一種利用匹配層復(fù)合壓電振子高頻超聲拋光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種超聲波復(fù)合拋光的裝置，特別是涉及一種數(shù)百千赫茲到數(shù)兆赫茲的匹配層結(jié)構(gòu)換能器的高頻超聲復(fù)合拋光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的超聲波輔助加工技術(shù)利用數(shù)十千赫茲的超聲頻振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊、磨料沖擊以及空化作用來(lái)進(jìn)行去除材料加工。將超聲振動(dòng)運(yùn)用到機(jī)械拋光或化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程對(duì)降低被拋光件的表面粗糙度、提高拋光效率有明顯的促進(jìn)作用。目前，拋光加工中的材料去除單位已經(jīng)在納米甚至亞納米級(jí)，在這種加工尺度下，數(shù)十千赫茲的低頻超聲拋光由于受振子結(jié)構(gòu)與振動(dòng)模態(tài)的限制，很難實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)的高效利用以及工件的全局平坦化。
[0003]超聲加工工具在振幅一定的情況下，頻率越高，超聲作用能量越大，傳統(tǒng)超聲振動(dòng)拋光工具，依賴于振動(dòng)彈性體的整體模態(tài)分析與設(shè)計(jì)，受振子結(jié)構(gòu)限制，在振幅一定的情況下，頻率不易提高，一般限制在數(shù)十千赫茲到上百千赫茲的低超聲頻段，因此超聲作用的能量有限。數(shù)百千赫茲到數(shù)兆赫茲的高頻超聲聲波波長(zhǎng)短，同振幅下聲強(qiáng)是低頻超聲的數(shù)十倍甚至上百倍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種利用匹配層復(fù)合壓電振子高頻超聲拋光裝置，該裝置利用工作在厚度伸縮振動(dòng)模式共振狀態(tài)的壓電元件作為高頻超聲源，在壓電元件輻射端粘貼聲學(xué)匹配材料，將高頻的超聲波高效的傳遞到拋光界面，實(shí)現(xiàn)工件平面的全局拋光，從而獲得被拋光件極高的表面質(zhì)量以及極低的表面損傷。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種利用匹配層復(fù)合壓電振子高頻超聲拋光裝置，所述裝置包括壓電陶瓷、匹配層1、匹配層I1、電刷滑環(huán)、砝碼、拋光液、拋光墊、拋光工作臺(tái)，電刷滑環(huán)的軸孔通過(guò)間隙配合與砝碼連接在一起，電刷滑環(huán)引出導(dǎo)線通過(guò)砝碼的中通孔連接到壓電陶瓷上，壓電陶瓷粘貼于匹配層I上，匹配層II水吸附于匹配層I上，拋光墊粘貼于拋光工作臺(tái)上。
[0007]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
[0008]匹配層結(jié)構(gòu)的超聲換能器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，匹配層將諧振態(tài)的壓電陶瓷與被拋光件分隔開(kāi)，并充當(dāng)拋光工具頭，實(shí)現(xiàn)了高頻功率超聲的簡(jiǎn)單、靈活附加。
[0009]能夠?qū)⒊曌饔幂椪盏奖粧伖饧娜繀^(qū)域，實(shí)現(xiàn)被拋光工件的全局平坦化。無(wú)論是主動(dòng)式或被動(dòng)式，定偏心或搖擺式的拋光件運(yùn)動(dòng)形式，都可將此超聲作用輕松附加，不受拋光運(yùn)動(dòng)形式的限制?？珊?jiǎn)單的附加于傳統(tǒng)的拋光設(shè)備上，無(wú)須對(duì)拋光設(shè)備做大的改動(dòng)。
[0010]高頻超聲毫米波的小振幅犁耕作用，可適用于工件的粗拋光以及精拋光過(guò)程，對(duì)于粗拋光以及精拋光下的材料去除率以及表面質(zhì)量均有提高作用。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型的尚頻超聲匹配層拋光工具頭不意圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型尚頻超聲拋光裝置整體不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖所示實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。
[0014]圖中標(biāo)號(hào)為:1、壓電陶瓷；2、匹配層I ;3、匹配層II ;4、電刷滑環(huán)；5、砝碼；6、拋光液；7、拋光墊；8、拋光工作臺(tái)；
[0015]電刷滑環(huán)4的軸孔通過(guò)間隙配合與砝碼5連接在一起，滑環(huán)4引出導(dǎo)線通過(guò)砝碼5的中通孔連接到壓電陶瓷片1上，壓電陶瓷片1利用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘貼于匹配層I，匹配層II被拋光件水吸附于匹配層I上，拋光墊7粘貼于拋光工作臺(tái)8上。
[0016]傳統(tǒng)的低頻功率超聲振子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受振子尺寸以及振子和振動(dòng)拋光工具共振模式的束縛限制，頻率很難提高到數(shù)百千赫茲以上的高頻超聲域，本實(shí)用新型提出利用聲學(xué)匹配設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)高頻超聲的附加，對(duì)拋光振子進(jìn)行匹配層設(shè)計(jì)，達(dá)到聲波的高效輻照，以達(dá)到輔助拋光的作用，匹配層壓電振子的振子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用厚度諧振的壓電薄片加匹配透聲板的復(fù)合換能器結(jié)構(gòu)，頻率可達(dá)數(shù)百千赫茲到數(shù)兆赫茲的高頻域，由于利用了壓電陶瓷的厚度振動(dòng)模式，壓電常數(shù)大，電聲轉(zhuǎn)換效率高，且匹配層透聲板在將聲波高效傳遞到拋光界面的同時(shí)，又充當(dāng)著拋光工具頭的作用，夾持被拋件進(jìn)行拋光。本高頻超聲拋光振子能夠簡(jiǎn)便的附加到傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械拋光工藝中，由外圍超聲波發(fā)生設(shè)備輸入高頻電信號(hào)，通過(guò)電刷滑環(huán)4輸入到正在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的拋光工具頭上，激勵(lì)壓電陶瓷片1，利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的高頻超聲波，超聲波透過(guò)匹配層材料I的拋光頭透聲板2，被拋光件3通過(guò)拋光頭2上的卡槽結(jié)構(gòu)水吸附于拋光頭2上，使被拋光件同工具頭保持運(yùn)動(dòng)一致，超聲通過(guò)含被拋光件的雙匹配層傳遞到拋光墊7與被拋光件3之間的拋光作用區(qū)域。高頻擾動(dòng)拋光作用區(qū)域的拋光液6使拋光顆粒分散、更新、攪拌來(lái)作用于拋光過(guò)程，在拋光工作臺(tái)8與拋光工具頭做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，輸入拋光液6作為拋光液的連續(xù)補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)機(jī)械拋磨或化學(xué)機(jī)械拋磨作用過(guò)程。
[0017]本實(shí)用新型在實(shí)施過(guò)程，先利用超聲波發(fā)生器通入高頻超聲波電信號(hào)，再啟動(dòng)拋光工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，拋光工具頭在主動(dòng)或被動(dòng)情況下做相對(duì)于拋光工作臺(tái)的定偏心旋轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用匹配層復(fù)合壓電振子高頻超聲拋光裝置，其特征在于，所述裝置包括壓電陶瓷(1)、匹配層I (2)、匹配層II (3)、電刷滑環(huán)(4)、砝碼(5)、拋光液(6)、拋光墊(7)、拋光工作臺(tái)(8)，電刷滑環(huán)(4)的軸孔通過(guò)間隙配合與砝碼(5)連接在一起，電刷滑環(huán)(4)引出導(dǎo)線通過(guò)砝碼(5)的中通孔連接到壓電陶瓷(1)上，壓電陶瓷(1)粘貼于匹配層I (2)上，匹配層II (3)水吸附于匹配層I (2)上，拋光墊(7)粘貼于拋光工作臺(tái)(8)上。
【專(zhuān)利摘要】一種利用匹配層復(fù)合壓電振子高頻超聲拋光裝置，涉及一種超聲波復(fù)合拋光的裝置，所述裝置包括壓電陶瓷（1）、匹配層Ⅰ（2）、匹配層Ⅱ（3）、電刷滑環(huán)（4）、砝碼（5）、拋光液（6）、拋光墊（7）、拋光工作臺(tái)（8），電刷滑環(huán)（4）的軸孔通過(guò)間隙配合與砝碼（5）連接在一起，電刷滑環(huán)（4）引出導(dǎo)線通過(guò)砝碼（5）的中通孔連接到壓電陶瓷（1）上，壓電陶瓷（1）粘貼于匹配層Ⅰ（2）上，匹配層Ⅱ（3）水吸附于匹配層Ⅰ（2）上，拋光墊（7）粘貼于拋光工作臺(tái)（8）上。該裝置在壓電元件輻射端粘貼聲學(xué)匹配材料，將高頻的超聲波高效的傳遞到拋光界面，實(shí)現(xiàn)工件平面的全局拋光，從而獲得被拋光件極高的表面質(zhì)量以及極低的表面損傷。
【IPC分類(lèi)】B24B1/04
【公開(kāi)號(hào)】CN205074875
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520740065
【發(fā)明人】何勍, 翟科
【申請(qǐng)人】遼寧工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月23日