纳米复相陶瓷以其优异的力学性能、稳定的化学性能和较低的微缺陷敏感性,正成为国民经济和尖端科技领域的一类关键性材料。不过,纳米复相陶瓷的应用需要很高的形状尺寸精度和表面完整性,其加工仍然较困难,突出表现为难以同时实现高精度、高效率和高可靠性加工。本文将以精密高效为主要特征的超声振动技术和以超精密镜面为主要特征的ELID(在线电解修锐)磨削技术相复合,以ZTA纳米复相陶瓷为载体,研究超声振动参数、磨削参数与ELID参数之间的关系及其对磨削过程的影响,以及超声ELID磨削工艺参数对工件表面纹理的影响关系,以揭示超声ELID磨削纳米复相陶瓷的磨削机理,为进一步完善硬脆材料高效镜面加工理论和技术提供支撑。首先搭建超声ELID复合磨削ZTA纳米陶瓷试验研究平台。主要工作包括:基于波动理论和ANSYS有限元模态分析方法设计超声振动系统;分别设计电解装置的阳极和阴极,然后将它们集成为ELID装置;根据电火花加工原理,并通过调节整形各阶段的参数,对铸铁结合剂金刚石砂轮进行整形试验,使砂轮的初始圆度误差由32μm降低到约2μm,大多数磨粒凸出铸铁结合剂表面,从而达到砂轮精度要求。然后根据超声ELID复合内圆磨削砂轮氧化膜生长和去除的电化学原理,并考虑轴向超声振动辅助磨削几何参数等因素,建立任意时间超声ELID复合磨削砂轮氧化膜厚度预测模型。对该模型进行仿真分析的结果表明:在氧化膜厚度近似线性增长阶段,极间间隙越大,则氧化膜形成厚度越小,形成速度越慢;磨粒体积比越大,则氧化膜形成厚度越大,形成速度越快;占空比越大,则氧化膜形成厚度越大,形成速度越快。在氧化膜厚度呈非线性增长阶段,超声频率越高,则成膜速度越快,平衡时形成的氧化膜厚度越大。接着开展单因素试验,归纳出电源电压、脉冲宽度与脉冲间隔、极间间隙、砂轮转速及超声振动对超声ELID复合磨削预修锐阶段氧化膜的厚度、形成速率、表面形貌的影响机理;通过改变砂轮转速、工件转速、磨削深度、砂轮粒度,定性分析动态磨削过程中各参数对氧化膜状态的影响;进行停电光磨试验和停电光磨附加超声振动试验,揭示超声振动对氧化膜抛光性的影响机理。为验证砂轮氧化膜厚度模型,采集砂轮预修锐和动态磨削过程中测量点的厚度值,同时理论计算测量点的参数值,结果表明,玻尔兹曼函数拟合的相关度较好,厚度测量值趋势与理论预测值趋势相仿,这反映氧化膜厚度随时间而不断增长,增长速度随时间而变缓,从而证实氧化膜厚度模型的合理性。其次在超声ELID复合磨削磨粒运动学分析和动态有效磨粒数模型构建的基础上,建立超声ELID复合磨削平均未变形磨屑厚度模型。接着开展超声ELID磨削ZTA纳米陶瓷材料去除特性试验,通过研究磨削深度与磨削力、工件表面粗糙度及表面形貌的变化关系,将磨削深度与磨削结果之间的关系转变为未变形磨屑厚度与磨削结果之间的关系。通过分析不同未变形磨屑厚度条件下磨削力和表面粗糙度的变化规律以及工件表面SEM(扫描电子显微镜)照片,确定ZTA纳米陶瓷材料去除的脆塑性转变条件为平均未变形磨屑厚度1.565μm。然后基于未变形磨屑厚度模型建立表面粗糙度模型,通过模型仿真和表面粗糙度试验证实表面粗糙度模型的正确性,继而证实未变形磨屑厚度模型及ZTA纳米陶瓷材料去除的脆塑性转变临界条件。最后通过磨粒切削轨迹分析和试验揭示超声ELID复合磨削表面创成机理。本文研究证实超声ELID复合磨削砂轮氧化膜厚度预测模型的合理性,为揭示超声ELID磨削纳米复相陶瓷的磨削过程奠定了一定的理论基础;超声ELID磨削ZTA纳米陶瓷材料去除的脆塑性转变临界切深的确立,为进一步改善纳米复相陶瓷表面质量提供了一定依据。