能器1，包括預(yù)緊桿12、上蓋板13、兩片電極片14和兩片壓電陶瓷片15 ;上蓋板13、第一電極片14、第一壓電陶瓷片15、第二電極片14和第二壓電陶瓷片15通過同軸的預(yù)緊桿12與變幅桿2上端螺紋連接實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，并通過兩片電極片的連接導(dǎo)線16與超聲波發(fā)生器相連，預(yù)緊桿12軸向開有冷卻通道11。預(yù)緊桿12上開有扁槽17，擰緊時(shí)用于夾持。冷卻通道11的外圓做成外牙寶塔結(jié)構(gòu)18，保證與水管連接的緊密性。
[0024]如圖3所示，所述變幅桿2上端的法蘭盤21中心開有與超聲波換能器I的預(yù)緊桿12下端連接的螺紋槽23，法蘭盤21四周開有連接用的通孔22，螺紋槽23底部開有直角冷卻通道25，直角冷卻通道25通過軸向開有帶通孔螺桿24與水管相連，為了保證變幅桿的工作行程和避免通道過長(zhǎng)改變變幅桿的動(dòng)力學(xué)性能，直角冷卻管道25開在變幅桿2的圓錐形區(qū)域，變幅桿2的下端中心開有與上模具3上端連接的螺紋孔26。直角冷卻管道25開在變幅桿2的圓錐形區(qū)域一方面為了保證變幅桿的工作行程，另一方面避免通道過長(zhǎng)改變變幅桿的動(dòng)力學(xué)性能。
[0025]如圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示，所述上模具3的上端中心的螺柱31與變幅桿2下端中心的螺紋孔26在變幅桿的節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行連接，上模具3下端面帶有微細(xì)結(jié)構(gòu)34，微細(xì)結(jié)構(gòu)34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3通過下端中心的下端螺柱33與脫模機(jī)構(gòu)4連接，上模具3既作為帶有微細(xì)特征34的上模具，又作為變幅桿2延伸的一部分起到聚能和放大振幅的作用，變幅桿2和上模具3共同組成一個(gè)3/4波長(zhǎng)的變幅桿，在上模具3的下端面輸出最大振幅，上模具3與變幅桿2的材料相同或相近，本發(fā)明中二者材料均為45鋼。裝配或拆卸時(shí)用管子鉗夾緊變幅桿2的中間大圓柱面，用扳手卡在上模具3的扁槽32上進(jìn)行擰緊或擰松。
[0026]變幅桿2為半波長(zhǎng)圓錐-圓柱復(fù)合型變幅桿，變幅桿2的兩端面振幅都為零，這樣設(shè)計(jì)變幅桿的目的一是為了在上端法蘭盤21處與超聲波換能器I連接，二是為了在變幅桿2小端面與上模具3進(jìn)行連接，即法蘭面和變幅桿小端面為變幅桿節(jié)點(diǎn)位置所在，通過軟件對(duì)變幅桿進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析可以確定兩端面振幅都為零的變幅桿2的結(jié)構(gòu)和尺寸。
[0027]如圖2?圖8所示，超聲波換能器I的預(yù)緊桿12軸向開有冷卻通道11，變幅桿2在帶有法蘭盤21的一端開有直角形冷卻通道25，冷卻通道11和直角冷卻通道25通過超聲波換能器I和變幅桿2的緊密連接而實(shí)現(xiàn)聯(lián)通，并通過水管與水泵、冷卻水形成閉合冷卻回路。直角冷卻通道25為進(jìn)水口，冷卻通道11為出水口，因?yàn)橹苯抢鋮s通道25更接近高溫段，這樣安排使冷卻效果更好。變幅桿2另一端開有螺紋孔26，與上模具3的上端螺柱31通過螺紋連接。上模具3上帶有微細(xì)結(jié)構(gòu)34，根據(jù)需要的形狀加工和更換，可用于完成半固態(tài)金屬微觸變成形。上模具上銑出深度2mm的扁槽32，在裝配和拆卸上模具時(shí)方便夾持。上模具3通過下端螺紋33與脫模機(jī)構(gòu)4連接。脫模機(jī)構(gòu)上同樣銑出深度2mm的扁槽，方便夾持。加工完畢后通過擰下脫模機(jī)構(gòu)4帶動(dòng)工件脫落實(shí)現(xiàn)脫模。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶冷卻裝置的超聲輔助上模結(jié)構(gòu)，其特征在于:該結(jié)構(gòu)包括超聲波換能器(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(jī)構(gòu)(4)之間均通過螺旋副連接成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶冷卻裝置的超聲輔助上模結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述超聲波換能器(I)包括預(yù)緊桿(12)、上蓋板(13)、兩片電極片和兩片壓電陶瓷片；上蓋板(13)、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(12)與變幅桿(2)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(12)軸向開有冷卻通道(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶冷卻裝置的超聲輔助上模結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述變幅桿(2)上端的法蘭盤(21)中心開有與超聲波換能器(I)的預(yù)緊桿(12)下端連接的螺紋槽(23 )，螺紋槽(23 )底部開有直角冷卻通道(25 )，直角冷卻通道(25 )通過軸向開有帶通孔螺桿(24)與水管相連，為了保證變幅桿的工作行程和避免通道過長(zhǎng)改變變幅桿的動(dòng)力學(xué)性能，直角冷卻管道(25)開在變幅桿(2)的圓錐形區(qū)域，變幅桿(2)的下端中心開有與上模具(3)上端連接的螺紋孔(26 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶冷卻裝置的超聲輔助上模結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述上模具(3)的上端中心的螺柱(31)與變幅桿(2)下端中心的螺紋孔(26)在變幅桿的節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行連接，上模具(3)下端面帶有微細(xì)結(jié)構(gòu)(34)，微細(xì)結(jié)構(gòu)(34)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(3)通過下端中心的下端螺柱(33)與脫模機(jī)構(gòu)(4)連接，上模具(3)既作為帶有微細(xì)特征(34)的上模具，又作為變幅桿(2)延伸的一部分起到聚能和放大振幅的作用，變幅桿(2)和上模具(3)共同組成一個(gè)3/4波長(zhǎng)的變幅桿，在上模具(3)的下端面輸出最大振幅，上模具(3)與變幅桿(2)的材料相同。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶冷卻裝置的超聲輔助上模結(jié)構(gòu)。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(jī)構(gòu)之間均通過螺旋副連接成一體。本發(fā)明解決了超聲振動(dòng)裝置不能用于高溫作業(yè)的問題；通過在變幅桿節(jié)點(diǎn)位置對(duì)變幅桿和上模具進(jìn)行螺紋連接，可防止上模具與變幅桿之間的螺紋松動(dòng)，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(dòng)應(yīng)用范圍擴(kuò)大到半固態(tài)成形領(lǐng)域。
【IPC分類】B22D27-04, B22D17-00, B22D27-08
【公開號(hào)】CN104550875
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410790803
【發(fā)明人】梅德慶, 任慶偉, 姚喆赫, 陳子辰
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日