多孔矩形六面體超聲變幅器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多孔矩形六面體超聲變幅器，所述超聲變幅器的本體為矩形六面體（1），所述矩形六面體（1）的上表面為輻射面（2），所述矩形六面體（1）內(nèi)設(shè)有多個均勻分布且直徑相同的豎直圓柱形通孔（5）。本發(fā)明通過在矩形六面體內(nèi)均勻分布豎直圓柱形通孔來改變和控制矩形六面體的超聲振動特性，將經(jīng)由超聲換能器和超聲變幅桿輸入的水平方向超聲振動轉(zhuǎn)化為豎直方向的超聲振動，并在矩形六面體輻射面的中心區(qū)域獲得大小均勻的豎直方向振幅，有利于負(fù)載任意形狀和尺寸的板狀工件在豎直方向上實現(xiàn)輔助超聲振動。
【專利說明】多孔矩形六面體超聲變幅器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波輔助成形加工【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種多孔矩形六面體超聲變幅器。
【背景技術(shù)】
[0002]難加工材料零件的超聲輔助成形加工是目前機(jī)械加工工藝重點研究的關(guān)鍵問題之一。在超聲輔助成形加工中，超聲系統(tǒng)通過超聲電源、超聲換能器和超聲變幅桿(或變幅器)產(chǎn)生超聲頻機(jī)械振動并將振動的幅度增大，傳遞給加工工具或被加工工件，使其產(chǎn)生高頻諧振，從而實現(xiàn)超聲輔助成形加工。目前，在超聲輔助成形加工工藝中，超聲振動主要是疊加在加工工具上，基于被加工工件輔助超聲振動的工藝較少。這是由于隨著工件質(zhì)量以及尺寸的增大，會對整個超聲系統(tǒng)的超聲頻諧振產(chǎn)生較大影響，從而很難使不同形狀和尺寸的工件達(dá)到超聲頻諧振狀態(tài)。因此，實現(xiàn)任意尺寸和重量工件的輔助超聲振動成為科技工作者孜孜不倦追求解決的難題之一。
[0003]現(xiàn)有的工件輔助超聲振動有兩種方法。一種是將超聲系統(tǒng)中的一個或多個變幅桿與被加工工件通過螺桿直接連接，對工件實施激振從而實現(xiàn)工件的單向或多向水平超聲振動。由于工件和變幅桿固結(jié)在一起進(jìn)行高頻諧振，因此工件的尺寸不能是任意的，而必須按照全諧振理論進(jìn)行設(shè)計。另一種是將工件粘接在變幅桿末端，隨著變幅桿一起做豎直方向的高頻振動，這種方法適用于體積小質(zhì)量輕的工件，對于諧振狀態(tài)影響不大。而實際的被加工工件具有任意形狀尺寸和重量，因此急需開發(fā)能驅(qū)動任意形狀和尺寸工件進(jìn)行超聲振動的加工裝置。
[0004]要實現(xiàn)工件的輔助超聲振動，關(guān)鍵是使超聲變幅器能負(fù)載工件產(chǎn)生高頻諧振。為了使變幅器在一定范圍內(nèi)適應(yīng)不同形狀和尺寸的工件并與之一起達(dá)到諧振狀態(tài)，變幅器對頻率變化的敏感程度應(yīng)盡可能的低，相近模態(tài)的頻率差別應(yīng)盡可能大；變幅器的輻射面位移應(yīng)盡可能均勻，且在輻射面上應(yīng)有較大的位移。矩形六面體由于具有極為豐富的三維耦合振動模式，且在某些頻率附近諧振頻率密集分布，因此矩形六面體是一種有效的寬頻帶輻射聲源。但由于大尺寸矩形六面體存在明顯的三維耦合振動，因此需要對矩形六面體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)來控制其高頻振動特性。目前的主要改進(jìn)方式是在大尺寸矩形六面體上設(shè)置通孔槽和小狹縫的方法來改善矩形六面體端面振幅的均勻性，但該方法不能驅(qū)動任意形狀和尺寸工件進(jìn)行高頻諧振。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種多孔矩形六面體超聲變幅器，可以負(fù)載任意形狀和尺寸的板狀工件在豎直方向上實現(xiàn)輔助超聲振動。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種多孔矩形六面體超聲變幅器，所述超聲變幅器的本體為矩形六面體，所述矩形六面體的上表面為輻射面，所述矩形六面體內(nèi)設(shè)有多個均勻分布且直徑相同的豎直圓柱形通孔。[0007]在本發(fā)明所述的多孔矩形六面體超聲變幅器中，所述豎直圓柱形通孔的直徑為5?9mm,深度為20?40mm。
[0008]在本發(fā)明所述的多孔矩形六面體超聲變幅器中，豎直圓柱形通孔的密度為24?50 個/dm2。
[0009]在本發(fā)明所述的多孔矩形六面體超聲變幅器中，所述矩形六面體的左端面設(shè)有用于與超聲振動輸入設(shè)備連接的螺栓孔。
[0010]在本發(fā)明所述的多孔矩形六面體超聲變幅器中，所述螺栓孔設(shè)置在所述矩形六面體的左端面的中心位置。
[0011]在本發(fā)明所述的多孔矩形六面體超聲變幅器中，所述矩形六面體的底面設(shè)有下螺栓孔，所述下螺栓孔通過螺栓與支腿連接。
[0012]在本發(fā)明所述的多孔矩形六面體超聲變幅器中，所述豎直通孔的上部為用于裝夾固定工件的螺紋孔。
[0013]實施本發(fā)明的多孔矩形六面體超聲變幅器，具有以下有益效果:
[0014]本發(fā)明通過在矩形六面體內(nèi)均勻分布豎直圓柱形通孔來改變和控制矩形六面體的超聲振動特性，將經(jīng)由超聲換能器和超聲變幅桿輸入的水平方向超聲振動轉(zhuǎn)化為豎直方向的超聲振動，并在矩形六面體輻射面的中心區(qū)域獲得大小均勻的豎直方向振幅，有利于負(fù)載任意形狀和尺寸的板狀工件在豎直方向上實現(xiàn)輔助超聲振動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0016]圖1是本發(fā)明多孔矩形六面體超聲變幅器的剖視圖；
[0017]圖2是本發(fā)明多孔矩形六面體超聲變幅器的俯視圖；
[0018]圖3是本發(fā)明多孔矩形六面體超聲變幅器的左視圖；
[0019]圖4a是多孔矩形六面體超聲變幅器的有限元仿真結(jié)果的中間區(qū)域位移/頻率變化曲線；
[0020]圖4b是多孔矩形六面體超聲變幅器的有限元仿真結(jié)果的Z軸位移云圖。
【具體實施方式】
[0021]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0022]如圖1-圖3所示，本發(fā)明的多孔矩形六面體超聲變幅器的本體為矩形六面體1，矩形六面體I的上表面為輻射面2。矩形六面體I內(nèi)設(shè)有多個均勻分布的豎直圓柱形通孔5，多個豎直圓柱形通孔5的直徑相同。
[0023]矩形六面體I的左端面3可以設(shè)置螺栓孔6，螺栓孔6優(yōu)選設(shè)置在矩形六面體I左端面3的中心位置。用于與超聲換能器、超聲變幅桿等超聲振動輸入設(shè)備連接。超聲換能器和超聲變幅桿等設(shè)備輸入的水平超聲縱波在遇到豎直均勻分布的圓柱形通孔5時，由于超聲波在固-氣分界面上產(chǎn)生折射、反射和散射現(xiàn)象，部分超聲波改變了原有的水平傳播方向，沿孔壁的豎直方向進(jìn)行傳播，從而在矩形六面體I輻射面2的中心區(qū)域獲得大小均勻的豎直方向振幅，有利于實現(xiàn)任意形狀和尺寸的板狀工件在豎直方向上的輔助超聲振動。[0024]進(jìn)一步的，豎直圓柱形通孔5的直徑為5?9mm，深度為20?40mm?？椎拿芏葹?4?50個/dm2。保證可在輻射面2的中心區(qū)域獲得較均勻的最大振幅。
[0025]進(jìn)一步的，矩形六面體I的底面4設(shè)有下螺栓孔7，下螺栓孔7通過螺栓與支腿8連接。本實施例中有四個對稱設(shè)置的下螺栓孔7，使超聲變幅器整體能水平固定在工作臺上。
[0026]進(jìn)一步的，豎直圓柱形通孔5的上部為螺紋孔9，用于裝夾固定工件。
[0027]對于本實施例的矩形六面體I超聲變幅器，采用有限元仿真分析后，可得到的最優(yōu)振動特性如圖4a、圖4b所示。矩形六面體I中輻射面2的面積為2dm2，矩形六面體I超聲變幅器中均布豎直圓柱形孔，孔數(shù)為9X9，孔徑7mm，孔深40mm，工作頻率接近20KHz，可在上表面2 (即輻射面)的中心區(qū)域獲得較均勻的最大振幅，如圖4b中深色區(qū)域所示，當(dāng)輸入振幅為IOum時，中心最大振幅可達(dá)6.37um。有利于在中心區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對工件的負(fù)載，并實現(xiàn)均勻的超聲振動。
[0028]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多孔矩形六面體超聲變幅器，所述超聲變幅器的本體為矩形六面體(1)，其特征在于，所述矩形六面體(I)的上表面為輻射面(2)，所述矩形六面體(I)內(nèi)設(shè)有多個均勻分布且直徑相同的豎直圓柱形通孔(5 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔矩形六面體超聲變幅器，其特征在于，所述豎直圓柱形通孔(5)的直徑為5?9mm,深度為20?40_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔矩形六面體超聲變幅器，其特征在于，豎直圓柱形通孔(5)的密度為24?50個/dm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔矩形六面體超聲變幅器，其特征在于，所述矩形六面體(O的左端面(3)設(shè)有用于與超聲振動輸入設(shè)備連接的螺栓孔(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多孔矩形六面體超聲變幅器，其特征在于，所述螺栓孔(6)設(shè)置在所述矩形六面體(I)的左端面(3)的中心位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔矩形六面體超聲變幅器，其特征在于，所述矩形六面體(I)的底面(4)設(shè)有下螺栓孔(7)，所述下螺栓孔(7)通過螺栓與支腿(8)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔矩形六面體超聲變幅器，其特征在于，所述豎直通孔(5)的上部為用于裝夾固定工件的螺紋孔(9)。
【文檔編號】B06B3/02GK103495541SQ201310478234
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】韓光超, 孫瑩, 孫明 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）