專利名稱：壓電式激波加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所指的壓電式激波加工裝置，可用于金屬或非金屬材料的去除、變形、改性、強(qiáng)化、焊接及切割加工。
背景技術(shù)：
通過對壓電換能器施加脈沖電激勵(lì)，壓電換能器會(huì)產(chǎn)生脈沖超聲波。如果在液體介質(zhì)中采用特殊的聚焦技術(shù)，利用不同材料聲阻抗的差異，產(chǎn)生聲反射，從而在聚焦區(qū)域產(chǎn)生高能，瞬時(shí)壓力激波，對工件材料產(chǎn)生沖擊。該方法具有能量可控、實(shí)現(xiàn)方便、應(yīng)用范圍廣及安全潔凈等優(yōu)點(diǎn)。
節(jié)能、節(jié)材及綠色制造技術(shù)是當(dāng)今世界在發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)中的關(guān)鍵課題，激波加工技術(shù)符合綠色制造的要求，具有安全高效，潔凈無污染的特點(diǎn)，是一種先進(jìn)的加工制造技術(shù)。該技術(shù)可用于金屬或非金屬材料的去除，變形、改性、強(qiáng)化、焊接及切割加工等。
機(jī)械產(chǎn)品的零部件，通常都要通過成形與改性才具有所需形狀及實(shí)用功能。由于激波加工技術(shù)的固有特點(diǎn)，材料的彈性變形大大降低，很好地滿足了超塑成形加工的需要，可應(yīng)用于比強(qiáng)度大的金屬材料及復(fù)雜型面強(qiáng)化及成形。另外，激波壓力到達(dá)一定值后，其高溫和瞬時(shí)特性非常適合表面改性，使材料抗裂性、耐磨性、耐蝕性和耐冷熱疲勞性能大大提高，且能量可控性好，使用、維護(hù)成本低。
由于樹脂基碳纖維復(fù)合材料具有高比模量、高比強(qiáng)度、疲勞特性及破損安全性優(yōu)異、熱穩(wěn)定性好以及可根據(jù)使用要求進(jìn)行材料設(shè)計(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、國防等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的加工方法如常規(guī)機(jī)械切削、水射流、激光加工等存在著分層，熱損傷等缺點(diǎn)，因此，激波加工技術(shù)有望在復(fù)合材料加工中得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種新型的壓電式激波加工裝置，利用高能激波對金屬與非金屬材料進(jìn)行去除、變形、改性、強(qiáng)化、焊接及切割等加工。例如，用于對樹脂基碳纖維復(fù)合材料的切割、鉆孔加工，可克服現(xiàn)有加工方法易產(chǎn)生的分層、劈裂等缺陷。
實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的壓電式激波加工裝置包括整體輕質(zhì)殼體，安裝在其上端的蓋板，安裝在其下端的透射片；在蓋板下方的殼體內(nèi)上部安裝聚焦聲透鏡，將殼體內(nèi)部分為兩部分；大直徑壓電陶瓷薄片粘接在聲透鏡的背面；半導(dǎo)體制冷器安裝在鋁質(zhì)蓋板下；殼體上有注水孔。
本發(fā)明的壓電式激波加工裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。


圖1是壓電式激波加工裝置結(jié)構(gòu)示意中標(biāo)號名稱1.蓋板，2.聲透鏡，3.大直徑壓電陶瓷薄片，4.半導(dǎo)體制冷器，5.注水孔，6.殼體，7.透射片，8.定位環(huán)。
圖2是加工示意中名稱標(biāo)號9.大功率激波電源，10.激波加工裝置，11.工件具體實(shí)施方式
由圖1可知，本發(fā)明的具體構(gòu)成是，鋁質(zhì)蓋板1置于殼體6上端，聲透鏡2固定在殼體6內(nèi)上部，置于蓋板1下方，大直徑壓電陶瓷薄片3粘貼在聲透鏡2背面，透射片7和定位環(huán)8安裝在殼體6的下端，半導(dǎo)體制冷器4的熱端與鋁質(zhì)蓋板1下端緊貼，用壓板固定，兩者間涂有導(dǎo)熱硅脂薄層。
大直徑壓電陶瓷薄片3兩面鍍銀，接大功率激波電源。大直徑壓電陶瓷薄片3采用專門粘接工藝安裝在聲透鏡2背面。聲透鏡2正面為凹球面，其球半徑與聚焦半徑相對應(yīng)，背面有一加工平面，由鋁材料制成，上下表面均經(jīng)過精加工，保證粘接質(zhì)量與聲學(xué)聚焦效果。殼體6上部為圓柱形，起固定和支撐作用，下部為錐形，內(nèi)部充滿液體，由輕質(zhì)材料制成，強(qiáng)度高，既要滿足聲透鏡2的聚焦要求，又便于加工時(shí)觀察定位，也相應(yīng)減輕加工裝置的整體重量。在殼體6上有一個(gè)注水孔5，用于注入、排除液體。
透射片7為圓形，保證聚焦能量能最大限度的透過，并且根據(jù)不同加工需要，可進(jìn)行更換。定位環(huán)8為圓環(huán)形，是為滿足加工的位置精度需要，可起到定位與尺寸校正的作用。使用前首先通過注水孔5，將液體充滿殼體6在聲透鏡2下方的內(nèi)腔，排除下腔全部空氣。采用大功率激波電源激勵(lì)大直徑壓電陶瓷薄片3，產(chǎn)生高頻、大功率的超聲波。超聲波經(jīng)聲透鏡2的聲學(xué)聚焦，在焦域處產(chǎn)生高能激波，壓力可超過數(shù)十兆帕。由于激波在空氣中傳播時(shí)損耗很大，故殼體6充滿液體介質(zhì)，聚焦區(qū)域在透射片處。為減少能量損耗，需要專用去氣裝置將液體中溶解的空氣去除后使用。工作時(shí)，大直徑壓電陶瓷薄片3會(huì)發(fā)熱，半導(dǎo)體制冷器4起降溫作用。
如圖2所示，將加工裝置10準(zhǔn)確定位于被加工工件11待加工表面，定位環(huán)8與加工表面接觸，使用大功率激波電源9，工件表面將受到高能激波的沖擊，實(shí)現(xiàn)加工要求。必要時(shí)可使用加工液進(jìn)行冷卻和排屑。
根據(jù)加工目的、材料的不同，調(diào)節(jié)激波功率和聚焦半徑，可進(jìn)行材料去除、變形、改性、強(qiáng)化、焊接及切割等加工。例如，高能激波作用于金屬材料表面，可使其發(fā)生相變，強(qiáng)度、硬度增加等效果；作用于脆性材料(如樹脂基碳纖維復(fù)合材料)表面，當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力滿足工件材料斷裂準(zhǔn)則時(shí)，材料斷裂；此外，通過對運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)字控制，可實(shí)現(xiàn)切割、鉆孔等加工任務(wù)，加工尺寸一致性好。
權(quán)利要求
1，一種壓電式激波加工裝置，其特征在于蓋板(1)置于殼體(6)上端，聲透鏡(2)固定在殼體(6)內(nèi)的上部置于蓋板(1)下，大直徑壓電陶瓷薄片(3)粘貼在聲透鏡(2)的背面，半導(dǎo)體制冷器(4)的熱端與蓋板(1)下端緊貼，透射片(7)和定位環(huán)(8)安裝在殼體(6)的下端，注水孔(5)在殼體(6)側(cè)面。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電激波加工裝置，其特征在于，聲透鏡(2)正面為凹球面，其球半徑與聚焦半徑相對應(yīng)，背面有一加工平面，用于安裝壓電陶瓷薄片(3)。
3，根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電式激波加工裝置，其特征在于，殼體(6)上部為圓柱形，起固定和支撐作用；下部為錐形，內(nèi)部充滿液體。
4，根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電式激波加工裝置，其特征在于，透射片(7)采用能保證聚焦能量能最大限度透過的圓形。
5，根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電式激波加工裝置，其特征在于，透射片(7)采用能保證聚焦能量能最大限度透過的圓形。
6，根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電式激波加工裝置，其特征在于，定位環(huán)(8)采用能滿足加工位置精度需要的圓環(huán)形式。
7，根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電式激波加工裝置，其特征在于，定位環(huán)(8)采用能滿足加工位置精度需要的圓環(huán)形式。
8，根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電式激波加工裝置，其特征在于，定位環(huán)(8)采用能滿足加工位置精度需要的圓環(huán)形式。
9，根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電式激波加工裝置，其特征在于，定位環(huán)(8)采用能滿足加工位置精度需要的圓環(huán)形式。
全文摘要
一種壓電式激波加工裝置，由蓋板(1)、聲透鏡(2)、大直徑壓電陶瓷薄片(3)、半導(dǎo)體制冷器(4)、注水孔(5)、殼體(6)、透射片(7)和定位環(huán)(8)組成。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能對金屬與非金屬材料進(jìn)行去除、強(qiáng)化、改性、焊接、切割、鉆孔等加工；針對樹脂基碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行切割鉆孔加工時(shí)，可克服現(xiàn)有加工方法容易產(chǎn)生的分層、切口等缺陷。
文檔編號B23K28/00GK1597169SQ20041004192
公開日2005年3月23日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者汪煒, 劉正塤, 鮑典璞, 劉瀏, 林廣義, 董歧 申請人:南京航空航天大學(xué)