一、脆性材料旋转超声加工

旋转超声加工（RUM）在脆性材料加工领域有着广泛的应用，该加工方式由普通磨削和超声振动复合而成，是一种针对硬脆材料加工技术难题的特种加工工艺。旋转超声加工的刀具大多在刀头位置电镀一层金刚石或CBN等高硬度材料，且刀具在加工过程中会在高速旋转的同时沿刀具轴线作微米级超声频振动，可有效降低切削力、残余应力和表面损伤，提高加工精度和效率，延长刀具寿命。由图3所示的旋转超声锯切蓝宝石的效果图可明显看出，引入超声振动后，减少了塑性去除比例，不再出现大块剥落。

旋转超声加工包含三种加工形式：钻孔、端面铣削和侧面铣削，其材料去除机理见图4。其中，钻孔与端面磨削加工中刀具端面的磨粒与工件材料在超声振动的作用下产生周期性的切削和分离，并附加有锤击效果。这一工艺特性对硬脆材料的高硬度与低断裂韧性有良好的针对作用，引起了国内外学者的广泛关注，进行大量研究，总结出旋转超声加工的诸多优势。

在降低切削力方面，旋转超声加工时磨粒与工件有周期性的高频分离，切削区域被打开，切削液可进入，改善了润滑和冷却情况，且加工过程中的高频锤击使加工表面粉末化、切削力降低。为解析旋转超声加工切削力的降低机理，研究学者以理论建模及调整工艺参数等方式进行了大量研究。华侨大学朱旭等利用旋转超声加工锯切蓝宝石之后发现，径向切削力相比普通锯切下降50%~80%，轴向力下降35%~50%。

当前国内外学者对旋转超声加工表面粗糙度的研究相对较少且存在较大的争议，即对旋转超声加工是否可降低表面粗糙度尚无定论。研究学者通过建立表面粗糙度预测模型或实验验证等方式得出的研究结果更多地支持旋转超声加工在侧面磨削加工或V型槽加工中可显著降低表面粗糙度的情况，而钻孔与端面磨削加工增大表面粗糙度的情况更多，但可通过提高主轴转速、降低切削深度和进给量并匹配合适的超声参数的方式降低表面粗糙度。

提高加工效率是旋转超声加工的一个重要优势，主要体现为材料去除率增加。特别是在恒力进给条件下，旋转超声加工的材料去除率相比普通磨削显著提高。目前旋转超声加工在硬脆性材料加工领域相比普通磨削有显著优势，但当前超声振动下的材料去除机理研究并不深入。深入研究去除机理可进一步揭示旋转超声加工的表面粗糙度规律和亚表面损伤形成机理，对旋转超声加工工艺的推广有重要意义。

二、超声抛光

超声振动抛光的原理是对工件或变幅杆施加超声振动，使磨料悬浮液中的磨粒与工件产生相对运动，以达到冲击、抛磨的效果，可提高抛光速度和均匀性、降低表面粗糙度。印度理工学院Kala等使用磁场辅助超声抛光，改善了黄铜表面的光洁度。Jeffrey等分别对变幅杆和抛光盘施加横向超声振动，发现横向超声振动以搅动悬浮液的形式作用于硅片，提高抛光均匀性。许文虎等进行了有无超声抛光蓝宝石的对比实验，发现超声振动辅助抛光去除率是无超声的两倍且表面粗糙度降低，

超声振动辅助抛光在机械抛光、化学抛光、磁流变抛光、离子束抛光等多个抛光类别均有应用，并取得了一定的改善效果。然而，当前超声抛光过程中的材料去除机理研究还不够深入，特别是超声空化作用对已加工表面的表面完整性的影响机制尚未揭示，因此需要进一步加强基本理论的研究。