陈艺文，李 华，许顺杰，许陆昕，周培祥

（苏州科技大学 机械工程学院，江苏 苏州215011）

传统的磨料水射流是利用高压水射流带动磨料粒子加速后从喷嘴喷出，形成磨料水射流达到加工工件的目的，它对工件表面具有较强的冲蚀作用，但在冲蚀过程中不改变其物理、化学性能，而且加工柔性高，因此适用于加工各种结构和功能的材料，与常规的化学抛光、研磨抛光相比具有环保、抛光效率高等优点[1]。但是，传统的磨料水射流抛光系统结构及装置操作比较复杂，包括了增压系统、磨料供给系统、磨料水射流喷射系统及收集器，要求条件苛刻，系统中的管路和喷嘴因为冲蚀作用磨损较快，而且存在着成本高的问题，因此有必要对传统的磨料水射流抛光系统进行研究和改善。聚焦超声振动换能器应用的是球面自聚焦原理，可实现大功率聚焦，目前主要应用于肿瘤的治疗[2]（见图1）。

本文鉴于聚焦超声振动换能器的使用特点将其应用于磨料水射流抛光中，即将聚焦超声振动球壳放入含有磨料的抛光液中，在超声电源的驱动下产生聚焦超声振动形成磨料流对工件进行抛光加工。聚焦超声振动球壳在抛光液中可以产生聚焦磨料流，不仅具有传统的磨料水射流抛光方法的优点，而且超声振动可以增强光学材料的塑性剪切去除能力，降低表面粗糙度等优点[3]。

图1 球面自聚焦模型

1 聚焦超声振动换能器的设计及其声压场的测量分析

1.1 聚焦超声振动换能器的设计

在聚焦超声振动磨料水射流抛光系统中，抛光加工的冲蚀力是由PZT凹面球壳厚度振动产生的（压电效应），球壳后端装配反射端进行反射声波[4]。……