超声波的震动驱动，加工部分会发生爆炸性的形变和裂纹，从而实现加工的目的。
超声波冲击加工的优点是能够进行精细加工，但加工速度较慢，只适用于小加工量的生产。
2. 超声波切割加工超声波切割加工是利用超声波在物质中产生的高频振动，通过对切割工具施加高频振动，实现对材料的切割。
切割工具通常是金属薄板、金属丝、钻头和锯片等。
切割时，超声波的能量通过切割工具传递到材料中，使其发生振动和变形，从而实现切割的目的。
超声波切割加工的优点是能够进行高速切割，不会产生粉尘和机床磨损，但是对材料有一定的厚度限制。
3. 超声波焊接超声波焊接是利用超声波在物质中产生的高频振动，通过对金属表面施加振动，从而实现金属的焊接。
焊接时，将金属部分挤压在一起，在部件接触面上施加高频振动，使金属表面微观颗粒之间不断摩擦和碰撞，达到焊接的目的。
超声波辅助加工技术在航空制造中的应用研究
超声波辅助加工技术在航空制造中的应用研究随着航空制造技术的不断创新和发展，越来越多的新技术被应用到航空制造领域中，成为推动该领域发展的重要力量。
其中，超声波辅助加工技术作为一种新兴的加工方法，其应用在航空制造领域中愈发广泛。
超声波辅助加工技术具有许多独特的优点，这些优点使得该技术在航空制造中发挥重要作用，本文将深入探讨超声波辅助加工技术在航空制造中的应用研究。
一、超声波辅助加工技术的特点及优势超声波是指频率高于20kHz的声波，并不可见，但是在我们周围的生活中经常能够感受到其存在。
超声波辅助加工技术就是利用超声波的物理效应来实现材料的加工过程。
具体来说，超声波辅助加工技术是将一定频率的机械振动转换成超声波振动，用其对工件进行压缩和膨胀。
与传统加工方法相比，超声波辅助加工技术具有以下优势：1.高效性超声波辅助加工技术能够实现高速、高效的加工，可以大大节省生产时间和成本。
例如，在钛合金轻量化加工过程中，采用超声波辅助技术可以将加工时间缩短到原先的1/3。
2.高精度超声波辅助加工技术具有高精度的特点，可以精确地控制加工的深度和位置，确保产品的质量和精度。
3.绿色环保超声波辅助加工技术是一种无污染、无噪音的加工方法，对环境十分友好。
4.对于难加工材料的适应性强钛合金等难加工材料在传统加工方法中往往难以加工，而采用超声波辅助加工技术可以轻松地完成加工过程，提高了材料的可加工性。
二、超声波辅助加工技术在航空制造中的应用1.超声波辅助制造复合材料复合材料在航空制造中应用十分广泛，但是其加工难度较大。
通过采用超声波辅助加工技术，可以大大提高制备复合材料的效率和质量。
例如，利用超声波技术可以将碳纤维纱缠绕在轮廓封闭的模具中，然后在高温下固化得到具有确定几何形状的复合材料产品。
2.超声波辅助加工钛合金及难加工材料钛合金是航空制造中重要的材料，但是其加工难度较大。
通过采用超声波辅助加工技术，可以轻松地解决钛合金加工中的问题，从而提高钛合金的加工质量和效率。
超声辅助加工技术在航空制造中的应用研究
超声辅助加工技术在航空制造中的应用研究一、研究背景航空制造是高科技产业的典范，随着市场竞争的激烈化，航空制造企业需要不断提高产品的质量和生产效率，以降低成本，进一步提高竞争力。
超声辅助加工技术是一种在加工过程中使用超声波进行辅助的新型加工方法，具有高效率、高精度、高质量等优点。
本文旨在研究如何将超声辅助加工技术应用于航空制造中。
二、超声辅助加工技术的原理超声波是波长小于2mm的高频声波，具有穿透性、方向性、不易产生副作用等特点，可用于超声振动切削、超声微雕等加工过程中，如图1所示。
图1 超声辅助加工技术原理示意图超声辅助加工技术原理是利用超声波的振动作用，使金属工件产生微小变形，从而改变切削加工过程中的应力状态和摩擦系数，降低加工难度和能耗，同时提高加工精度和表面质量。
三、超声辅助加工技术在航空制造中的应用1、超声振动切削加工超声振动切削加工可以降低材料的切削力和热效应，减少毛刺和热结疤等缺陷，提高加工精度和表面质量。
在飞机发动机制造中，超声振动切削加工可用于加工轴承座、涡轮叶片等关键部件，提高零件的精度和寿命。
2、超声微雕加工超声微雕加工可以制备出复杂形状的微型零件，如航空传感器、微型电池等。
利用扫描和加工控制技术，可以实现高精度、高速度的微雕加工，提高产品的质量和生产效率。
3、超声拉伸成形加工超声拉伸成形加工可以在材料加工过程中对于金属的力调控，降低材料的变形和应力值，提高加工质量和效率。
在航空结构件的制造中，超声拉伸成形加工可以用于制备出高强度、轻质的零部件，提高飞机的载重能力和飞行性能。
四、超声辅助加工技术发展趋势随着高精度、高效率、高质量制造需求的不断增加，超声辅助加工技术得到了快速发展。
超声加工机床的自动化、数字化和智能化程度不断提高，超声辅助加工技术不断创新和改进。
超声辅助加工技术将进一步应用于航空制造中，促进航空制造技术的发展和进步。
五、结论超声辅助加工技术具有高效率、高精度、高质量等优点，在航空制造中的应用研究已经不断发展和深入。
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超声技术在工业中的应用开始于 20 世纪 10 ～ 20 年 代，它是以经典声学理论为基础，同时结合电子技术、计量 技术、机械振动和材料学等学科领域的成就发展起来的一 门综合技术。旋转超声加工是集普通超声加工与磨粒磨削 加工为一体的复合加工，是加工硬脆性材料的一种高效方 法，必将在航空航天制造中具有广阔的应用潜能。
52 航空制造技术·2009 年第 13 期
难加工材料切削技术 Cutting Technology for Difficult-to-Cut Material
表1 国内外旋转超声加工机床技术特征
国家
研制单位
机床名称
主要技术特征
美国 德国
Sonic-Mill 公司
Sonic-Mill 10
转 速：0~8000r/min，中 心 频 率：20KHz，功 率： 500W，适用于小孔加工
特性或状态发生改变，或者使这种状 态改变加快的一门技术。功率超声 在机械加工方面的应用，按其加工工 艺特征大致分为 2 类，一类是带磨料 的超声磨料加工（包括游离磨料和固 结磨料），另一类是采用切削刀具与 其他加工方法相结合形成的超声复 合加工。具体如图 1 所示。
超声加工技术的发展
1927 年，美国物理学家伍德和 卢 米 斯 最 早 作 了 超 声 加 工 试 验，利 用超声振动对玻璃板进行雕刻和快 速钻孔。但当时超声加工并未应用 到工业上，直到大约 1940 年在文献
对于功能晶体材料零件，除要求 满足机械尺寸精度外，还要保证零件 的光学功能特性，传统的加工工艺流 程（磨削后进行研磨和抛光）工序多、 周期长、成本高，相应地产品废品率 较大，特别是脆性光学零件的精密磨 削加工，容易造成加工表面和亚表面 损伤。大量理论和试验研究表明，由 于超声振动的引入，材料在加工过程 中的变形行为、加工机制和刀具受力 状态等会发生完全不同于常规机械 加工的变化，具有特殊的工艺效果， 如切削力小、切削热少，因而不会或 者较少引起加工表面的热损伤以及 由此引起的电 / 化学及光学性质的 变 化，从 而 可 显 著 提 高 零 件 加 工 质 量，并且加工过程平稳，刀具的使用 寿命得以大幅度提高，是脆性材料精 密、高效加工的一种有效方法。而如 何利用这些优势实现光学晶体材料 的精密超声加工，降低加工表面和亚 表面质量损伤，并没有得到充分有效 的发挥和应用。
超声加工技术在航空航天 制造中的应用潜能
现代航空航天制造业已不是传 统 意 义 上 的 机 械 制 造 业，它 是 集 机 械、电子、光学、信息科学、材料科学、 生物科学、激光学和管理学等学科的 最新成就为一体的一个新技术与新 兴工业的综合体。航空航天制造工 程的发展水平对飞机、火箭、导弹、激 光武器和航天器的可靠性和使用寿 命的提高，综合技术性能的改善，研 制和生产成本的降低，甚至总体设计 思想能否得到具体实现均起着决定 性的作用。
华侨大学
旋转超声加工 转 速：0~3500r/min，中 心 频 率：20KHz，功 率：
机床
1000W，适用于直径 φ60mm 以下孔及面加工
完整性好以及速度快，特别适宜金属 基复合材料的切割，但是加工系统复 杂；电火花加工和电化学加工则要 求加工工件具有导电性。旋转超声 加工是集普通超声加工与磨粒磨削 加工为一体的复合加工，是加工硬脆 性材料的一种高效方法，相比其他特 种加工方法，它具有其独特的优势：
旋转超声加工的特点及优势
随着各种先进材料应用需求的 不断扩大，激光加工、高压水切割、电 火花加工、电子束加工和电化学加工 等特种加工方法均得到了较快的发 展，相比传统加工方法，其特色和优 越性得到较好的展示。激光加工的 特点是切缝小、速度快、能大量节省 原材料和可以加工形状复杂的工件， 但是加工表面热损伤很难控制；高 压水切割的特点是切口质量高、结构
DMG 机床
Ultrasonic 50
转 速：0~6000r/min，频 率：17.5~30KHz，功 率： 300W，最小孔径：φ0.3mm，最高精度 0.2μm
英国 Kerry 超声公司
UMT-5
功率：250W，频率：20KHz
日本 超音波工业公司
UMT-7
功 率：450W，频 率：20KHz，加 工 孔 径 φ1.6 ~10mm
等优点，在航空领域获得了广泛的应 用。截至 2008 年，波音 B787 飞机上 复合材料的用量已突破性地达到了 50%，其后空客公司制造的 A350 飞 机上复合材料的用量也将达到 52%。
再者，功能晶体材料由于其优异 的 物 理、化 学 和 光 学 性 能 在 航 空 航 天、国防军工、信息、微电子及光电子 等尖端科技领域得到越来越广泛而 特殊的应用。如何实现光学晶体材 料零件的高效精密与超精密加工已 成为当前各国关注的新焦点。
因此，旋转超声加工技术一直倍 受各国研究学者的关注。英、美、苏、 德、日和中等国家己对超声旋转加工 设备的研制以及工艺方法作了一些 研究。其中，典型的旋转超声加工机 床特性如表 1 所示。
当前，旋转超声加工技术的应用 范围，已由最初的旋转超声孔钻削加 工，扩展到旋转超声磨削加工、旋转 超声平面铣削加工等加工方式。
（3）旋 转 超 声 加 工 采 用 固 结 磨 粒的刀具对加工工件进行高频、断续 加工，是超声加工和切、磨削加工的 复合加工方式，比单纯的超声加工和 切磨削加工具有更突出的优势，可以 有效地提高已加工表面的耐磨性和 耐腐蚀性。同时，旋转超声加工的复
合加工机理，更适宜于硬脆性材料的 加工，其去除率可以达到普通切磨削 的 6 ～ 10 倍，是普通超声加工材料 去除率的 10 倍。
（1）超 声 加 工 可 以 加 工 导 电 和 非导电等各种硬脆性材料，如陶瓷、 宝石、硅、金刚石和大理石等非金属 材料；也适用于加工低塑性和硬度 高于 HRC40 的金属材料，如淬火钢、 硬质合金、钛合金等金属材料；
（2）由 于 工 件 材 料 主 要 依 靠 磨 粒瞬时局部的冲击作用，故工件表面 的宏观切削力很小，切削热就少，不 会因产生变形及烧伤而改变工件表 面的化学 / 电性质，故加工精度和加 工表面质量都比较好。与其他材料 去除过程相比，超声加工能达到更高 的精度和表面光洁度，同时还能延长 刀具寿命；
前苏联
莫斯科 航空工艺研究院
У3ЪГ- 4 系列
转 速：0~2500r/min，功 率：400W，频 率：44KHz， 加工孔径 φ2.5~10mm
中国
清华大学
旋转超声 加工机床
转 速：100~3000r/min，频 率：18~25KHz，功 率： 250W，加工孔径 φ1.5~30mm
中国
郑书友 博士，清华大学精密仪器与机械学
系博士后。主要从事超声加工机床研 制，超硬磨料刀具制备及其ห้องสมุดไป่ตู้用和硬脆 材料加工等方面的研究。参加国家重 大专项 1 项，863 计划项目 1 项，摩擦 学国家实验室资助项目 1 项，申请专利 1 项，发表论文 10 余篇。
陶瓷、光学玻璃、功能晶体、金刚 石、宝石和先进复合材料等具有优越 的物理、化学和机械性能，在航空、航 天、军工、电子、汽车和生物工程等领 域正得到越来越广泛的应用，并且其
USM 提供了比常规机械加工技 术更多的优点。例如，导电和非导电 材料它都可以加工，并且加工复杂的 三维轮廓也可以像简单形状那样快 速。此外，超声加工过程不会产生有 害的热区域，同时也不会在工件表面 带来化学 / 电气变化，而且加工时在 工件表面上所产生的有压缩力的残 余应力可以增加被加工零件的高周 期性疲劳强度。
为了克服这些问题，P . L e g g e
提出采用固结金刚石刀具，结合工件 的旋转进行孔加工的方法，形成了最 初的旋转超声加工。这种加工方法 克服了普通超声加工中游离超硬磨 料液在刀具和工件之间流通不畅，以 及磨料对加工刀具和加工孔壁的磨 蚀等问题，同时使加工精度和材料的 去除率得到了显著提高。后来研制 了一种具有旋转超声振动系统的超 声加工机床，固结式金刚石刀具以一 定的静压力作用到工件材料上，并以 一定振幅作轴向超声频振动，同时还 作相对于工件的高速旋转运动，并且 冷却液不断地被输送到刀具和工件 表面之间，这种方法已被证实是一种 高效低成本的硬脆性材料加工方法。
超声放电穿孔 超声放电研磨、抛光和磨削
旋转超声加工
图１ 超声加工类别
上 第 一 次 出 现 超 声 加 工（U S M － Ultrasonic Machining）工艺技术 描述以后，超声加工才吸引了大家的 注意，并且逐渐融入到其他的工业领 域。1951 年，科恩研制了第一台实 用的超声加工机，为超声加工技术的 发展奠定了基础。
通过对超声加工刀具与工件间 运动学关系的分析以及对加工工件 表面质量和刀具磨损等方面的研究， 大家普遍认为旋转超声加工的机理
主要包含以下几个相互作用的因素： 刀具头上金刚石磨料在超高加速度 下对工件材料表面的锤击作用，致使 工件的局部应力远远超过材料的断 裂极限，这种应力使材料表面产生压 痕，导致微细裂纹的产生、扩展，最终 形成微观局部破碎去除；同时，金刚 石刀具相对于工件材料的高速旋转， 使得嵌入工件表面的磨粒在工件表 面上划擦、磨抛以及撕扯工件材料， 这种磨抛作用大大加速了微裂纹的 扩展，造成了材料的宏观破碎去除。 A.I.Markov，D. Prabhakar 和 Z. J . P e i 等人先后推导出基于脆性断 裂去除模式的旋转超声钻削中材料 去除率理论模型。后来 Z . J . P e i 等 人研究发现在旋转超声钻削先进陶 瓷中，材料的去除机理包括脆性去除 和塑性去除，于是在 1998 年提出了 基于塑性变形去除模式的旋转超声 钻削中材料去除率理论模型。此外， 超声加工中工作液受刀具端面超声 振动作用而产生高频、交变的正负液 压冲击波和空化作用，促使工作液进 入被加工材料的微裂缝，加剧了机械 破坏作用，加工过程得到加强。而且， 超声空化爆破作用和刀具的旋转运 动使碎屑始终处于运动状态，同时阻 止了碎屑的沉积过程，促进了碎屑在 工作液中流动，加速了碎屑的排出， 推进了加工的进行。上述几个加工 机理的相互促进和综合作用，大大地 提高了材料的去除率。