CN210449769U

CN210449769U - 一种适用于热时效成形的超声波振动子

Info

Publication number: CN210449769U
Application number: CN201921405713.0U
Authority: CN
Inventors: 左都全; 张远凤; 徐光强; 杨洋
Original assignee: Chongqing Three Gorges University
Current assignee: Chongqing Three Gorges University
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2029-08-28

Abstract

本实用新型公开了一种适用于热时效成形的超声波振动子，包括换能器和变幅杆，其特征在于：所述换能器一端通过导线与超声发波电源连接，另一端与变幅杆刚性连接；所述变幅杆分为一级变幅杆和二级变幅杆，一级变幅杆的输入端与换能器的输出端紧密贴合，法兰盘设于一级变幅杆的节点处，振动子通过法兰盘旁的环形槽固定于支架上；本实用新型通过设计一复合变幅杆，不仅有利于放大振动子换能器辐射面的振动幅值，而且有利于实现室温振动子与高温热时效环境中的模具刚性连接，很好地实现换能器与模具间的阻抗匹配。

Description

一种适用于热时效成形的超声波振动子

技术领域

本实用新型涉及超声波技术领域，具体涉及一种适用于热时效成形的超声波振动子。

背景技术

超声波变幅杆（Ultrasonic Amplitude Transformer，UAT），又称超声变速杆或超声聚能器，它是超声振动***中的一个重要组成部分，其作用是把机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集集在较小的面积上，简称聚能效应。

目前的超声变幅杆通常为单一变幅杆和复合式一级变幅杆两种。按母线形状分类，单一变幅杆可分为阶梯、指数、悬链线、圆锥、高斯、傅里叶、余弦等类型，而复合式一级变幅杆是将单一变幅杆两两组合而成的整体式结构，其优点在于机械振动的幅度得到了进一步增大，正因此特点而被广泛应用于超声加工、超声焊接、超声破坏细胞、超声金属成型和超声医疗等领域。然而，复合式一级变幅杆存在几点不足：1. 辐射面的振动幅度有限，目前一级变幅杆的辐射面振动幅度范围通常在20-60微米，不足以充分释放中小型精密件、高刚度零件等内部的残余应力；2. 高温下适用性差且破坏性大，高温条件下的一级变幅杆的输出端易破裂、损坏；3. 热时效环境板件的阻抗匹配能力差；因此，尝振试采用两级变幅来实现热时效环境振动成形板件的机械幅的进一步放大和阻抗匹配显得尤为重要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种适用于热时效成形的超声波振动子，该振动子的变幅杆不仅能实现辐射面的大振动幅值输出，充分释放材料内的残余应力，而且还设有独特材质的二级变幅杆，有利于实现室温振动子与高温热时效环境中的模具刚性连接，很好地调节换能器与模具间的阻抗匹配，具有振动幅值大、阻抗匹配能力强、谐振效果好等优点。

为了实现上述实用新型目的，本发明提供的技术方案为。

一种适用于热时效成形的超声波振动子，包括换能器和变幅杆，其特征在于：所述换能器一端通过导线与超声发波电源连接，另一端通过螺钉与变幅杆刚性连接；所述变幅杆分为一级变幅杆和二级变幅杆，一级变幅杆的输入端与换能器的输出端紧密贴合，法兰盘设于一级变幅杆的节点处，振动子通过法兰盘旁的环形槽固定于支架上。

优选的，所述一级变幅杆和二级变幅杆分别设有一孔一和一孔二，孔一通过螺钉与二级变幅杆的孔二连接，便于实现一级变幅杆右端面与二级变幅杆左端面的紧密贴合；所述一级变幅杆设有一曲面，曲面为指数型函数。

优选的，所述二级变幅杆为Ti-6Al-4V钛合金，二级变幅杆是在940℃加热条件下轧制而成的棒材，棒材直径范围为8~12mm，表面粗糙度为不低于3.2um的值，可轻松实现换能器与模具间的阻抗匹配；所述二级变幅杆与热时效环境中的模具刚性连接，可轻松实现超声波以纵波形式从室温炉外传递到高温炉内的模具上。

优选的，所述换能器与一级变幅杆上分别设有面一和面二；所述法兰盘对称位置各设有一个U形槽，拆卸时，可通过夹持面一与面二或夹持面一与U形槽，轻松实现换能器和变幅杆的拆卸，整个拆卸过程快捷方便。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：不仅有利于放大振动子换能器辐射面的振动幅值，充分释放材料内的残余应力，而且还设有独特材质的二级变幅杆，有利于实现室温振动子与高温热时效环境中的模具刚性连接，很好地调节换能器与模具间的阻抗匹配，具有振动幅值大、阻抗匹配能力强、谐振效果好等优点。

附图说明

图1为本实用新型的工作状态图。

图2为本实用新型超声波振动子的结构示意图。

图3为本实用新型超声波振动子的二维分解图。

图4为图3在A-A处的剖视图。

图中：1-超声发波电源；100-变幅杆；2-换能器；2.1-面一；3-一级变幅杆；3.1-面二；3.2-法兰盘；3.21- U形槽；3.3-曲面；3.14-孔一；4-支架；5-二级变幅杆；5.1-孔二；6-模具；7-环形槽；8-螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

实施例：参见图1~图4，本实用新型实施例包括换能器2和变幅杆100，所述换能器2一端通过导线与超声发波电源1连接，实现电信号与超声波的转换与传递，另一端通过螺钉8与变幅杆100刚性连接；所述变幅杆100分为一级变幅杆3和二级变幅杆5，一级变幅杆3的输入端与换能器2的输出端紧密贴合，法兰盘3.2设于一级变幅杆3的节点处，节点设于一级变幅杆3的中点位置，振动子通过法兰盘3.2旁的环形槽7固定于支架4上。

本实施例中的一级变幅杆3和二级变幅杆5分别设有一孔一3.4和一孔二5.1，孔一3.4通过螺钉8与二级变幅杆5的孔二5.1连接，使一级变幅杆3右端面与二级变幅杆5左端面紧密贴合；所述一级变幅杆3设有一曲面3.3，曲面3.3为指数型函数；所述二级变幅杆5与热时效环境中的模具6竖直焊接在一起，超声波以纵波形式从室温炉外传递到高温炉内的模具6上。

本实施例中的换能器2与一级变幅杆3上分别设有面一2.1和面二3.1；所述法兰盘3.2对称位置各设有一个U形槽3.21，拆卸时，可通过夹持面一2.1与面二3.1或夹持面一2.1与U形槽3.21，轻松实现换能器2和变幅杆的拆卸100，整个拆卸过程快捷方便。

本实施例中的一级变幅杆3左端和右端的直径分别为60mm和15mm，二级变幅杆5为直径8mm的Ti-6Al-4V钛合金棒材，表面粗糙度为3.2um，该一级变幅杆3的振幅放大系数为4倍，二级变幅杆5的振幅放大为1.2倍，传递到模具（6）上的振幅放大系数为4.8倍。

以上所述为进一步说明本实用新型，而非限制本实用新型范围。本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的实质范围的前提下，所做出的改变与修改，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种适用于热时效成形的超声波振动子，包括换能器（2）和变幅杆（100），其特征在于：所述换能器（2）一端通过导线与超声发波电源（1）连接，另一端与变幅杆（100）刚性连接；所述变幅杆（100）分为一级变幅杆（3）和二级变幅杆（5），一级变幅杆（3）的输入端与换能器（2）的输出端紧密贴合，法兰盘（3.2）设于一级变幅杆（3）的节点处，振动子通过法兰盘（3.2）旁的环形槽（7）固定于支架（4）上。

2.根据权利要求1所述的一种适用于热时效成形的超声波振动子，其特征在于：所述一级变幅杆（3）和二级变幅杆（5）分别设有一孔一（3.4）和一孔二（5.1），孔一（3.4）通过螺钉（8）与二级变幅杆（5）的孔二（5.1）连接，便于实现一级变幅杆（3）右端面与二级变幅杆（5）左端面的紧密贴合；所述一级变幅杆（3）还设有一曲面（3.3），曲面（3.3）为指数型函数。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于热时效成形的超声波振动子，其特征在于：所述二级变幅杆（5）为Ti-6Al-4V钛合金，二级变幅杆（5）与热时效环境中的模具（6）刚性连接，实现超声波以纵波形式从室温炉外传递到高温炉内的模具（6）上。

4.根据权利要求1所述一种适用于热时效成形的超声波振动子，其特征在于：所述换能器（2）与一级变幅杆（3）分别设有面一（2.1）和面二（3.1）；所述法兰盘（3.2）对称位置各设有一个U形槽（3.21），拆卸时，可通过夹持面一（2.1）与面二（3.1）或夹持面一（2.1）与U形槽（3.21），轻松实现换能器（2）和变幅杆（100）的拆卸。