超声微细加工中变幅杆的设计与制造.pdf

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1、-33·超声微细加工中变幅杆的设计与制造傅锦(扬州市职业大学，江苏扬州225002)摘要：超声微细加工首先需要制造出作为工具使用的变幅杆。变幅杆的设计与制造在整个超声微细加工过程中具有十分重要的作用。本文介绍了变幅杆在超声加工中的作用，常用不同形状变幅杆的功能、特点，并重点介绍了试验使用的阶梯形变幅杆和指数形变幅杆的具体设计及制作过程。关键词：超声微细加工变幅杆设计中图分类号：TCX~3文献标识码：A文章编号：1002—68s6(2oIo)02—0033—05TheDesignandProductionofTransformersinthe

2、ProcessofMicro-ultrasonicMachiningFUJinAbstract：Micro—ultrasonicmachiningcallsfortheproductionoftheamplitudetransformertobeusedasatoo1．Thedesignandproduc·tionoftransformersplayavitalroleintheprocessofmicro—ultrasonicmachining．Thepresentthesisisaimedtogiveanintroductiontoth

3、eroleplayedbytransformersinmicro—ultrasonicmachining，andtothefunctionsandcharacteristicsoftheamplitudetransformersofregularshapes．Thestresswillbelaidontheconcretedesignandproductionoftheexperimentalstepandexponenttypetransformers．Keywords：micro-ultrasonicmachining；amplitud

4、etransformer；design焊接、超声搪锡、超声破坏细胞、超声金属成形(包括超声冷拔O引言管、丝和铆接等)和某些超声外科设备及超声疲劳试验等应随着科学技术的飞速发展，超声微细加工技术的应用越用中，对辐射面的振动幅度的要求往往需要达到十几到几百来越广泛。超声微细加工一般采用拷贝式成形，因此首先要微米。因此必须在换能器的端面联结超声变幅杆，借助变幅制作出相应的工具，包括变幅杆和工具头两部分。变幅杆的杆将换能器的小振幅放大。变幅杆之所以能够放大振幅，是设计与制造在整个超声微细加工过程中具有十分重要的作由于通过其任一截面的振动能量是不变的

5、(不计传播损耗)，用。截面小的地方，能量密度大，振幅也就得到放大。为了获得较大振幅，通常应使共振频率(谐振频率)和外界激振频率相l变幅杆的作用、分类及其特点等，使之处于共振状态。除此之外，超声变幅杆还可以作为机1．1变幅杆作用械阻抗变换器，在换能器和声负载之间进行阻抗匹配，使超声在功率超声加工处理的能量更有效地从换能器向负载传输。根据杆件尺寸的不同，设备中，一般将由换能器，变幅常用的变幅杆有全波谐振型、半波谐振型和四分之一波谐振或传杆I杆(包括传振杆)以及加工工型；根据是否空心分为实心型变幅杆和空心型变幅杆；根据截具等所组成的系统称为超声振

6、位移分布面形状的不同，主要有阶梯型、圆锥型、指数型和悬链型。动系统。如超声加工机中，超1．2变幅杆形状及其特点声振动系统一般由超声换能变幅杆的形状对于共振频率、能够传递的功率、受载后器、传振杆、变幅杆及加工工具的放大倍数有很大的影响，常用的变幅杆有外径变化的实心图1超声振动系统组成，如图1所示。型和内径变化的空心型。两种类型的变幅杆沿长度上的截超声变幅杆，又称超声变速杆、超声聚能器，在超声技术面变化是不同的，但杆上每一截面的振动能量是不变的(不中，特别在高声强超声设备的振动系统中是很重要的。它的考虑传播损耗)。截面越小，能量密度越大，振动的

7、幅值也就主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大，或者将超声越大，所以各种变幅杆的放大倍数都不相同。常用的变幅杆能量集中在较小的面积上，即聚能作用。由于压电陶瓷换能形状有阶梯形、圆锥形、指数形。常见变幅杆截面变化形式如器的伸缩变形小，超声换能器辐射面的振动幅度在20kHz范图2围内只有几微米，而在高声强超声应用中，如超声加工、超声作者简介：傅锦(1976一)，女，汉族，江苏扬州人，讲师，学士学位，1999年毕业于江苏技术师范学院机械系，同年在扬州市职业大学工作至今，现就读扬州大学工程硕士，研究方向：机械工程、教学管理研究。收稿Et期：200

8、9—7—29一．．．辱榴季搿·34·2．1变幅杆的材料要求对变幅杆材料的要求是：在工作频率范围内材料的损耗小；疲劳强度高，而声阻抗率小，易于机械加工，在腐蚀环境下应用时还要求变幅