金属零件的表面光整加工,无论是传统的研磨、抛光还是非传统的光整加工方法,如超声研磨、磁力研磨抛光、电火花超声复合抛光等,都是去除材料式的加工方法,只能降低金属表面粗糙度值,不能提高表面硬度。无磨料抛光是一种非去除材料式的加工方法,加工后材料表面粗糙度值降低、硬度提高,但是工件易出现刮花、起皮等表面损伤。二维超声加工是近年来出现的新加工技术,已被试验证明能取得较好的加工质量,为此研究将二维超声振动引入无磨料抛光中,以期获得更优的加工质量。本文主要研究二维超声无磨料抛光机理和工艺。首先研制了纵弯振动超声无磨料抛光装置,从理论上分析形成二维振动需要的条件;通过对声学系统进行动力学分析,研究声学系统在受到余弦位移下的瞬态响应和稳态响应,证实了所研制的声学系统能实现椭圆振动。其次从理论上分析了二维超声无磨料抛光机理。然后通过正交试验,研究了各抛光参数对工件表面粗糙度和表面硬度的影响主次顺序,得出最佳的抛光参数,分析了不同抛光参数对表面粗糙度及表面硬度的影响规律,并用多元线性回归给出了表面粗糙度和表面硬度的经验公式。最后利用工具显微镜和白光干涉仪观察工件表面微观结构和三维形貌图,进一步分析了二维超声无磨料抛光机理。课题研究成果有助于揭示二维超声无磨料抛光加工机理,完善和发展金属零件的表面光整加工加工新技术,进而推动超声无磨料抛光技术的工程应用。