难加工材料超声辅助切削加工技术

内燃机与配件———————————————————————作者简介:柏广才（1971-），男，江苏淮安人，大专，普斐特油气工程（江苏）股份有限公司副总经理，主要从事石油机械产品加工工艺和工程技术的研发。

0引言传统钻削过程受钻削空间的限制，导致排屑和冷却困难，是钻削轴向力较大，同时过大的轴向力在钻头钻穿工件时使工件变形增大，造成钻削过程的飞边和毛刺；而切屑在顺着排屑槽排出时会与已加工表面划擦，造成钻削温度较高和孔表面质量变差[1]。

同时普通钻削过程，特别是小孔钻削过程，钻头的刚度较差，若工件表面不平经常出现钻头偏置，导致孔的位置精度较低。

针对传统钻削中存在的上述问题，学者通过研究提出了超声辅助钻削技术，即在传统钻削的过程中施加一个高频的振动，辅助钻削过程。

超声振动的引入是原有的钻削运动过程中引入另一个运动，形成新的刀具运动轨迹和形成新的切削动力学过程，通过合理的匹配振动的频率和振幅，优化传统的钻削过程。

高频振动的引入使钻削过程中刀具不断的与工件接触和分离，使原来的连续钻削过程转变为断续切削过程，促使切屑断裂和冷却液进入，降低切削刃的温度，减小磨损；同时高频振动不断的摩擦孔壁，降低孔的表面粗糙度，提升孔的加工质量。

1超声钻削技术分类与特点超声辅助钻削技术按不同振动的来源、形式和作用位置的不同可以划分成不同的类别。

①超声辅助钻削中依据振动来源的不同可分为自激振动和受迫振动辅助钻削。

自激振动中的振动来源于系统自身，如机床收到敲击后引起的自身的振动，通过将振动传递到工件，迫使工件振动，自激振动受系统阻尼的影响无法持续，同时振动的频率受系统结构的限制，无法调节，致使整个振动过程无法控制，因此一般不在实际钻削过程中使用。

强迫振动通过外部的驱动电路和结构产生有规律的振动并将振动传递到工件或者钻头，实现振动辅助加工，强迫振动的频率和振幅均有电路控制，可调节性强，因此被广泛使用。

目前采用的超声辅助钻削技术多为强迫辅助钻削。

1 序言近年来，先进工程材料在航空航天、汽车、半导体、3C和医疗等制造业领域中不断涌现，如钛合金、高温合金、工程陶瓷、陶瓷基复合材料以及蜂窝复合材料等，这些材料具有优异的使用性能，然而机械加工性能很差，属于典型的难加工材料[1]。

在使用传统的机械制造技术对这些材料进行精密加工时遇到了一定的瓶颈，一种新型的制造工艺技术——超声加工技术，即Ultrasonic Machining（UM），受到越来越多的关注并得到大量的应用。

超声加工技术是一种通过超声波振动能量实现难加工材料精密去除的工艺技术，该技术是将超声波振动能量通过一系列结构的传播和变换聚焦在刀具的工作区域，从而形成被切削材料的冲击去除效果，进而可以提高众多难加工材料的可加工性能。

该技术在加工过程中具有众多优点，如：降低切削力和减少切削热、减小刀具磨损和崩边毛刺、优化切屑形态、提高表面质量、降低亚表面损伤以及提高加工效率等（每个加工工艺具体的改善效果因超声刀具、材料、工艺等的不同而存在一定的差别）。

超声加工技术是一种基于功率超声技术发展起来的特种加工技术，它本质上是一个物理去除过程，不涉及材料性质的改变。

随着市场化的需求越来越强烈，超声加工技术中商用标准化系统也成为了目前市场需求的重点，相关的超声加工技术开始走出实验室，在众多典型难加工材料的精密加工中得到应用，如：光学玻璃、蓝宝石、陶瓷、氧化铝陶瓷、钛合金、高温合金、碳纤维复合材料以及铝基碳化硅复合材料等，其应用领域及典型案例如图1所示。

近几年，国内难加工材料的大量应用，带来了较多的超声加工技术应用需求，促使了该技术的市场化，多家科研机构和制造企业纷纷开始进行超声加工技术的产业化应用。

图1超声加工应用领域及典型案例2 超声加工技术发展现状“工欲善其事，必先利其器”，超声加工技术是针对难加工材料精密加工的利器。

在大多数切削加工领域，超声加工更确切的名称应该为“超声辅助精密加工”，即在传统切削加工技术上辅助超声振动，从而实现特殊的材料去除效果。

超声加工技术的应用及发展作者：纪能健闫志刚来源：《科技风》2019年第33期摘要：当前社会由于科学和技术的不断发展，传统的加工技术也有了质的飞跃。

但是随着科技投入加大，技术方法也在不断革新，超声加工技术也顺势有了更大的发展空间。

相比较传统加工技术而言，超声加工技术的应用也越来越广泛，涉及到半导体工业，航空制造业，医疗工业以及汽车制造等多产业领域。

本文主要根据近年来超声加工技术的应用情况，对超声加工技术的发展趋势进行进一步的探讨。

关键词：超声加工技术;应用;发展趋势一、概述了解超声加工技术，首先就必须得了解超声波加工。

超声波加工简单来说就是一种加工方法，超声加工是利用超声振动的工具，带动工件和工具间的干磨料或带有磨料的液体介质，冲击、抛磨工件的被加工部位，使其局部材料被蚀除而成粉末（气蚀作用）来去除材料，或在工具或工件上沿着一定的方向施加超声频振动的加工方法，或者通过超声波振动来达到工件结合的一种加工方法[1]。

超声加工技术起源于20世纪50年代，经过了60多年的发展历程，现如今在国内和国外均受到工程人员和专家的关注。

这一种比较新兴的特种加工技术，也越来越成为机械制造领域的重要发展方向。

此外，对于未来多领域行业如航空航天、食品包装等也都有着极其重要的意义。

二、超声加工技术的应用本文主要从四个方面来讲述超声加工技术，分别是难加工材料的加工、弱刚性结构件的加工、超声表面光整强化加工、以及其他应用方面。

（一）难加工材料的加工应用加工材料通常包括高温合金、高强钢、陶瓷材料等。

这些材料一般都具有相同的特征，大多数都是硬度很高，强度高，很难受到磨损，抗氧化能力强，以及能够很好的耐腐蚀，耐热的。

正是由于这些优点，这些材料被广泛地应用到机械、国防、航空或者工业等各种领域[2]。

但也正因为其较高的硬度和自身的脆性，这些材料在加工过程中在很大程度上会损害原材料的价值，不能发挥其自身的最大效益。

有研究表明，超声加工技术可以降低切削与加工带来的损伤，从而减少刀具的磨损量，也能在一定程度上降低脆性材料的破损程度，此外对于材料表面微裂纹的产生也有一定的减少作用。

超声辅助激光加工装置的设计及其在材料加工中的应用超声辅助激光加工装置的设计及其在材料加工中的应用随着科学技术的飞速发展，超声辅助激光加工技术作为一种前沿的材料加工工艺，在工业生产中得到了广泛的应用。

本文将对超声辅助激光加工装置的设计理念、工作原理，以及在材料加工中的应用进行深入探讨，帮助读者全面了解这一领域的最新进展。

一、超声辅助激光加工装置的设计理念超声辅助激光加工装置是将超声波和激光技术相结合的一种创新加工装置。

其设计理念主要包括两个方面：一是充分发挥超声波的作用，利用超声波的振动作用实现对材料的微观加工和改性；二是结合激光技术，利用激光的高能量密度和聚焦特性对材料进行精细加工和切割。

通过设计合理的装置，可以实现超声波和激光的协同作用，使加工效果得到进一步提升。

二、超声辅助激光加工装置的工作原理超声辅助激光加工装置的工作原理可以简单概括为：利用超声波的振动作用使材料表面产生微观变形，同时利用激光的高能量密度对材料进行加工。

具体来说，超声波的振动作用可以改变材料的表面形貌和性能，使其更易于被激光加工。

而激光则可以在微观尺度上对材料进行高精度加工，实现对材料的精细调控。

通过合理设计超声辅助激光加工装置的工作参数和工艺流程，可以实现对不同材料的高效加工。

三、超声辅助激光加工在材料加工中的应用超声辅助激光加工在材料加工中具有广泛的应用前景。

在金属材料加工中，超声辅助激光加工可以实现对高硬度合金材料的高速精密加工，提高加工效率和加工质量。

在非金属材料加工中，超声辅助激光加工可以实现对陶瓷、玻璃等脆性材料的精细加工和切割，扩大了这些材料的应用范围。

超声辅助激光加工还可以应用于微纳加工领域，实现对微小结构的精细加工和加工。

总结回顾超声辅助激光加工装置的设计及应用是当今材料加工领域的一个热点和难点问题。

通过合理设计装置的结构和工艺参数，可以充分发挥超声波和激光的作用，实现对材料的高效加工和改性。

超声辅助激光加工在金属材料、非金属材料以及微纳加工领域都具有广泛的应用前景，为材料加工领域的发展注入了新的活力。

超声波加工在模具行业中的应用传统的机械加工技术对推动人类的进步和社会的发展起到了重大的作用。

随着科学技术的迅速发展，新型工程材料不断涌现和被采用，工件的复杂程度以及加工精度的要求越来越高，对机械制造工艺技术提出了更高的要求。

由于受刀具材料性能、结构、设备加工能力的限制，使用传统的切削加工方法很难完成，为了解决这些加工的难题，新型特种加工方法应运而生。

各种硬脆材料和硬脆复合材料很难用传统刀具进行加工,因而往往采用非传统的工艺方法进行加工,这些非传统工艺方法多数直接使用各种能量,如超声波加工和激光加工等。

超声波加工始于1927年,几十年来,超声加工技术的发展迅速,在超声振动系统、超声复合加工等领域均有较广泛的研究和应用,尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的工艺问题,如玻璃、陶瓷、石英、金刚石、硅等,取得了良好的效果一、超声波加工的系统构成:在工件和工具间加入磨料悬浮液,由超声波发生器产生超声振动波,经换能器转换成超声机械振动,使悬浮液中的磨粒不断地撞击加工表面,把硬而脆的被加工材料局部破坏而撞击下来。

在工件表面瞬间正负交替的正压冲击波和负压空化作用下强化了加工过程。

因此,超声波加工实质上是磨料的机械冲击与超声冲击及空化作用的综合结果。

超声波加工系统由机床、超声波电源、超声振动系统、主轴旋转系统、主轴轴向进给系统、轴向力反馈保护系统等组成,其中超声振动系统是超声加工设备的核心部分,由换能器、变幅杆和工具头等部分组成。

下面将系统的各个部分分别介绍。

1．1 超声波换能器超声波换能器的作用是将高频电振动转变为机械振动。

实现这种转变主要采用以下2种方法。

1)磁致伸缩法:某些铁磁体或铁氧化体在变化的磁场中,由于磁场的变化,其长度也发生变化的现象,称为磁致伸缩效应。

磁致伸缩换能器因为具有较低的Q 值(Q是能量峰值的锐度) ,所以它能传递很宽的频率。

这使变幅杆设计的灵活性增大,也使与变幅杆连接在一起的刀具允许在加工中磨损后可重磨。

大连理工大学研究生试卷实得分数系另1」：机械工程学院题号标准分数1.5课程名称：精密与特种加工 2.5^学1号: ************ 3.104.10姓名：*** 5.106.10:^考试时间. ***************7.108.109.1010.1011.10总分授课教师****1. 目前精密和超精密加工的精度范围分别为多少？答：（1）目前超精密加工技术是指加工尺寸、形状精度达到亚微米级，加工表面粗糙度达到纳米级的加工技术。

在某些领域已经延伸到纳米尺度范围，其加工精度已接近纳米级，表面粗糙度已经达到0.1 nm级，并且正向原子级加工精度逼近。

其中，超精密切削的加工精度高于O.Olum,表面粗糙度在0.02~0.005um之间；超精密磨削的加工精度达到或高于0.1um，表面粗糙度在0.025~0.003um之间；超精密抛光的加工精度可达数纳米，加工表面粗糙度可达0.1 nm级。

（2）精密加工的加工精度为0.1~1um加工表面粗糙度为0.3~0.03um；其中精密磨削的加工精度约为1um表面粗糙度为0.025um。

2. 超精密切削对刀具有什么要求？答：（1）刀具刃口锋锐度p小，以实现超薄切削，减小切削刃表面的弹性恢复和表面变质层；（2）极低的切削刃粗糙度，R y =0.1~02im，以减少刀具刃口误差复映的影响，获得超光滑表面；（3）极高的硬度与耐磨性，极高的弹性模量，以保证刀具具有极高的寿命及很高的尺寸耐用度；（4）足够的强度，刃口无缺陷，耐崩刃，以抵抗切削时晶粒内部强大的分子、原子间结合力；（5）化学亲和力小，和工件材料的抗粘结性好、摩擦系数低，以得到极好的加工表面完整性。

3. 简述超精密切削时刀具刀刃锋锐度对切削过程和加工表面质量的影响。

答：在超精密切削条件下，刀具的刀刃锋锐度对切削变形和加工表面质量有直接的、很明显的影响。

（1）刀具刀刃锋锐度对切削变形有着很大的影响，特别是在背吃刀量和进给量较小的时候。

经历“非常之难” 锻造“非常之功”作者：来源：《科学中国人》2024年第05期杨戈磨炼——无论是生活、求学，还是科研攻关，人生的每一次磨炼，都是一笔宝贵的财富。

早晨7点20分的阳光，正好照射到位于孝陵卫200号南京理工大学（以下简称“南理工”）2号门的门牌石上，“南京理工大学”6个大字熠熠生辉。

作为“国防七子”之一，这里素来有着“兵器技术人才摇篮”之称。

每位南理工的老师和学子身上都肩负着为国铸剑的使命，血液里流淌着薪火相传的家国情怀。

记者收到廖文和教授发来的语音微信时，他正在开车赶来的路上。

这是一位被忙碌包围着的学者，日常主持学校党委副书记工作的同时，还是南京理工大学和南京航空航天大学两个科研团队的学术带头人。

翻开他的日程本，密密麻麻排满了事项，科研、教学、会议……奔波成了他的生活常态，甚至出差归来常常是拎着行李就直奔办公室。

8点钟不到，廖文和的学生——南理工科研团队的骨干成员肖行志推开了办公室的门，他是被导师叫来专门配合记者的采访工作的。

这位90后学者的额头上还留着刚才匆匆忙忙送女儿上幼儿园的汗水。

对于这样的工作时间安排，他早已习以为常。

“廖老师平日里的事情太多了，一忙起来就没有工作时间和休息时间之分，更没有节假日和周末的概念。

有时候找我们谈科研，或者我们有问题请教他，都是趁着一早一晚或者周六日。

”在肖行志看来，年近花甲的廖文和比他们这些年轻人还要拼，不仅身体上不知疲倦，他在科研工作中的创新精神、逻辑思维，以及严谨认真的作風比起正当年的小伙子们也有过之而无不及，“了解廖老师的人都清楚，他不怕吃苦，不怕受累，不怕加班连轴转，也不怕四处奔波，他怕的是国家交给的任务无法完成”。

出生于20世纪60年代的廖文和，拥有着那个时代难以磨灭的底色，吃得了苦、经得起磨砺，不张扬且忌浮夸，始终把为国为民视为一名科研工作者的头等大事。

“落后就要挨打”，这是中华民族百余年来用血泪凝结而成的教训。

廖文和自然明白这个道理，所以他做科研绝不满足于跟在别人后面亦步亦趋。

食品科学中的新型食品加工技术食品市场发展迅速，不断有新品种和新工艺的食品加工技术问世，其中不乏新型食品加工技术。

在过去，传统的工艺流程带来了诸多问题，比如食品加工过程中可能损失营养成分，加工过程时间长，品质难以保证等等。

新型食品加工技术则能够解决这些问题，提升食品的品质和营养价值，同时还能提高食品的产量和生产效率。

下面将会介绍几种典型的新型食品加工技术。

一、微波技术微波是一种高频率的电磁波，常被用于加热和干燥食品。

微波不仅能够加快食品加热速度，也能够在短时间内实现食品的杀菌和灭菌。

这种加热技术的优点在于能够保持食品的营养成分，同时也减少了加工过程中的时间和能耗。

微波辅助萃取技术也是一种相对较新的技术，它能够对含有活性物质的植物提取物进行高效提取。

相比于传统的提取技术，微波萃取技术更加快速、高效和节能。

这种技术在提取茶叶、花草、中药等方面应用广泛。

二、高压处理技术高压处理技术是一种能够提高食品生产效率和控制微生物生长的新型加工技术。

通过将食品置于高压容器中，在经过一定时间的高压处理后，可以使细菌和病毒被杀死，从而达到食品的杀菌和灭菌作用。

此外，高压处理技术还能够改变食品的外观、质地和口感，使得食品更加可口。

这种加工技术在腌制蔬菜、水果和肉类食品等方面有很广泛的应用前景。

三、超声波技术超声波技术是一种通过高频声波来进行食品加工的新型技术。

相比于传统加工技术，超声波技术更加快速和高效，同时对于保护食品的营养成分也有很好的效果。

超声波技术可以用于液态食品的搅拌、混合和乳化，甚至是在咖啡和啤酒等饮料的生产中也有很好的应用。

此外，在蔬菜和水果的清洗和加工过程中，超声波技术也有很好的优势。

四、纳米技术纳米技术是一种能够将物质粒度压缩至纳米级别的加工技术。

在食品加工领域，纳米技术能够用于食品成分的分离和纯化，同时还能够提高食品的口感和品质。

纳米营养素也是纳米技术的一个重要应用方向。

可以通过纳米颗粒对含有营养成分的食品加工成纳米颗粒，这样能够提高营养成分的生物利用率。

超声振动精密磨削技术的发展1、引言随着科学技术的进步，金属间化合物、工程陶瓷、石英、光学玻璃等硬脆材料以及各种增韧、增强的新型复合材料因其高硬度、耐磨损、耐高温、化学稳定性好、耐腐蚀等优点在航空航天、国防科技、生物工程、计算机工程等尖端领域中的应用日益广泛；但由于这些材料的脆硬特性，传统加工方法已不能满足对这些材料零件的精密加工要求，，因此有关其精密超精密磨削加工技术便成为世界各国研究的热点。

超声振动精密磨削技术便是顺应这一需要而发展起来的技术之一。

超声振动磨削技术的基本原理为：由超声波发生器产生的高频电振荡信号（一般为16～25KHz）经超声换能器转换成超声频机械振动，超声振动振幅由变幅杆放大后驱动工具砂轮产生相应频率的振动，使刀具与工件之间形成周期性的切削。

即工具砂轮在旋转磨削的同时做高频振动。

超声加工技术的经历了从传统超声波加工到旋转超声波加工的发展阶段，旋转式超声加工是在传统超声加工的工具上叠加了一个旋转运动。

这种加工用水带走被去除的材料并冷却工具，不需要传统超声加工中的磨料悬浮液，因此，这种方法被广泛的运用于超声振动磨削加工中[6]。

2、超声振动磨削技术发展回顾1927 年，R.W.Wood 和 A.L.Loomis 就发表了有关超声波加工的论文，超声加工首次提出。

1945 年L.Balamuth 就申请了关于超声加工的专利。

20 世纪 50～60 年代日本学者隈部淳一郎发表了许多对振动切削进行系统研究的论文，提出了振动切削理论，并成功实现了振动磨削等加工 [8] 。

1960 年左右，英国 Hawell 原子能研究中心的科学家发明了新的超声磨削复合加工方法。

超声振动磨削加工在难加工材料和高精度零件的加工方面显示了很大的优越性。

1986 年日本学者石川健一受超声电机椭圆振动特性启发，首次提出了“椭圆振动切削方法”（elliptical vibration cutting）。

20 世纪 90 年代初，日本神户大学社本英二等人对超声椭圆振动切削技术进行了深入研究，其最具代表性的研究成果是利用金刚石刀具采用双激励双弯曲合成椭圆振动的方式对黑色金属淬火不锈钢进行精密车削，最小表面粗糙度可以达到 Ra0.0106um，不但解决了金刚石不能加工黑色金属的难题，而且使这项技术达到了实用化阶段。

超声技术在材料加工中的新进展超声技术是一种非常有前途的技术，它可以在材料加工过程中起到很重要的作用。

近年来，随着科技的不断进步，超声技术也得到了不断的完善和发展。

本文主要讨论超声技术在材料加工中的新进展，包括超声振动切削、超声往复振动穿孔、超声辅助喷涂等方面。

一、超声振动切削超声振动切削是一种先进的材料加工方式。

在这种加工方式中，通过超声波来产生高强度的振动，将刀刃与工件产生较小的接触力，从而实现高效、高精度和高光洁度的切削加工。

与传统的切削方式相比，超声振动切削能够减少因切削力产生的热变形、热源等问题，在切削过程中减少了工件的变形和热效应。

同时，由于振动刀具能够切削更薄、更硬的材料，因此在加工金属、塑料和陶瓷材料方面有很广泛的应用。

近年来，随着超声技术的不断发展，超声振动切削技术也在不断优化和改进。

例如，研究人员利用超声振动切削技术开发出了一种新型的切割刀具，可以实现更高的质量和效率。

此外，还有研究人员使用超声振动切削技术加工纤维增强材料，提高了加工精度和表面质量。

二、超声往复振动穿孔超声往复振动穿孔技术是一种高效、高精度的穿孔方式。

传统的穿孔方式通常采用机械切割或激光穿孔，但由于这些方法受到材料的限制，很难达到高精度的效果。

超声往复振动穿孔技术通过超声波的作用实现穿孔，并可以在一定程度上改善传统穿孔方法的缺陷。

目前，超声往复振动穿孔技术已经在微电子、微机器人、精密制造等领域得到了广泛应用。

例如，在电子芯片的制造过程中，使用超声往复振动穿孔技术可以实现更高的精度和可靠性。

三、超声辅助喷涂超声辅助喷涂技术是一种新兴的涂层技术。

该技术通过超声波的高频振动使涂料微粒受到激励，形成颗粒的聚合体，从而形成更加均匀和致密的涂膜。

与传统的涂层方式相比，超声辅助喷涂技术可以提高涂层的质量和成形率，并且节省材料成本。

近年来，该技术已经在汽车制造、建筑物防水材料、涂料喷涂等领域得到了广泛的应用。

总体来看，超声技术在材料加工中的新进展主要集中在超声振动切削、超声往复振动穿孔和超声辅助喷涂等方面。

第53卷第6期表面技术2024年3月SURFACE TECHNOLOGY·133·精密与超精密加工钨合金超声辅助划擦试验及仿真研究卢文涛，刘金帛，张园，鲍岩，董志刚，康仁科*（大连理工大学，辽宁 大连 116024）摘要：目的揭示钨合金在超声辅助磨削加工下的材料去除行为。

方法通过超声辅助划擦试验与有限元仿真相结合的方式，分析超声振动作用对材料表面形貌、截面轮廓、划擦力、温度、塑性应变及应变率的影响，探究超声振动作用下的材料去除和表面创成机理。

结果钨合金在划擦过程中发生严重的塑性变形，在划痕两侧出现由耕犁作用而形成的隆起现象。

超声辅助划擦形成的划痕表面鳞刺更少且未出现犁沟现象，且划痕深度相较于普通划擦增大14.1%，划痕宽度增大39%。

随着划擦深度的增加，试验划擦力与仿真划擦力均线性增大，且仿真值与试验值误差为18.1%，验证了有限元仿真模型的有效性。

超声振动作用下的划擦力呈周期性变化特征，使平均划擦力降低了43.2%。

此外，仿真结果表明，超声辅助划擦相较于普通划擦，温度最高降低50%，表面塑性应变最高降低20%，超声冲击过程中材料的塑性应变率相较于普通划擦提高1个数量级，分离过程中塑性应变率最大降低2个数量级。

结论超声振动作用可以有效降低划擦过程中的划擦力和划擦区域温度，增大冲击过程中材料的瞬时应变率，改善压头的切屑黏附现象，从而抑制划擦表面鳞刺的生成和犁沟的形成，改善表面质量。

此外，超声振动作用还可以有效提高材料去除率。

关键词：钨合金；单颗金刚石；超声辅助划擦；材料去除机理；有限元仿真中图分类号：TG580.6 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)06-0133-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.06.012Simulation and Experimental Study on Ultrasonic AssistedScratching of Tungsten AlloyLU Wentao, LIU Jinbo, ZHANG Yuan, BAO Yan, DONG Zhigang, KANG Renke*(Dalian University of Technology, Liaoning Dalian 116024, China)ABSTRACT: Ultrasonic assisted grinding technology has been utilized to overcome the challenges of severe tool wear and chip adhesion in conventional tungsten alloy grinding. However, the mechanism of material removal under ultrasonic vibration remains unclear. In this research, ultrasonic assisted scratching (UAS) experiment was conducted to investigate the effect of ultrasonic vibration on material surface morphology, cross-sectional profile, and scratching force. A coupled Eulerian-Lagrange (CEL) finite-element (FE) simulation model was established to analyze the changes in scratching force, material temperature, plastic strain, and strain rate during the vibration process. Both simulation and experimental methods revealed the mechanism of收稿日期：2023-03-17；修订日期：2023-07-29Received：2023-03-17；Revised：2023-07-29基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFB3402300）；国家自然科学基金面上项目（52275411）；中央高校基本科研业务费（DUT22ZD201）Fund：National Key Research and Development Program of China (2022YFB3402300); General Program of National Natural Science Foundation of China (52275411); Fundamental Research Funds for the Central Universities (DUT22ZD201)引文格式：卢文涛, 刘金帛, 张园, 等. 钨合金超声辅助划擦试验及仿真研究[J]. 表面技术, 2024, 53(6): 133-143.LU Wentao, LIU Jinbo, ZHANG Yuan, et al. Simulation and Experimental Study on Ultrasonic Assisted Scratching of Tungsten Alloy[J]. Surface Technology, 2024, 53(6): 133-143.*通信作者（Corresponding author）·134·表面技术 2024年3月material removal and surface creation under ultrasonic vibration action. Firstly, the surface morphology of the scratches was observed by Scanning Electron Microscope (SEM). The result showed that tungsten alloy suffered severe plastic deformation during the scratching process, forming an uplift phenomenon on both sides of the scratches by plowing action. The indenter tended to adhere to the chips during the conventional scratching (CS) process, which resulted in the formation of burrs and plowing groove in the scratching process. In contrast, the UAS surface showed fewer burrs and clear bottom edge, which proved that ultrasonic vibration action could reduce the chip adhesion phenomenon on the indenter. Therefore, the ultrasonic vibration action could effectively suppress the generation of burrs on the scratching surface and the formation of plowing groove at the bottom of the scratches. Posteriorly, the three-dimensional topography of the scratches and their cross-sectional profiles were analyzed by Laser Scan Confocal Microscopy (LSCM), and the result showed that the width of the scratches formed by UAS increased by 39% and the depth increased by 14.1% compared with CS, indicating that larger volume of material was removed by UAS. Subsequently, the changing trend of scratching force with scratching depth of the simulation model was consistent with the experimental results, and the error between the simulation value and the experimental value was 18.1%, which verified the availability of the FE simulation model. Compared with the CS, the scratching force of ultrasonic experiment was reduced by43.2%. The simulated scratching force showed that the short contact and long separation between the indenter and the workpiecein the UAS process made the scratching force change periodically, which could reduce the average force of the scratching process. Finally, by extracting and analyzing the simulated physical field data of UAS at different time, it was found that the temperature of UAS was reduced by 50% and the surface plastic strain was reduced by 20% compared with the CS process, and the plastic strain rate of the material during ultrasonic impact was increased by one order of magnitude compared with the CS, while the separation process was reduced by two orders of magnitude at most. The aforementioned results indicate that ultrasonic vibration can effectively reduce the scratching force and temperature of the scratching area while also increasing the transient strain rate of the material during the impact process. This prevents chip adhesion to the indenter and inhibits the generation of burrs and plowing groove on the scratching surface, improving surface quality. Additionally, the ultrasonic vibration effect can effectively enhance the material removal rate.KEY WORDS: tungsten alloy; single diamond; ultrasonic assisted scratching; material removal mechanism; finite element simulation高密度钨合金（Tungsten Heavy Alloys，WHAs）具有密度大、强度高、熔点高、热膨胀系数小、耐腐蚀性好等优异的材料性能[1-2]，因此广泛应用于光电材料等领域，如陀螺仪转子、面向等离子体材料和光学磨具等[3-4]。

中药调剂技术案例一、案例背景某医院中药调剂室的工作人员在日常工作中遇到了一些中药调配的技术难题。

为了有效解决这些技术问题，提高中药调剂的准确性和效率，我们选择了一个典型案例进行技术分析和解决方案的探讨。

二、案例描述患者陈某患有慢性肾炎，需要进行中药治疗。

主治医师开具了一副中药方剂，方剂包括黄芪、阿胶、当归等中药材料。

在中药调剂过程中，工作人员遇到了如何将这些中药材料按照方剂要求准确调配的问题，尤其是对于黄芪的加工处理和阿胶的溶解技术需要寻求合理的解决方案。

三、技术分析1. 黄芪的加工处理：黄芪是一种生药材，质地坚硬，难以直接研磨成细粉。

典型的加工方法是将黄芪切成薄片，然后经过炙烤破碎成细末。

但是炙烤温度和时间的控制对于黄芪粉末的质量和有效成分的保存至关重要。

2. 阿胶的溶解技术：阿胶是一种胶状物质，常见的溶解方法是加水煎煮成浓稠的糊状液体。

但是在加热溶解过程中，需要控制温度和时间，以防止阿胶的有效成分被破坏或损失，同时还要保证溶解后的液体质地均匀细腻，不带有异物。

四、解决方案1. 黄芪的加工处理：工作人员可以通过调节炙烤温度和时间，使用专用的破碎设备，对黄芪进行精细加工。

可以利用现代技术，如微波炉和超声波设备，进行辅助加工处理，以提高黄芪细粉的品质和效果。

2. 阿胶的溶解技术：在阿胶的溶解过程中，可以采用温水慢火煎煮的方法，分阶段进行加热，并根据溶解度和黏度的变化情况适时搅拌，以确保阿胶的有效成分完整溶解，且防止发生沉淀或结块。

五、技术实施根据以上的解决方案，在中药调剂室内进行技术实施。

工作人员首先对黄芪进行精细加工处理，并严格按照炙烤温度和时间的要求进行操作。

在阿胶的溶解过程中，采用分阶段加热、适时搅拌等技术手段，确保阿胶溶解的均匀性和有效性。

六、效果评估通过技术实施后，工作人员完成了陈某的中药方剂调剂工作，黄芪粉末细腻均匀，阿胶溶解完整，有效成分得到充分保留。

患者按时服用中药后，肾炎症状得到缓解，临床效果显著。

SiC f/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助切削试验研究黄博】，汪文虎】，蒋睿嵩2,熊一峰】,刘智武3,吴晓锋3(1.西北工业大学，航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室，航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心,陕西西安710072；2.四川大学空天科学与工程学院，四川成都610065；3.中国航发西安航空发动机有限公司，陕西西安710072)摘要：开展了SiC f/SiC陶瓷基复合材料的超声振动辅助切削试验研究，对比研究超声振动辅助切削及普通切削条件下切削参数对切削力的影响规律。

结果表明：SiC f/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助切削时优选钎焊金刚石磨头，超声振动辅助切削相较于普通切削的切削力降低了10%~ 20%，主轴转速、进给速度、切削深度都会影响超声振动辅助切削和普通切削时的切削力。

为降低切削力、减小刀具磨损，超声振动辅助切削主轴转速应控制在4000r/min。

关键词:SiC f/SiC陶瓷基复合材料；超声振动辅助切削;磨头中图分类号:TG663文献标志码:A文章编号：1009-279X(2021)01-0055-05Study on Ultrasonic Vibration-assisted Cutting for SiC f/SiC Ceramic Matrix CompositesHUANG Bo1,WANG Wenhu1,JIANG Ruisong2,XIONG Yifeng1,LIU Zhiwu3,WU Xiaofeng3( 1.Engineering Research Center of Advanced Manufacturing Technology for Aero Engine of Ministry of Education，Key Laboratory of High Performance Manufacturing for Aero Engine of Ministry of Industry and Information Technology,Northwestern Polytechnical University,Xi?an710072,China；2.School of Aeronautics and Astronautics，Sichuan University，Chengdu610065，China；3.AECC Xi'an Aero-Engine LTD.,Xi'an710072,China)Abstract:The ultrasonic vibration-assisted cutting experiment of SiC f/SiC ceramic matrix composites was carried out，and comparative study for the influence of cutting parameters on cutting force under ultrasonic vibration-assisted cutting and conventional cutting conditions were expanded. The results showed that brazed diamond grinding heads should be preferred for ultrasonic vibration-assisted cutting of SiC f/SiC ceramic matrix pared with conventional cutting，the cutting force of ultrasonic vibration-assisted cutting reduced by10%to20%.The spindle speed，feed rate and cutting depth will affect the cutting force during ultrasonic vibration-assisted and ordinary cutting，and the spindle speed of ultrasonic vibration-assisted cutting should be controlled at4000r/min in order to reduce the cutting force and tool wear.Key words:SiC f/SiC ceramic matrix composites；ultrasonic vibration-assisted cutting；sleeve toolSiC f/SiC陶瓷基复合材料具有比强度高、比刚度高、耐磨损、化学稳定性好等特点,在发动机高温收稿日期:2020-11-28基金项目：中国航发自主创新专项资金项目(ZZCX-2019-022)冲国博士后科学基金资助项目(2020M683569)第一作者简介:黄博，男，1994年生,博士研究生。