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商品簡介
作者簡介
名人/編輯推薦
序
目次
書摘/試閱
商品簡介
超聲加工技術不斷創新提高，應用領域不斷拓寬，應用超聲加工的新技術、新方法層出不窮，使得不少讀者迫切希望了解和學習有關超聲加工方面的知識，加深對超聲基礎理論的理解，提高超聲加工的能力。為滿足這部分讀者的需求，我們編寫了本書。
本書在介紹超聲加工基本原理、特點、主要部件的基礎上，以超聲加工方法為主線，詳細介紹了超聲去除加工、超聲表面光整加工、超聲焊接加工等的原理和應用。全書理論性與實用性并重，對從事特種加工，尤其是超聲加工的技術人員有很大幫助和啟發。
本書在介紹超聲加工基本原理、特點、主要部件的基礎上，以超聲加工方法為主線，詳細介紹了超聲去除加工、超聲表面光整加工、超聲焊接加工等的原理和應用。全書理論性與實用性并重，對從事特種加工，尤其是超聲加工的技術人員有很大幫助和啟發。
作者簡介
曹鳳國，原北京電加工研究所所長，原北京科學研究院院長，現任中國發明協會副理事長，北京發明協會理事長，北京市科學技術協會副主席，中國機械工程學會特種加工分會副主任委員，北京創造學會副理事長，國際電加工學會（ISEM）技術委員會委員，中國模具工業協會拉絲模專業委員會。
曹鳳國三十年來主要從事精密特種加工（電火花、激光、超聲波加工等）、光機電一體化等現代制造技術的研究工作。先后取得國家、省部級重大科研成果二十多項,其中獲得國家發明二等獎1項、國際發明獎3項，省部級科技進步一等獎2項、二等獎六項、三等獎6項。同時在國內外學術會議及刊物發表論文60余篇，在國內外享有很高的聲譽。1984年被國家科委評為首批國家級有突出貢獻的中青年專家并享受政府特殊津貼。1993年當選為中國機械工程學會電加工學會副理事長。1995年在瑞士洛桑舉行的第11屆國際電加工學術會議上被選為國際電加工學會技術委員會委員。先后三次被評為北京市勞動模范。1998年，任北京市科學技術研究院院長，北京精密特種加工中心首席專家，一直承擔國家自然科學基金項目和北京市多項重大科技項目。
曹鳳國三十年來主要從事精密特種加工（電火花、激光、超聲波加工等）、光機電一體化等現代制造技術的研究工作。先后取得國家、省部級重大科研成果二十多項,其中獲得國家發明二等獎1項、國際發明獎3項，省部級科技進步一等獎2項、二等獎六項、三等獎6項。同時在國內外學術會議及刊物發表論文60余篇，在國內外享有很高的聲譽。1984年被國家科委評為首批國家級有突出貢獻的中青年專家并享受政府特殊津貼。1993年當選為中國機械工程學會電加工學會副理事長。1995年在瑞士洛桑舉行的第11屆國際電加工學術會議上被選為國際電加工學會技術委員會委員。先后三次被評為北京市勞動模范。1998年，任北京市科學技術研究院院長，北京精密特種加工中心首席專家，一直承擔國家自然科學基金項目和北京市多項重大科技項目。
名人/編輯推薦
本書是全面介紹超聲加工技術的實用性著作，理論闡述清楚易懂，各種加工方法的原理和應用非常貼合工程實際。這些特點都得益于本書的主編曹鳳國研究員幾十年的研發和生產實踐的精心總結，相信會對業內人士非常有幫助和啟發。
序
超聲學涉及的領域非常廣泛，在航空航天、深海探測、醫療技術、生物工程、機械工程、探傷測量等諸多方面均有超聲的身影出現。超聲加工技術既是超聲學的一個重要分支，又是現代特種加工中不可或缺的重要組成部分。超聲加工技術在特定的環境和條件下，發揮出神奇和不可替代的作用，是一門非常誘人的學科。
隨著科學技術的高速發展，超聲加工技術不斷創新提高，應用領域不斷拓寬，使用超聲加工的新技術、新方法層出不窮，使得不少讀者迫切希望了解和學習有關超聲加工方面的知識，加深對超聲基礎理論的理解，提高掌握超聲加工技術的能力。為滿足這部分讀者的需求，我們編寫了本書。
本書理論性與實用性并重，第1、2章主要論述了超聲的基本理論和工作特點，并簡單扼要地描述了超聲加工技術發展概況和未來發展趨勢。第3章～第5章對超聲加工技術中的幾個重要組成部分：超聲發生器、超聲換能器以及超聲變幅桿，進行了較系統的闡述，重點介紹了典型電路和一些實用的計算方法。在第6章～第8章中，以獨特的視角，從材料的去除、材料的表面改性、材料的增長等方面全面講述了超聲加工技術工作原理、應用范圍和加工方法。第9章簡單介紹了超聲加工與其他加工方法共同作用的超聲復合加工方法。
本書由曹鳳國主編，黃建宇副主編，劉媛、胡絳梅、張利蘋參加了本書的編寫。本書在編寫過程中參閱了大量相關信息。在此，向為本書編寫和修訂提供書籍、論文以及其他文獻資料的有關院校、科研院所和生產單位，向給予我們支持和幫助的專家、學者和同行們表示由衷的感謝。
由于編者水平所限，書中難免存在錯漏之處，敬請廣大讀者提出寶貴意見。
主編
隨著科學技術的高速發展，超聲加工技術不斷創新提高，應用領域不斷拓寬，使用超聲加工的新技術、新方法層出不窮，使得不少讀者迫切希望了解和學習有關超聲加工方面的知識，加深對超聲基礎理論的理解，提高掌握超聲加工技術的能力。為滿足這部分讀者的需求，我們編寫了本書。
本書理論性與實用性并重，第1、2章主要論述了超聲的基本理論和工作特點，并簡單扼要地描述了超聲加工技術發展概況和未來發展趨勢。第3章～第5章對超聲加工技術中的幾個重要組成部分：超聲發生器、超聲換能器以及超聲變幅桿，進行了較系統的闡述，重點介紹了典型電路和一些實用的計算方法。在第6章～第8章中，以獨特的視角，從材料的去除、材料的表面改性、材料的增長等方面全面講述了超聲加工技術工作原理、應用范圍和加工方法。第9章簡單介紹了超聲加工與其他加工方法共同作用的超聲復合加工方法。
本書由曹鳳國主編，黃建宇副主編，劉媛、胡絳梅、張利蘋參加了本書的編寫。本書在編寫過程中參閱了大量相關信息。在此，向為本書編寫和修訂提供書籍、論文以及其他文獻資料的有關院校、科研院所和生產單位，向給予我們支持和幫助的專家、學者和同行們表示由衷的感謝。
由于編者水平所限，書中難免存在錯漏之處，敬請廣大讀者提出寶貴意見。
主編
目次
第1章緒論1
1.1超聲加工技術發展概況和未來展望1
1.1.1超聲加工技術發展概況1
1.1.2超聲加工技術發展趨勢和未來展望3
1.2超聲加工的特點和用途6
1.2.1超聲加工的特點6
1.2.2超聲加工的用途6
1.3超聲加工常用名詞術語和專用符號7
1.3.1超聲加工常用名詞術語7
1.3.2超聲加工專用符號8
第2章超聲加工的基本原理10
2.1超聲波的特性10
2.1.1超聲波的空化效應10
2.1.2超聲波的傳播特性14
2.1.3超聲波的干涉、衍射和共振特性17
2.1.4超聲波的吸收特性21
2.1.5超聲波的多普勒效應22
2.2超聲加工的基本原理及其設備22
2.2.1超聲加工的基本原理22
2.2.2超聲加工設備24
第3章超聲波發生器28
3.1模擬電路超聲波發生器28
3.1.1超聲波振蕩器28
3.1.2超聲波放大器35
3.1.3匹配電路和頻率自動跟蹤41
3.2數字電路超聲波發生器46
3.2.1數字電路超聲波發生器的基本原理46
3.2.2幾種典型的數字電路超聲波發生器47
3.3超聲波發生器應用49
3.3.1晶體管超聲波發生器應用49
3.3.2模擬集成電路超聲波發生器應用50
3.3.3數字化控制超聲波發生器應用52
第4章超聲換能器54
4.1磁致伸縮換能器54
4.1.1磁致伸縮材料的特性及換能器的工作原理54
4.1.2磁致伸縮換能器的材料57
4.1.3磁致伸縮換能器的結構形式和特點58
4.2壓電換能器63
4.2.1晶體的壓電效應及壓電換能器的工作原理63
4.2.2壓電材料及其性能64
4.2.3壓電換能器的等效電路66
4.2.4壓電換能器的結構形式、特點及頻率公式67
第5章超聲變幅桿76
5.1概述76
5.2縱向振動變幅桿76
5.2.1變截面桿縱振動的波動方程76
5.2.2單一變幅桿77
5.2.3復合變幅桿84
5.3有負載的變幅桿87
5.3.1負載力抗對變幅桿共振頻率的影響87
5.3.2簡單形狀加工工具頭對變幅桿共振頻率的影響88
5.4扭轉振動變幅桿90
5.4.1變截面桿扭轉振動的波動方程90
5.4.2指數形扭轉振動變幅桿90
5.4.3懸鏈線形扭轉振動變幅桿91
5.4.4階梯形扭轉振動變幅桿91
5.5彎曲振動變幅桿92
5.6超聲變幅桿的設計94
5.6.1變幅桿類型的選擇94
5.6.2變幅桿材料的選擇96
5.6.3變幅桿的設計方法97
第6章超聲材料去除加工99
6.1磨料沖擊超聲加工99
6.1.1半導體、玉石、陶瓷等材料的磨料沖擊超聲99
6.1.2金剛石、立方氮化硼、碳化硼等材料的磨料沖擊超聲加工101
6.1.3磨料沖擊超聲雕刻加工104
6.2超聲磨削106
6.2.1超聲磨削裝置106
6.2.2超聲磨削工藝規律107
6.2.3超聲振動修整砂輪111
6.2.4超聲清洗砂輪113
6.2.5工程陶瓷的超聲磨削技術114
6.3超聲車削116
6.3.1超聲車削裝置117
6.3.2超聲車削過程的運動特性120
6.3.3超聲車削對加工精度和表面質量的影響120
6.3.4難加工材料的超聲車削128
6.3.5超聲橢圓振動切削133
6.4超聲鉆孔和鏜孔136
6.4.1超聲鉆孔136
6.4.2超聲鏜孔141
6.5超聲鋸料143
6.5.1超聲鋸料的基本原理與特點143
6.5.2超聲鋸床的類型143
6.5.3縱向振動缺齒式超聲鋸床145
6.6超聲旋轉加工145
6.7超聲振動滾齒加工146
6.7.1超聲振動滾齒加工的實現147
6.7.2超聲振動滾齒加工實驗的工藝效果147
6.7.3超聲振動滾齒系統的設計要點148
6.8超聲振動鉸孔加工148
6.8.1超聲振動鉸孔與試驗條件148
6.8.2超聲振動鉸孔過程的特有現象149
6.8.3超聲振動鉸孔的效果149
6.8.4超聲振動鉸孔的工藝規律149
6.9典型的超聲加工機床151
6.9.1超聲加工用刀具151
6.9.2控制系統152
6.9.3超聲加工機床的應用152
6.9.4加工實例153
第7章超聲表面光整加工154
7.1超聲拋光154
7.1.1超聲拋光的基本裝置和工藝效果154
7.1.2超聲拋光的分類155
7.1.3超聲拋光技術在模具行業中的應用155
7.2超聲珩磨156
7.2.1超聲珩磨的臨界速度156
7.2.2超聲珩磨的材料去除模型157
7.2.3超聲珩磨裝置159
7.2.4超聲珩磨裝置關鍵機構的設計160
7.3超聲砂帶拋光162
7.3.1超聲砂帶拋光的基本原理162
7.3.2超聲砂帶拋光的運動方式163
7.4超聲壓光164
7.4.1超聲壓光的基本原理和裝置164
7.4.2超聲壓光工藝試驗165
7.4.3超聲壓光的應用范圍168
第8章超聲焊接加工和其他應用169
8.1超聲焊接加工169
8.1.1超聲金屬焊接169
8.1.2超聲塑料焊接173
8.2超聲電鍍176
8.3超聲清洗177
8.3.1原理與特點177
8.3.2影響超聲清洗效果的因素178
8.3.3超聲清洗設備179
8.4超聲處理183
8.4.1超聲乳化183
8.4.2超聲搪錫184
8.4.3超聲粉碎185
8.4.4超聲霧化186
8.4.5超聲凝聚188
8.4.6超聲除氣189
8.4.7超聲加速過濾189
8.4.8超聲振動篩190
8.4.9超聲加速陳化過程190
8.4.10超聲淬火191
8.4.11超聲細化晶粒191
8.4.12超聲疲勞試驗191
8.4.13聲懸浮技術192
8.5超聲金屬塑性加工193
8.5.1超聲金屬塑性加工的基本原理193
8.5.2超聲拉絲193
8.5.3超聲拉管195
8.5.4超聲擠壓、鉚墩和其他塑性加工196
8.6超聲采油196
8.6.1超聲采油機理196
8.6.2超聲采油工藝流程201
8.6.3超聲波在采油中的應用范圍203
第9章超聲復合加工205
9.1超聲電火花復合加工205
9.1.1超聲電火花復合拋光205
9.1.2超聲電火花線切割復合加工210
9.1.3超聲電火花復合打孔214
9.2超聲電解復合加工216
9.2.1超聲電解復合加工的基本原理和特點216
9.2.2超聲電解復合拋光217
9.2.3超聲脈沖電解復合研磨加工218
參考文獻220
1.1超聲加工技術發展概況和未來展望1
1.1.1超聲加工技術發展概況1
1.1.2超聲加工技術發展趨勢和未來展望3
1.2超聲加工的特點和用途6
1.2.1超聲加工的特點6
1.2.2超聲加工的用途6
1.3超聲加工常用名詞術語和專用符號7
1.3.1超聲加工常用名詞術語7
1.3.2超聲加工專用符號8
第2章超聲加工的基本原理10
2.1超聲波的特性10
2.1.1超聲波的空化效應10
2.1.2超聲波的傳播特性14
2.1.3超聲波的干涉、衍射和共振特性17
2.1.4超聲波的吸收特性21
2.1.5超聲波的多普勒效應22
2.2超聲加工的基本原理及其設備22
2.2.1超聲加工的基本原理22
2.2.2超聲加工設備24
第3章超聲波發生器28
3.1模擬電路超聲波發生器28
3.1.1超聲波振蕩器28
3.1.2超聲波放大器35
3.1.3匹配電路和頻率自動跟蹤41
3.2數字電路超聲波發生器46
3.2.1數字電路超聲波發生器的基本原理46
3.2.2幾種典型的數字電路超聲波發生器47
3.3超聲波發生器應用49
3.3.1晶體管超聲波發生器應用49
3.3.2模擬集成電路超聲波發生器應用50
3.3.3數字化控制超聲波發生器應用52
第4章超聲換能器54
4.1磁致伸縮換能器54
4.1.1磁致伸縮材料的特性及換能器的工作原理54
4.1.2磁致伸縮換能器的材料57
4.1.3磁致伸縮換能器的結構形式和特點58
4.2壓電換能器63
4.2.1晶體的壓電效應及壓電換能器的工作原理63
4.2.2壓電材料及其性能64
4.2.3壓電換能器的等效電路66
4.2.4壓電換能器的結構形式、特點及頻率公式67
第5章超聲變幅桿76
5.1概述76
5.2縱向振動變幅桿76
5.2.1變截面桿縱振動的波動方程76
5.2.2單一變幅桿77
5.2.3復合變幅桿84
5.3有負載的變幅桿87
5.3.1負載力抗對變幅桿共振頻率的影響87
5.3.2簡單形狀加工工具頭對變幅桿共振頻率的影響88
5.4扭轉振動變幅桿90
5.4.1變截面桿扭轉振動的波動方程90
5.4.2指數形扭轉振動變幅桿90
5.4.3懸鏈線形扭轉振動變幅桿91
5.4.4階梯形扭轉振動變幅桿91
5.5彎曲振動變幅桿92
5.6超聲變幅桿的設計94
5.6.1變幅桿類型的選擇94
5.6.2變幅桿材料的選擇96
5.6.3變幅桿的設計方法97
第6章超聲材料去除加工99
6.1磨料沖擊超聲加工99
6.1.1半導體、玉石、陶瓷等材料的磨料沖擊超聲99
6.1.2金剛石、立方氮化硼、碳化硼等材料的磨料沖擊超聲加工101
6.1.3磨料沖擊超聲雕刻加工104
6.2超聲磨削106
6.2.1超聲磨削裝置106
6.2.2超聲磨削工藝規律107
6.2.3超聲振動修整砂輪111
6.2.4超聲清洗砂輪113
6.2.5工程陶瓷的超聲磨削技術114
6.3超聲車削116
6.3.1超聲車削裝置117
6.3.2超聲車削過程的運動特性120
6.3.3超聲車削對加工精度和表面質量的影響120
6.3.4難加工材料的超聲車削128
6.3.5超聲橢圓振動切削133
6.4超聲鉆孔和鏜孔136
6.4.1超聲鉆孔136
6.4.2超聲鏜孔141
6.5超聲鋸料143
6.5.1超聲鋸料的基本原理與特點143
6.5.2超聲鋸床的類型143
6.5.3縱向振動缺齒式超聲鋸床145
6.6超聲旋轉加工145
6.7超聲振動滾齒加工146
6.7.1超聲振動滾齒加工的實現147
6.7.2超聲振動滾齒加工實驗的工藝效果147
6.7.3超聲振動滾齒系統的設計要點148
6.8超聲振動鉸孔加工148
6.8.1超聲振動鉸孔與試驗條件148
6.8.2超聲振動鉸孔過程的特有現象149
6.8.3超聲振動鉸孔的效果149
6.8.4超聲振動鉸孔的工藝規律149
6.9典型的超聲加工機床151
6.9.1超聲加工用刀具151
6.9.2控制系統152
6.9.3超聲加工機床的應用152
6.9.4加工實例153
第7章超聲表面光整加工154
7.1超聲拋光154
7.1.1超聲拋光的基本裝置和工藝效果154
7.1.2超聲拋光的分類155
7.1.3超聲拋光技術在模具行業中的應用155
7.2超聲珩磨156
7.2.1超聲珩磨的臨界速度156
7.2.2超聲珩磨的材料去除模型157
7.2.3超聲珩磨裝置159
7.2.4超聲珩磨裝置關鍵機構的設計160
7.3超聲砂帶拋光162
7.3.1超聲砂帶拋光的基本原理162
7.3.2超聲砂帶拋光的運動方式163
7.4超聲壓光164
7.4.1超聲壓光的基本原理和裝置164
7.4.2超聲壓光工藝試驗165
7.4.3超聲壓光的應用范圍168
第8章超聲焊接加工和其他應用169
8.1超聲焊接加工169
8.1.1超聲金屬焊接169
8.1.2超聲塑料焊接173
8.2超聲電鍍176
8.3超聲清洗177
8.3.1原理與特點177
8.3.2影響超聲清洗效果的因素178
8.3.3超聲清洗設備179
8.4超聲處理183
8.4.1超聲乳化183
8.4.2超聲搪錫184
8.4.3超聲粉碎185
8.4.4超聲霧化186
8.4.5超聲凝聚188
8.4.6超聲除氣189
8.4.7超聲加速過濾189
8.4.8超聲振動篩190
8.4.9超聲加速陳化過程190
8.4.10超聲淬火191
8.4.11超聲細化晶粒191
8.4.12超聲疲勞試驗191
8.4.13聲懸浮技術192
8.5超聲金屬塑性加工193
8.5.1超聲金屬塑性加工的基本原理193
8.5.2超聲拉絲193
8.5.3超聲拉管195
8.5.4超聲擠壓、鉚墩和其他塑性加工196
8.6超聲采油196
8.6.1超聲采油機理196
8.6.2超聲采油工藝流程201
8.6.3超聲波在采油中的應用范圍203
第9章超聲復合加工205
9.1超聲電火花復合加工205
9.1.1超聲電火花復合拋光205
9.1.2超聲電火花線切割復合加工210
9.1.3超聲電火花復合打孔214
9.2超聲電解復合加工216
9.2.1超聲電解復合加工的基本原理和特點216
9.2.2超聲電解復合拋光217
9.2.3超聲脈沖電解復合研磨加工218
參考文獻220
書摘/試閱
圖2—2（a）是聲壓的變化，圖2—2（b）是氣泡半徑隨時間的變化。圖中曲線l（虛線）對應于聲波頻率f1
由以上所述，可得到這樣的結論，即氣泡振動和聲波頻率有關。特別值得注意的是，當氣泡半徑較大，其諧振頻率低于聲波頻率時，氣泡雖可生長發育但卻不能閉合。
在空化現象中，氣泡膨脹到達的最大半徑Rm和它膨脹到最大半徑的時刻tm是很有意義的。顯然，Rm／R0的數值愈大，則閉合時產生的激波強度愈大。
（4）空化泡閉合時產生激波的強度
著名聲學家瑞利（Rayleigh）最先計算了空泡閉合的速度、時間和所產生激波的強度。假設液體是不可壓縮的，在液體中有一個孤立的空泡，半徑膨脹到Rm后，由于周圍液體的壓縮開始收縮，現在半徑已收縮至R0假設空泡中不含氣體或蒸汽，空泡表面的收縮速度為U。
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