[發明專利]多孔矩形六面體超聲變幅器

有效

• 申請號: 201310478234.2
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103495541A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 韓光超;孫瑩;孫明
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: B06B3/02
• 分類號: B06B3/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及超聲波輔助成形加工技術領域，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

難加工材料零件的超聲輔助成形加工是目前機械加工工藝重點研究的關鍵問題之一。在超聲輔助成形加工中，超聲系統通過超聲電源、超聲換能器和超聲變幅桿（或變幅器）產生超聲頻機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，使其產生高頻諧振，從而實現超聲輔助成形加工。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量以及尺寸的增大，會對整個超聲系統的超聲頻諧振產生較大影響，從而很難使不同形狀和尺寸的工件達到超聲頻諧振狀態。因此，實現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。

現有的工件輔助超聲振動有兩種方法。一種是將超聲系統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工件的單向或多向水平超聲振動。由于工件和變幅桿固結在一起進行高頻諧振，因此工件的尺寸不能是任意的，而必須按照全諧振理論進行設計。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量輕的工件，對于諧振狀態影響不大。而實際的被加工工件具有任意形狀尺寸和重量，因此急需開發能驅動任意形狀和尺寸工件進行超聲振動的加工裝置。

要實現工件的輔助超聲振動，關鍵是使超聲變幅器能負載工件產生高頻諧振。為了使變幅器在一定范圍內適應不同形狀和尺寸的工件并與之一起達到諧振狀態，變幅器對頻率變化的敏感程度應盡可能的低，相近模態的頻率差別應盡可能大；變幅器的輻射面位移應盡可能均勻，且在輻射面上應有較大的位移。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構進行改進來控制其高頻振動特性。目前的主要改進方式是在大尺寸矩形六面體上設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，但該方法不能驅動任意形狀和尺寸工件進行高頻諧振。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種多孔矩形六面體超聲變幅器，可以負載任意形狀和尺寸的板狀工件在豎直方向上實現輔助超聲振動。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構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，所述矩形六面體內設有多個均勻分布且直徑相同的豎直圓柱形通孔。

在本發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。

在本發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。

在本發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有用于與超聲振動輸入設備連接的螺栓孔。

在本發明所述的多孔矩形六面體超聲變幅器中，所述螺栓孔設置在所述矩形六面體的左端面的中心位置。

在本發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有下螺栓孔，所述下螺栓孔通過螺栓與支腿連接。

在本發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。

實施本發明的多孔矩形六面體超聲變幅器，具有以下有益效果：

本發明通過在矩形六面體內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，將經由超聲換能器和超聲變幅桿輸入的水平方向超聲振動轉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域獲得大小均勻的豎直方向振幅，有利于負載任意形狀和尺寸的板狀工件在豎直方向上實現輔助超聲振動。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明多孔矩形六面體超聲變幅器的剖視圖；

圖2是本發明多孔矩形六面體超聲變幅器的俯視圖；

圖3是本發明多孔矩形六面體超聲變幅器的左視圖；

圖4a是多孔矩形六面體超聲變幅器的有限元仿真結果的中間區域位移/頻率變化曲線；

圖4b是多孔矩形六面體超聲變幅器的有限元仿真結果的Z軸位移云圖。

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。