Abstract This paper presents the design and characterization of an ultrasonic vibration-assisted ball burnishing (VABB) tool on Ti-6Al-4V. This process is based on the modification of conventional ball burnishing, by means of the addition of a 40-kHz vibratory force to the burnishing preload exerted by the spring inside the tool. For the purposes of successfully executing the process, a new tool is designed through the assembly of different modules responsible for the various aspects involved in it. That design is hereby presented. Then, a methodology comprising acoustic emission and high frequency sampling is proposed to characterize the functioning of a prototype manufactured according to the previously presented design. The set of techniques deployed to measure the performance of the VABB prototype is presented as a feasible means of characterizing this sort of advanced manufacturing tools, especially like this one which is governed by ultrasonic frequencies. Last of all, the prototype is tested on a Ti-6Al-4V surface to validate it. The superior results of VABB, compared to the non-assisted version of the process, is shown in terms of average and total surface roughness, as well as surface hardness. The highest improvement is achieved by applying the VABB process with 300 N and 5 passes. The effectiveness of the designed prototype is confirmed, and places this kind of VABB tools as inexpensive systems to successfully execute an innovative finishing process for industrial components.

中文翻译：

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超声波振动辅助球磨工具的开发、表征和测试

摘要 本文介绍了一种基于 Ti-6Al-4V 的超声波振动辅助球磨 (VABB) 工具的设计和表征。该过程基于对传统滚珠抛光的改进，通过向工具内弹簧施加的抛光预载荷添加 40 kHz 的振动力。为了成功执行该过程，通过组装负责其中涉及的各个方面的不同模块来设计新工具。特此介绍该设计。然后，提出了一种包括声发射和高频采样的方法来表征根据先前介绍的设计制造的原型的功能。用于测量 VABB 原型性能的一组技术被提出作为表征此类先进制造工具的一种可行方法，尤其是像这种由超声波频率控制的工具。最后，原型在 Ti-6Al-4V 表面上进行测试以对其进行验证。与无辅助工艺相比，VABB 的卓越结果体现在平均和总表面粗糙度以及表面硬度方面。通过应用 300 N 和 5 道次的 VABB 工艺实现最高的改进。设计原型的有效性得到确认，并将这种 VABB 工具作为廉价系统，成功执行工业部件的创新精加工工艺。尤其是这种由超声波频率控制的。最后，原型在 Ti-6Al-4V 表面上进行测试以对其进行验证。与无辅助工艺相比，VABB 的卓越结果体现在平均和总表面粗糙度以及表面硬度方面。通过应用 300 N 和 5 道次的 VABB 工艺实现了最高的改进。设计原型的有效性得到确认，并将这种 VABB 工具作为廉价系统，成功执行工业部件的创新精加工工艺。尤其是这种由超声波频率控制的。最后，原型在 Ti-6Al-4V 表面上进行测试以对其进行验证。与无辅助工艺相比，VABB 的卓越结果体现在平均和总表面粗糙度以及表面硬度方面。通过应用 300 N 和 5 道次的 VABB 工艺实现了最高的改进。设计原型的有效性得到确认，并将这种 VABB 工具作为廉价系统，成功执行工业部件的创新精加工工艺。以及表面硬度。通过应用 300 N 和 5 道次的 VABB 工艺实现了最高的改进。设计原型的有效性得到确认，并将这种 VABB 工具作为廉价系统，成功执行工业部件的创新精加工工艺。以及表面硬度。通过应用 300 N 和 5 道次的 VABB 工艺实现最高的改进。设计原型的有效性得到确认，并将这种 VABB 工具作为廉价系统，成功执行工业部件的创新精加工工艺。