CN105058247A - 微细磨料水射流加工专用超声扭转振动工作台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及特种加工技术，尤其是一种微细磨料水射流加工专用超声扭转振动工作台。由超声波发生器、2个超声换能器、2个纵向振动变幅杆、扭转振动变幅杆、底座组成；超声波发生器通过超声频电能传输线分别与2个超声换能器相连接；2个超声换能器分别安装在防水外壳内；扭转振动变幅杆上设置羊角形布局方式连接螺孔、法兰盘，在扭转振动变幅杆的输出端设置工件夹持平台，并通过法兰盘与底座相连接；2个纵向振动变幅杆的一端分别与2个超声换能器相连接，另一端分别从扭转振动变幅杆的两端相连接。本发明有效地克服了现有技术存在的缺馅，提高了加工质量和效率，同时实现了对直槽、螺旋槽、端面回转件等复杂结构的微型工件进行精密加工工艺。
Description
一、技术领域
本发明涉及特种加工技术，尤其是一种微细磨料水射流加工专用超声扭转振动工作台。
二、背景技术
磨料水射流加工技术是一新型的特种加工技术。由于磨料水射流是一种冷态的高能束，对材料具有极强的冲蚀作用，并在冲蚀过程中不改变材料的力学、物理和化学性能，它具有加工作用力小、无热影响区、加工效率高、适应性广、绿色环保等优点。具有特别适合加工各种热敏、压敏、脆性、复合、超硬等难加工材料。磨料水射流加工系统主要包括增压系统、喷射系统、磨料供给系统、运动及控制系统、收集器等模块。微细磨料水射流加工技术是在传统磨料水射流技术的基础上发展起来的一种新型的精密加工技术。微细磨料水射流加工中，使用的射流压力较低，磨料粒径较小，质量流量、材料去除率都比常规磨料水射流低，故特别适合对微小零件进行精密加工。
超声加工技术是20世纪50年代以来逐步发展起来的一种特种加工方法，在难加工材料和精密加工中，超声加工具有其他加工方法无法比拟的优异的工艺效果，应用范围十分广泛。超声加工是指利用超声波的特性，通过超声振动来对工件进行材料剥离、切削或焊接等加工的一种特种加工方法。超声加工技术特别适合加工各种硬脆材料，且不受材料是否导电的限制；工件的表面的宏观切削力小，切削温度低；可加工复杂型腔及型面；结构相对简单，可靠性高且易维护；可以与其他多种加工方式结合使用。超声加工设备主要由超声波发生器、超声振动系统和机床本体构成。
目前，微细磨料水射流在加工硬脆材料等难加工材料方面，存在加工效率低及加工质量差的问题，对微型直槽、螺旋槽等复杂结构加工工艺存在加工能力不足等缺点。
三、发明内容
本发明的目的是克服现有微细磨料水射流加工中存在加工效率低和加工质量差，难以适应对微型复杂形状的工件进行精密加工的缺陷，提供一种微细磨料水射流加工专用超声扭转振动工作台。
本发明作为微细磨料水射流加工系统中的一个子系统，安装在微细磨料水射流加工系统中，其技术方案为由超声波发生器、2个超声换能器、2个纵向振动变幅杆、扭转振动变幅杆、底座组成；超声波发生器通过超声频电能传输线分别与2个超声换能器相连接；2个超声换能器分别安装在防水外壳内；扭转振动变幅杆上设置羊角形布局方式连接螺孔、法兰盘，在扭转振动变幅杆的输出端设置工件夹持平台，并通过法兰盘与底座相连接；2个纵向振动变幅杆的一端分别与2个超声换能器相连接，另一端分别从扭转振动变幅杆的两端按羊角形布局方式相连接。
发明机理：工作时，由超声波发生器、超声换能器、纵向振动变幅杆、扭转振动变幅杆及底座共同组成扭转振动系统，产生频率稳定、切变位移可调的超声频扭转振动，通过夹持平台将超声频的扭转振动传递给加工件，进而实现超声扭转振动辅助微细磨料水射流加工。超声波发生器将工频交流电转化为超声频电信号，经超声频电能传输线输入至超声换能器；由换能器将电震荡信号转化为高频微小机械振动，经由两根纵向振动变幅杆将微小振动进行放大，按羊角形布局方式的纵向振动变幅杆相对运动形成扭转振动振源；扭转振动变幅杆将扭转振动进行放大，并将扭转振动和超声波能经夹持平台传递给加工件。通过调整超声波发生器的输出功率，使超声换能器的振幅发生改变，满足不同加工条件下对振幅的要求。
本发明的有益效果是，提供了微细磨料水射流加工专用超声扭转振动工作台，有效地克服了现有微细磨料水射流加工硬脆材料存在的缺陷，提高了微细磨料水射流加工硬脆材料的质量和效率，同时实现了对直槽、螺旋槽、端面回转件等复杂结构的微型工件进行精密加工工艺。因而丰富了微细磨料水射流加工工艺方式，具有重要的推广应用价值。
四、附图说明
图1为本发明结构示意图的主视图；
图2为本发明结构示意图的俯视图；
图3为本发明中扭转振动变幅杆结构示意图的立体图；
图4为实施例2氮化铝陶瓷原始表面微观形貌图；
图5为实施例2氮化铝陶瓷未施加振动抛光表面微观形貌图；
图6为实施例2氮化铝陶瓷施加振动抛光表面微观形貌图。
附图标记：
1、超声换能器a1-1、防水外壳a2、超声换能器b2-1、防水外壳b3-1、纵向振动变幅杆a3-2、纵向振动变幅杆b4、扭转振动变幅杆4-1、羊角形布局方式连接螺孔4-2、法兰盘4-3、工件夹持平台4-3-1、夹持螺孔5、底座6、超声波发生器6-1、超声频电能传输线a6-2、超声频电能传输线b
五、具体实施方式
结合附图详细描述本发明的实施过程，如图1、图2和图3所示。
本发明作为微细磨料水射流加工系统中的一个子系统，安装在微细磨料水射流加工系统中，由超声波发生器6、超声换能器a1和超声换能器b2、纵向振动变幅杆a3-1和纵向振动变幅杆b3-2、扭转振动变幅杆4、底座5组成；超声波发生器6通过超声频电能传输线a6-1和超声频电能传输线b6-2分别与超声换能器a1和超声换能器b2相连接；超声换能器a1安装在防水外壳a1-1内、超声换能器b2安装在防水外壳b2-1内；扭转振动变幅杆4上设置羊角形布局方式连接螺孔4-1、法兰盘4-2，在扭转振动变幅杆4的输出端设置工件夹持平台4-3，并通过法兰盘4-3与底座5相连接；纵向振动变幅杆a3-1和纵向振动变幅杆b3-2的一端分别与超声换能器a1和超声换能器b2相连接，另一端分别从扭转振动变幅杆4的两端按羊角形布局方式用双头螺柱相连接。
本发明的具体运行过程为，工作时由超声波发生器6将工频交流电转换成超声频电信号，经超声频电能传输线a6-1和超声频电能传输线b6-2分别将超声频电信号传递给超声换能器a1和超声换能器b2；由超声换能器a1和超声换能器b2将超声频电信号转换为超声频机械振动，并分别将其传递至纵向振动变幅杆a3-1和纵向振动变幅杆b3-2；纵向振动变幅杆a3-1和纵向振动变幅杆b3-2分别将微小超声频机械振动进行放大，纵向振动变幅杆a3-1和纵向振动变幅杆b3-2以羊角形布局方式产生扭转振动；纵向振动变幅杆a3-1和纵向振动变幅杆b3-2通过羊角形布局方式连接螺孔4-1与扭转振动变幅杆4连接，并将扭转振动传递至扭转振动变幅杆4；扭转振动变幅杆4将扭转振动进一步放大，并传递至工件夹持平台4-3；工件夹持平台4-3通过夹持螺孔4-3-1与螺钉共同组成螺纹连接方式达到对工件紧密、可靠的固定，最大限度的降低了振幅和波能在工件固定处造成损失；扭转振动变幅杆4通过法兰盘4-2与底座5相连接。其中，防水外壳a1-1和防水外壳b2-1可有效阻隔微细磨料水射流加工中水雾和磨料飞溅对换能器的侵蚀，确保不会出现短路和器件腐蚀；底座5起到支撑振动系统及连接微细磨料水射流加工系统的作用；超声波发生器6的输出功率可以在0-1000W的范围内进行调节，从而改变超声换能器a1和超声换能器b2的振幅，进而改变扭转振动系统输出的扭转振幅，以实现对不同加工条件下对扭转振幅的要求。
本发明的功率最大为1000W，频率为20KHz，在实际加工中可实现线切变位移控制的范围为0-20μm。
实施例1：
对氮化铝陶瓷片进行冲蚀加工。微细磨料水射流加工系统的水喷嘴直径为0.2mm，混砂管直径为0.76mm。氮化铝陶瓷厚度为1mm，材料性能如表1所示。
表1氮化铝陶瓷材料性能
冲蚀加工条件如表2所示：
表2冲蚀加工条件
本实施例表明，施加超声扭转振动能够提高微细磨料水射流加工效率，施加超声扭转振动后微细磨料水射流的冲蚀率提高了30.24％。
实施例2：
对氮化铝陶瓷片进行抛光加工。抛光加工条件如表3所示：
表3抛光加工条件
本实施例表明，应用于微细磨料水射流抛光硬脆材料时，通过施加超声扭转振动能够降低抛光过程中脆性断裂的产生，提高抛光表面质量；效果见图6。
Claims (1)
1.微细磨料水射流加工专用超声扭转振动工作台，安装在微细磨料水射流加工系统中，其特征为由超声波发生器、2个超声换能器、2个纵向振动变幅杆、扭转振动变幅杆、底座组成；超声波发生器通过超声频电能传输线分别与2个超声换能器相连接；2个超声换能器分别安装在防水外壳内；扭转振动变幅杆上设置羊角形布局方式连接螺孔、法兰盘，在扭转振动变幅杆的输出端设置工件夹持平台，并通过法兰盘与底座相连接；2个纵向振动变幅杆的一端分别与2个超声换能器相连接，另一端分别从扭转振动变幅杆的两端按羊角形布局方式相连接。
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