帶冷卻裝置的超聲輔助上模結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲振動輔助金屬成形，尤其是涉及一種帶冷卻裝置的超聲輔助上模結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲加工技術(shù)是20世紀50年代以來逐步發(fā)展起來的一種加工方法。超聲加工系統(tǒng)由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿和上模具等組成。其中，超聲波換能器和變幅桿是超聲振動系統(tǒng)的重要組成部分。超聲波換能器在振動系統(tǒng)中的主要作用是把超聲波發(fā)生器傳來的高頻電信號轉(zhuǎn)化為高頻機械信號，一般分為磁致伸縮式和壓電陶瓷式。變幅桿在振動系統(tǒng)中的主要作用是放大位移振幅，或者把能量集中在較小的面積上即聚能作用。當工作頻率在20KHz范圍內(nèi)超聲換能器輻射面的振幅只有幾個微米，而在超聲加工中所需要的振幅為幾十甚至幾百微米，所以必須借助變幅桿的聚能作用將振動質(zhì)點的位移放大。在功率超聲的應(yīng)用中，變幅桿可以分為縱向振動、彎曲振動、扭轉(zhuǎn)振動等形式。指數(shù)形、階梯形和圓錐形變幅桿是最簡單的縱振單一變幅桿，將不同形式的單一變幅桿根據(jù)需要組合而成為復(fù)合變幅桿。
[0003]換能器、變幅桿和上模具是超聲波加工系統(tǒng)的核心。在新型超聲加工應(yīng)用中，需要用不同尺寸的工具連接到變幅桿上以實現(xiàn)超聲加工。上模具和變幅桿的有效連接是使振動能量最大限度地進行傳遞的關(guān)鍵，目前常見的連接方式有螺紋連接、椎體壓配連接和釬焊連接。其中螺紋連接能比較方便的更換上模具，但缺點是容易出現(xiàn)松動，造成超聲能量傳遞的損失。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01310698287.5)公開了一種可快速更換刀具的超聲變幅桿，通過圓錐-圓柱復(fù)合型變幅桿的輸出端與特定結(jié)構(gòu)的工具適配器連接，工具適配器根據(jù)工具的結(jié)構(gòu)尺寸大小而設(shè)計，更換后可保證整個超聲振動系統(tǒng)仍處于諧振狀態(tài)，可大大節(jié)省更換工具后重新進行阻抗匹配的時間，提高加工效率，但該裝置的缺點是不能保證變幅桿與工具適配器以及工具適配器與上模具連接的可靠性。
[0004]目前超聲振動輔助常溫成形加工技術(shù)已經(jīng)非常成熟，應(yīng)用比較廣泛。但超聲振動輔助高溫成形和輔助半固態(tài)金屬成形技術(shù)還鮮有報道，原因是普通的壓電陶瓷式換能器不能在高溫下作業(yè)，這大大限制了超聲振動技術(shù)的應(yīng)用范圍。中國實用新型專利(申請?zhí)?01320309688.2)公開了一種高效率、高溫、高壓超聲波換能器，采用獨特冷卻套，通過外加冷卻液體對壓電陶瓷晶體進行冷卻，使壓電陶瓷晶體始終保持在固定的溫度上，大大提高了壓電陶瓷晶體的穩(wěn)定性，但該裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，具體實現(xiàn)有一定難度。
[0005]基于以上問題，提出一種帶有簡單、易于實現(xiàn)的冷卻裝置的且可以方便更換上模具同時又能保證上模具和變幅桿連接可靠性的超聲結(jié)構(gòu)是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種帶冷卻裝置的超聲輔助上模結(jié)構(gòu)。冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，解決了超聲振動裝置不能用于高溫作業(yè)的問題，擴大了超聲輔助加工的應(yīng)用范圍。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明包括超聲波換能器、變幅桿和上模具；超聲波換能器下端與變幅桿上端之間、變幅桿下端與上模具上端之間和上模具下端與脫模機構(gòu)之間均通過螺旋副連接成一體。
[0008]所述超聲波換能器，包括預(yù)緊桿、上蓋板、兩片電極片和兩片壓電陶瓷片；上蓋板、第一電極片、第一壓電陶瓷片、第二電極片和第二壓電陶瓷片通過同軸的預(yù)緊桿與變幅桿上端螺紋連接，并通過兩片電極片的連接導(dǎo)線與超聲波發(fā)生器相連，預(yù)緊桿軸向開有冷卻通道。
[0009]所述變幅桿上端的法蘭盤中心開有與超聲波換能器的預(yù)緊桿下端連接的螺紋槽，螺紋槽底部開有直角冷卻通道，直角冷卻通道通過軸向開有帶通孔螺桿與水管相連，為了保證變幅桿的工作行程和避免通道過長改變變幅桿的動力學(xué)性能，直角冷卻管道開在變幅桿的圓錐形區(qū)域，變幅桿的下端中心開有與上模具上端連接的螺紋孔。
[0010]所述上模具的上端中心的螺柱與變幅桿下端中心的螺紋孔在變幅桿的節(jié)點位置進行連接，上模具下端面帶有微細結(jié)構(gòu)，微細結(jié)構(gòu)根據(jù)加工工件的形狀確定，用于完成不同結(jié)構(gòu)工件的半固態(tài)金屬微觸變成形，上模具通過下端中心的下端螺柱與脫模機構(gòu)連接，上模具既作為帶有微細特征的上模具，又作為變幅桿延伸的一部分起到聚能和放大振幅的作用，變幅桿和上模具共同組成一個3/4波長的變幅桿，在上模具的下端面輸出最大振幅，上模具與變幅桿的材料相同。
[0011]本發(fā)明具有的有益效果是:
本發(fā)明解決了超聲振動裝置不能用于高溫作業(yè)的問題；通過在變幅桿節(jié)點位置對變幅桿和上模具進行螺紋連接，可防止上模具與變幅桿之間的螺紋松動，有效傳遞超聲能量；可以方便更換上模具，通過添加冷卻裝置可將超聲振動應(yīng)用范圍擴大到半固態(tài)成形領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的裝配結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的超聲波換能器結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的變幅桿結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4是本發(fā)明的上模具結(jié)構(gòu)主視圖。
[0016]圖5是本發(fā)明的上模具結(jié)構(gòu)仰視圖。
[0017]圖6是本發(fā)明的上模具結(jié)構(gòu)左視圖。
[0018]圖7是本發(fā)明的脫模機構(gòu)的主視圖。
[0019]圖8是本發(fā)明的脫模機構(gòu)的俯視圖。
[0020]圖中:1.超聲換能器，11.冷卻通道，12.預(yù)緊桿，13.上蓋板，14.電極片，15.壓電陶瓷片，16.連接導(dǎo)線，17.扁槽，18.外牙寶塔結(jié)構(gòu)；2.變幅桿，21.法蘭盤，22.通孔，23.螺紋槽，24.帶通孔螺桿，25.直角冷卻通道，26.螺紋孔；3.上模具，31.上端螺柱，32.扁槽，33.下端螺柱，34.微細結(jié)構(gòu)；4.脫模機構(gòu)。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0022]如圖1、圖7、圖8所示，該結(jié)構(gòu)本發(fā)明超聲波換能器1、變幅桿2和上模具3 ;超聲波換能器I下端與變幅桿2上端之間、變幅桿2下端與上模具3上端之間和上模具3下端與脫模機構(gòu)4之間均通過螺旋副連接成一體。
[0023]如圖2所示，所述超聲波換