專利名稱：一種分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用逆壓電效應的超聲振動聚焦汽霧冷卻領(lǐng)域，具體來說，涉及一種分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置。
背景技術(shù)：
在材料磨削加工過程中，高速回轉(zhuǎn)的砂輪表面存在著隨砂輪一起回轉(zhuǎn)的附著氣流層，氣流層在磨削加工區(qū)形成了氣障，使冷卻液難以進入磨削加工區(qū)，致使冷卻液起不到冷卻作用。材料磨削加工過程中，由于工具切削刃在工件表面的切削、滑移和摩擦的作用，會在磨削加工區(qū)產(chǎn)生大量的切削熱，使磨削加工區(qū)處于高溫狀態(tài)，當溫度達到一定臨界值后，冷卻液在加工切削區(qū)產(chǎn)生膜沸騰，沸騰膜使大部分冷卻液很難到達磨削加工區(qū)的熱源表面，同樣致使冷卻液也起不到應有的冷卻作用。傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)采用大量澆注冷卻液的冷卻方式，基于上述原因，這種方式存在著以下多方面的問題:
1、冷卻效果差，影響加工表面質(zhì)量和加工精度，并且影響切削加工效率和工具壽命；
2、在材料切削加工過程中，工具的高速旋轉(zhuǎn)會使冷卻液飛濺，其中含有的油或化學添加劑等成分造成環(huán)境污染，損害操作者的健康；
3、冷卻液循環(huán)使用成本高，廢冷卻液還會造成環(huán)境污染。傳統(tǒng)的大量澆注冷卻液的冷卻方式存在的問題制約了精密與超精密加工技術(shù)的發(fā)展，近年來，國內(nèi)外的專家主要致力于磨削加工區(qū)的氣流場、切削弧區(qū)強化換熱、新型冷卻液供液方式、新型冷卻介質(zhì)、微量冷卻液冷卻技術(shù)等方面的研究，并取得了一定的研究成果，但是他們大都只關(guān)注了冷卻的效果，沒能很好地解決污染問題。進一步探索高效冷卻技術(shù)，在保證有效冷卻的同時，避免冷卻過程的環(huán)境污染，是精密與超精密加工技術(shù)發(fā)展面臨的重要課題，所以從保證精密切削質(zhì)量和實現(xiàn)綠色環(huán)保兩個方面開展新型的冷卻機理與技術(shù)研究具有重要的意義。開發(fā)綠色、高效的冷卻技術(shù)已經(jīng)成為精密加工技術(shù)發(fā)展的基礎和關(guān)鍵技術(shù)之一，在保證優(yōu)良的冷卻效果，提高加工效率與加工質(zhì)量的同時，盡量減少冷卻液的用量，從而降低環(huán)境污染、保護操作者的健康，實現(xiàn)綠色制造。為了克服以上冷卻技術(shù)的不足，公開號為CN101966661A的專利文獻公開了一種
超聲聚焦汽霧冷卻器，該超聲聚焦汽霧冷卻器冷卻器采用夾心式換能器結(jié)構(gòu)，具有功率容量較大，汽霧聚焦能力較強的優(yōu)點，并且在高效冷卻的基礎上，可以減少冷卻液用量，但是該超聲聚焦汽霧冷卻器，也存在著一些缺陷，這種超聲聚焦汽霧冷卻器在設計時需要保證壓電換能器部分的固有頻率和聚焦球殼部分的固有頻率相同，聚焦球殼部分必須安裝在振子結(jié)構(gòu)的縱向振動波腹的位置，制造和調(diào)節(jié)修正難度較大；霧化部分和聚焦球殼部分共用一個壓電換能器，使分配到霧化器前端部分和聚焦球殼部分的功率較小，致使霧化效果和聚焦效果較差；并且拆卸維修不便；如果該超聲聚焦汽霧冷卻器中的任何一個零件損壞，就會可能導致整個系統(tǒng)不能工作，要對整個系統(tǒng)進行更換和維修，后期維護成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
為克服以上冷卻技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種分體式結(jié)構(gòu)的超聲聚焦汽霧冷卻裝置，該裝置由超聲振動霧化器和超聲振動聚焦器構(gòu)成，超聲振動霧化器包括送液管道、螺栓1、后蓋板1、壓電陶瓷片1、電極片1、變幅桿I和網(wǎng)孔振動板，超聲振動聚焦器包括螺栓2、后蓋板2、壓電陶瓷片2、電極片2、變幅桿2和聚焦球殼。所述的后蓋板1、壓電陶瓷片1、電極片I和變幅桿I通過所述的螺栓I聯(lián)接夾緊，所述的網(wǎng)孔振動板設置在所述的變幅桿I的前端，形成超聲振動霧化器。所述的后蓋板2、壓電陶瓷片2、電極片2和變幅桿2通過所述的螺栓2聯(lián)接夾緊，所述的聚焦球殼設置在所述的變幅桿2的前端，形成超聲振動聚焦器。所述超聲振動霧化器前端的網(wǎng)孔振動板和變幅桿I穿過超聲振動聚焦器的內(nèi)孔。該分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置中的超聲霧化器和超聲聚焦器的換能器獨立設計，不需要保證超聲霧化器和超聲聚焦器的固有頻率相同，和一體式的超聲聚焦汽霧冷卻器相t匕，該分體式結(jié)構(gòu)超聲聚焦汽霧冷卻裝置制造容易，超聲振動聚焦器和超聲振動霧化器的相對位置調(diào)節(jié)方便，超聲振動霧化器和超聲振動聚焦器的功率均較大，超聲霧化和超聲聚焦的效果較好，后期維修方便。更進一步，所述送液管道與一定量供液裝置相連。更進一步，所述分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置的超聲振動霧化器與超聲電源I連接。更進一步，所述分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置的超聲振動聚焦器與超聲電源2連接。更進一步，所述的分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置的網(wǎng)孔振動板設置在所述的聚焦球殼的聲學聚焦焦點靠近超聲振動聚焦器一側(cè)。運行時，當超聲振動霧化器的電極片I接入超聲電源I的電信號后，超聲振動霧化器的壓電換能器段就會產(chǎn)生縱向超聲簡諧振動，并驅(qū)動變幅桿I前端的網(wǎng)孔振動板進行超聲振動，在變幅桿的縱振激勵下，網(wǎng)孔振動板形成了彎曲振動，并達到一定的振動幅值，液態(tài)介質(zhì)流經(jīng)送液管道至網(wǎng)孔振動板時，受到網(wǎng)孔振動板上微孔的約束作用，并受到網(wǎng)孔振動板的高頻超聲振動作用，液態(tài)介質(zhì)流經(jīng)網(wǎng)孔振動板的微孔后在霧化器網(wǎng)孔振動板的前方形成微小霧滴，并向前噴射。由于彎曲振動在實現(xiàn)超聲和空氣的耦合時耦合系數(shù)較高，超聲振動能量轉(zhuǎn)化率較高，因此網(wǎng)孔振動板的彎曲振動可以提高霧滴噴射的指向性。由于換能器采用夾心式結(jié)構(gòu)，因此具有功率容量大等優(yōu)點。霧滴直徑受網(wǎng)孔振動板上微孔的約束作用，限制了霧滴直徑，且保證了霧滴直徑的均勻性。當超聲振動聚焦器的電極片2接入超聲電源2的電信號后，超聲振動聚焦器的壓電換能器部分就會產(chǎn)生縱向超聲簡諧振動，并驅(qū)動變幅桿2前端的聚焦球殼進行超聲振動，且超聲振動聚焦器的縱向超聲簡諧振動傳遞到聚焦球殼后轉(zhuǎn)換為聚焦球殼的彎曲超聲振動，聚焦球殼的彎曲超聲振動易于與空氣介質(zhì)耦合，有利于超聲波能量從聚焦球殼向空氣介質(zhì)中傳播，超聲波能量沿聚焦球殼的半徑方向在聚焦球殼的球心附近匯聚，在聚焦球殼的球心附近形成高聲壓區(qū)域。當聚焦后的超聲波能量作用于超聲振動霧化器噴出的汽霧后，可以使汽霧得到加速，使其具有更高的動能并通過兩種途徑進入磨削加工區(qū):一是突破氣障后附著在工具表面由工具的回轉(zhuǎn)運動帶入磨削加工區(qū)；二是汽霧嵌入到工件表面的微觀幾何峰谷中，隨工件的進給運動帶入磨削加工區(qū)，到達熱源表面，從而起到高效的強制冷卻作用。


圖1是本發(fā)明的一種分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明的一種分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置應用范例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標號說明:1.送液管道，2.螺栓1，3.后蓋板1，4.壓電陶瓷片1，5.電極片1，6.變幅桿1，7.螺栓2，8.后蓋板2，9.壓電陶瓷片2，10.電極片2，11.變幅桿2，12.聚焦球殼，13.網(wǎng)孔振動板，14.送液裝置，15.超聲電源1，16.超聲電源具體實施例方式實施例1
如圖2所示，本發(fā)明是一種分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置，該裝置由超聲振動霧化器和超聲振動聚焦器構(gòu)成，超聲振動霧化器包括送液管道(I)、螺栓I (2)、后蓋板I (3)、壓電陶瓷片I (4)、電極片I (5)、變幅桿1(6)和網(wǎng)孔振動板(13)，超聲振動聚焦器包括螺栓
2(7)、后蓋板2⑶、壓電陶瓷片2 (9)、電極片2 (10)、變幅桿2 (11)和聚焦球殼(12)，所述的后蓋板I⑶、壓電陶瓷片I⑷、電極片I (5)和變幅桿I (6)通過所述的螺栓I (2)聯(lián)接夾緊，所述的網(wǎng)孔振動板(13)設置在所述的變幅桿1(3)的前端，形成所述的超聲振動霧化器，所述的后蓋板2 (8)、壓電陶瓷片2 (9)、電極片2 (10)和變幅桿2(11)通過所述的螺栓2 (7)聯(lián)接夾緊，所述的聚焦球殼設置在所述的變幅桿2(11)的前端，形成超聲振動聚焦器，所述超聲振動霧化器前端的網(wǎng)孔振動板(13)和變幅桿1(6)穿過超聲振動聚焦器的內(nèi)孔。所述送液管道(I)與一定量供液裝置(14)相連。所述分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置的超聲振動霧化器和超聲振動聚焦器分別與各自的超聲電源連接。所述的分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置的網(wǎng)孔振動板(13)設置在所述的聚焦球殼(12)的聲學聚焦焦點靠近超聲振動聚焦器一側(cè)。超聲振動霧化器壓電陶瓷換能器段直徑30mm，壓電陶瓷片為PZT-8，尺寸為，Φ30ΧΦ15Χ5。變幅桿段直徑15mm，換能器固有頻率為36.32KHz,阻抗為100歐姆，動態(tài)電阻為16歐姆。超聲電源輸出電壓范圍為0-400V，電流范圍為0-4A，輸出頻率為36.32±0.0lKHz0運行時，當超聲振動霧化器的電極片I接入超聲電源I的電信號后，超聲電源I輸出電壓為220V，電流為1.5A，超聲振動霧化器的壓電換能器段產(chǎn)生縱向超聲簡諧振動，并驅(qū)動變幅桿I前端的網(wǎng)孔振動板進行超聲振動，在變幅桿的縱振激勵下，網(wǎng)孔振動板形成了彎曲振動，并達到一定的振動幅值，液態(tài)介質(zhì)流經(jīng)送液管道至網(wǎng)孔振動板時，受到網(wǎng)孔振動板上微孔的約束作用，并受到網(wǎng)孔振動板的高頻超聲振動作用，液態(tài)介質(zhì)流經(jīng)網(wǎng)孔振動板的微孔后在霧化器網(wǎng)孔振動板的前方形成微小霧滴，并向前噴射。由于彎曲振動在實現(xiàn)超聲和空氣的耦合時耦合系數(shù)較高，超聲振動能量轉(zhuǎn)化率較高，因此網(wǎng)孔振動板的彎曲振動可以提高霧滴噴射的指向性。由于換能器采用夾心式結(jié)構(gòu)，因此具有功率容量大等優(yōu)點。霧滴直徑受網(wǎng)孔振動板上微孔的約束作用，限制了霧滴直徑，且保證了霧滴直徑的均勻性，這種霧化方式霧滴細小均勻，霧化效果容易控制。超聲振動聚焦器壓電陶瓷換能器段直徑40mm，壓電陶瓷片為PZT-8，尺寸為，變幅桿段直徑26mm,聚焦球殼球缺直徑98mm,內(nèi)徑57mm,外徑60mm,換能器固有頻率為37.28KHz,阻抗為80歐姆，動態(tài)電阻為19歐姆。超聲電源輸出電壓范圍為0-400V,電流范圍為0-4A，輸出頻率為37.28±0.0lKHz0當超聲振動聚焦器的電極片2接入超聲電源2的電信號后，超聲電源輸出電壓為230V,電流為2.2A，超聲振動聚焦器的壓電換能器部分產(chǎn)生縱向超聲簡諧振動，并驅(qū)動變幅桿2前端的聚焦球殼進行超聲振動，且超聲振動聚焦器的縱向超聲簡諧振動傳遞到聚焦球殼后轉(zhuǎn)換為聚焦球殼的彎曲超聲振動，聚焦球殼的彎曲超聲振動易于與空氣介質(zhì)I禹合，有利于超聲波能量從聚焦球殼向空氣介質(zhì)中傳播，超聲波能量沿聚焦球殼的半徑方向在聚焦球殼的球心附近匯聚，在聚焦球殼的球心附近形成高聲壓區(qū)域。當聚焦后的超聲波能量作用于超聲振動霧化器噴出的汽霧后，可以使汽霧得到加速，使其具有更高的動能并通過兩種途徑進入磨削加工區(qū):一是突破氣障后附著在工具表面由工具的回轉(zhuǎn)運動帶入磨削加工區(qū)；二是汽霧嵌入到工件表面的微觀幾何峰谷中，隨工件的進給運動帶入磨削加工區(qū)，到達熱源表面，從而起到高效 的強制冷卻作用。
權(quán)利要求
1.一種分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置，其特征在于，該裝置由超聲振動霧化器和超聲振動聚焦器構(gòu)成，超聲振動霧化器包括送液管道(I)、螺栓I (2)、后蓋板I (3)、壓電陶瓷片I(4)、電極片I (5)、變幅桿I (6)和網(wǎng)孔振動板(13)，超聲振動聚焦器包括螺栓2 (7)、后蓋板2⑶、壓電陶瓷片2 (9)、電極片2 (10)、變幅桿2 (11)和聚焦球殼(12)，所述的后蓋板I (3)、壓電陶瓷片I (4)、電極片1(5)和變幅桿1(6)通過所述的螺栓1(2)聯(lián)接夾緊，所述的網(wǎng)孔振動板(13)設置在所述的變幅桿I (3)的前端，形成所述的超聲振動霧化器，所述的后蓋板2⑶、壓電陶瓷片2 (9)、電極片2 (10)和變幅桿2 (11)通過所述的螺栓2 (7)聯(lián)接夾緊，所述的聚焦球殼設置在所述的變幅桿2(11)的前端，形成超聲振動聚焦器，所述超聲振動霧化器前端的網(wǎng)孔振動板(13)和變幅桿1(6)穿過超聲振動聚焦器的內(nèi)孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置，其特征在于:所述的分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置的超聲振動聚焦器具有聚焦球殼(12)的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置，其特征在于:所述的分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置的網(wǎng)孔振動板(13)設置在所述的聚焦球殼(12)的聲學聚焦焦點靠近超聲振動聚焦器一側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分體式超聲聚焦汽霧冷卻裝置，該裝置由超聲振動霧化器和超聲振動聚焦器構(gòu)成，超聲振動霧化器包括送液管道、螺栓1、后蓋板1、壓電陶瓷片1、電極片1、變幅桿1和網(wǎng)孔振動板，所述的后蓋板1、壓電陶瓷片1、電極片1和變幅桿1通過所述的螺栓1聯(lián)接夾緊，所述的網(wǎng)孔振動板設置在所述的變幅桿1的前端；超聲振動聚焦器包括螺栓2、后蓋板2、壓電陶瓷片2、電極片2、變幅桿2和聚焦球殼，所述的后蓋板2、壓電陶瓷片2、電極片2和變幅桿2通過所述的螺栓2聯(lián)接夾緊，所述的聚焦球殼設置在所述的變幅桿2的前端。本發(fā)明具有功率容量大、液體介質(zhì)霧化效果好、汽霧聚焦冷卻效果好等優(yōu)點。
文檔編號B24B55/02GK103084981SQ20131002923
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月27日
發(fā)明者李華, 殷振, 曹自洋, 汪幫富, 謝鷗, 宋克峰, 任坤, 趙江江, 李艷, 李征 申請人:蘇州科技學院