專利名稱：徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于機(jī)械加工領(lǐng)域的超聲波發(fā)生裝置，尤其涉及徑扭復(fù)合振動(dòng)超聲波功率合成冷拉管、拉絲裝置。
背景技術(shù)：
超聲波應(yīng)用于金屬塑性加工是功率超聲技術(shù)的重要應(yīng)用和發(fā)展，是一項(xiàng)具有節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的新技術(shù)。與傳統(tǒng)的加工技術(shù)相比，超聲波應(yīng)用于冷拉拔管、 拉絲具有大幅降低拉拔力，減少加工道次，提高材料的延伸系數(shù)和加工精度等顯著特點(diǎn)，在機(jī)械工程領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。如《中國(guó)機(jī)械工程》2006年第3期《超聲振動(dòng)拉絲實(shí)驗(yàn)研究》 一文研究得出超聲波振動(dòng)拉絲能較明顯降低拉拔力，并且超聲振動(dòng)可以減小金屬絲的不均勻變形及改善表面質(zhì)量?！侗本┛萍即髮W(xué)學(xué)報(bào)》2010年第1期《正交復(fù)合超聲振動(dòng)拉絲》一文，對(duì)兩個(gè)相互垂直正交的超聲換能器構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)拉絲效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和仿真研究。 研究表明，與各種單一振動(dòng)超聲拉絲效果相比，復(fù)合振動(dòng)超聲拉絲綜合效果最佳，采用復(fù)合振動(dòng)可使拉絲機(jī)的張力調(diào)節(jié)周期延長(zhǎng)3倍以上，并且可更明顯地降低張力調(diào)節(jié)的幅值及更有效地減少拉絲的不均勻性?！端苄怨こ虒W(xué)報(bào);)〉2004年6期中的《超聲波振動(dòng)拉管系統(tǒng)的失諧補(bǔ)償研究》一文，對(duì)超聲波振動(dòng)系統(tǒng)在拉管方面的應(yīng)用進(jìn)行了較深入的研究，并且提出了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，在理論上對(duì)超聲波振動(dòng)系統(tǒng)在拉管方面做出了貢獻(xiàn)。《鋼管技術(shù)》1985年第1期報(bào)道一種大功率超聲冷拔鋼管裝置，該裝置是一種縱向超聲拉拔系統(tǒng)，即施加于拉管外模的超聲振動(dòng)方向和拉拔方向是一致的。冷拉管技術(shù)通常是將粗管拉成細(xì)管，如果將超聲振動(dòng)施加于徑向，即垂直于管軸方向會(huì)有更好的拉制效果，但現(xiàn)有超聲拉管技術(shù)基本上采用縱向超聲振動(dòng)，并且復(fù)合振動(dòng)拉拔效果顯著優(yōu)于單一振動(dòng)，上述正交超聲振動(dòng)拉絲效果證明了這一點(diǎn)。2004 年，El本名古屋大學(xué)針對(duì)脆硬材料加工進(jìn)行了研究，指出超聲復(fù)合振動(dòng)可顯著增加臨界深度，提高材料的表面加工質(zhì)量，驗(yàn)證了其對(duì)硬脆材料加工的可行性。但是現(xiàn)有技術(shù)中如果想產(chǎn)生徑扭復(fù)合振動(dòng)一般需要2個(gè)自由度上的振動(dòng)，且需要雙激勵(lì)電源，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。因此我們希望設(shè)計(jì)一套單激勵(lì)徑扭復(fù)合超聲振動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用到拉管工藝中的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的設(shè)備，以提高拉管、拉絲的品質(zhì)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能產(chǎn)生徑扭復(fù)合振動(dòng)的超聲波功率合成振動(dòng)系統(tǒng)。 尤其適用于大功率冷拔金屬管、拉絲等超聲工程技術(shù)領(lǐng)域。超聲拉管振動(dòng)系統(tǒng)通常需要大的超聲功率和振幅。為達(dá)到所述效果，本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，包括聚能圓環(huán)，聚能圓環(huán)外側(cè)均勻分布有至少3個(gè)超聲換能器，所述聚能圓環(huán)上具有振動(dòng)位移節(jié)線，沿著振動(dòng)位移節(jié)線均勻分布有不少于3 條的狹縫，所述狹縫中心處于振動(dòng)位移節(jié)線上，并且與聚能圓環(huán)的半徑交錯(cuò)設(shè)置。優(yōu)選的，所述聚能圓環(huán)外沿厚，內(nèi)沿薄。通過這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)成由外向內(nèi)的聚能器，以提高振幅放大系數(shù)以及振動(dòng)能量傳輸效率。事實(shí)上，聚能圓環(huán)的剖面厚度沿半徑方向可以是線性變化的，也可以是非線性變化的，如指數(shù)形、冪次形等。優(yōu)選的，所述超聲換能器和聚能圓環(huán)通過連接螺桿緊密固定在一起。這樣的連接牢固，并且安裝簡(jiǎn)單。優(yōu)選的，所述狹縫與聚能圓環(huán)半徑之間的夾角在10度至80度之間。狹縫的作用是將聚能圓環(huán)中的徑向應(yīng)力部分地轉(zhuǎn)化成切向應(yīng)力，使得聚能圓環(huán)作徑扭復(fù)合振動(dòng)。但是在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)狹縫與聚能圓環(huán)半徑之間夾角在0-10度或80-90度之間時(shí)，徑向應(yīng)力轉(zhuǎn)化量不足，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的使聚能圓環(huán)作徑扭復(fù)合振動(dòng)的目的。優(yōu)選的，所述狹縫與聚能圓環(huán)半徑之間的夾角為45度。這樣的結(jié)構(gòu)下聚能圓環(huán)中的徑向應(yīng)力部分轉(zhuǎn)化成切向應(yīng)力的轉(zhuǎn)化效果最佳。優(yōu)選的，所述狹縫的長(zhǎng)度不大于聚能圓環(huán)環(huán)寬的1/3，所述狹縫的寬度不大于其長(zhǎng)度的1/10。理論上狹縫條數(shù)越多，越長(zhǎng)越好。但是過長(zhǎng)、過多的狹縫會(huì)影響到聚能圓環(huán)自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此必須對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行限定，避免在大功率工作狀態(tài)下聚能圓環(huán)損壞。優(yōu)選的，所述聚能圓環(huán)中心套嵌有拉管外模，所述拉管外模上設(shè)有卡銷。通過卡銷確保拉管外模緊固在聚能圓環(huán)上。拉管外模用于拉制被拉金屬管，優(yōu)選的，所述聚能圓環(huán)在其振動(dòng)位移節(jié)線上均勻設(shè)有螺孔。振動(dòng)位移節(jié)線在聚能圓環(huán)振動(dòng)時(shí)，其上所有點(diǎn)為振動(dòng)節(jié)點(diǎn)，即振動(dòng)位移為零。因此螺孔內(nèi)可以穿過螺釘或螺桿， 將聚能圓環(huán)固定在工作位上。由于采用了所述技術(shù)方案，本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置所產(chǎn)生的徑扭復(fù)合振動(dòng)冷拉拔效果比單一超聲振動(dòng)拉拔更好，可進(jìn)一步改善和提高管子的表面光潔度、降低拉拔力、提高材料的延伸系數(shù)以及提高拉拔管的加工精度。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置的側(cè)面結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施方式
如圖1及圖2所示，本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，包括聚能圓環(huán)3，聚能圓環(huán)3外側(cè)均勻分布有至少3個(gè)超聲換能器1，所述聚能圓環(huán)3上具有振動(dòng)位移節(jié)線5，沿著振動(dòng)位移節(jié)線5均勻分布有不少于3條的狹縫4，所述狹縫4中心位于振動(dòng)位移節(jié)線5上，并且與聚能圓環(huán)3半徑交錯(cuò)設(shè)置。所述聚能圓環(huán)3外沿厚，內(nèi)沿薄，其剖面厚度可呈錐形或指數(shù)形等形狀函數(shù)變化。所述超聲換能器1和聚能圓環(huán)3通過連接螺桿2固定在一起。所述狹縫4與聚能圓環(huán)3半徑之間夾角在10度-80度之間。所述狹縫4與聚能圓環(huán)3半徑之間夾角為45度。所述狹縫4的長(zhǎng)度不大于聚能圓環(huán)3環(huán)寬的1/3，所述狹縫4的寬度不大于其長(zhǎng)度的1/10。所述聚能圓環(huán)3中心套嵌有拉管外模7，所述拉管外模 7上設(shè)有卡銷使其緊密固定在聚能圓環(huán)3中心。所述聚能圓環(huán)3在振動(dòng)位移節(jié)線5上均勻設(shè)有螺孔6。所述超聲換能器1工作于基頻振動(dòng)模式下，而聚能圓環(huán)3工作于其第二階徑向振動(dòng)模式下，且超聲換能器1的共振頻率與聚能圓環(huán)3的第二階徑向共振頻率相同。[0018]在生產(chǎn)本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置時(shí)，需要先通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定聚能圓環(huán)3上的振動(dòng)位移節(jié)線5的位置。振動(dòng)位移節(jié)線5是聚能圓環(huán)3進(jìn)行第二階徑向振動(dòng)時(shí)，聚能圓環(huán)3上諸點(diǎn)位移振幅為零的一條線，是一個(gè)和聚能圓環(huán)3同心的圓環(huán)。以振動(dòng)位移節(jié)線5為基準(zhǔn)，節(jié)線兩側(cè)的振動(dòng)方向是反相的。所述聚能圓環(huán)3外沿厚，內(nèi)沿薄，其剖面厚度沿半徑方向呈線性或非線性函數(shù)變化。通過這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)成由外向內(nèi)的聚能器，可提高其振幅放大系數(shù)以及振動(dòng)能量傳輸效率。在振動(dòng)位移節(jié)線5上均勻設(shè)有螺孔6，離開螺孔6位置，在聚能圓環(huán)3上還均勻開設(shè)有一定數(shù)量的狹縫4。狹縫4可以穿透聚能圓環(huán)3，也可以不穿透，而是開成一定深度的狹槽。狹縫4的中心處于振動(dòng)位移節(jié)線 5上，并且與聚能圓環(huán)3的半徑成一定的夾角，這些狹縫的存在改變了聚能圓環(huán)結(jié)構(gòu)的軸對(duì)稱性，并且由于環(huán)中狹縫處(聲)阻抗的突變，從而將聚能圓環(huán)3中的徑向應(yīng)力部分地轉(zhuǎn)換為切向應(yīng)力，使聚能圓環(huán)3作徑扭復(fù)合振動(dòng)，并在拉管模內(nèi)表面上獲得徑扭復(fù)合振動(dòng)輸出。 所述狹縫4與聚能圓環(huán)3半徑之間夾角在10度-80度之間，通常該夾角為45度時(shí)，徑扭振動(dòng)轉(zhuǎn)換效果最佳。所述狹縫4的長(zhǎng)度不大于聚能圓環(huán)3環(huán)寬的1/3，所述狹縫4的寬度不大于其長(zhǎng)度的1/10。過長(zhǎng)、過寬的狹縫4雖然轉(zhuǎn)換效果好，但是會(huì)影響聚能圓環(huán)3自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。通過開狹縫4的方法可實(shí)現(xiàn)徑扭振動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換，獲得徑扭復(fù)合振動(dòng)加工的效果，這種方法很容易實(shí)現(xiàn)徑向和扭轉(zhuǎn)兩種振動(dòng)模式的簡(jiǎn)并，從而實(shí)現(xiàn)了單激勵(lì)徑扭復(fù)合復(fù)合模式振動(dòng)。最后在聚能圓環(huán)3周圍通過連接螺桿2均勻安裝上至少3個(gè)超聲換能器1，外周的超聲換能器1共振頻率一致，且各超聲換能器1之間為電并聯(lián)連接?？梢罁?jù)具體工況需要，通過增加超聲換能器1的數(shù)量來(lái)提高合成系統(tǒng)的總功率。并且在所述聚能圓環(huán)3中心亦可通過熱套方式嵌入拉管外模7。工作時(shí)，本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，通過螺釘穿過螺孔6 將本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置安裝到工位上，并且在拉管外模7內(nèi)裝入待拉的金屬管8。啟動(dòng)超聲換能器1，所述超聲換能器1工作于其縱向基頻振動(dòng)模式，而聚能圓環(huán)3工作于其第二階徑向振動(dòng)模式，且超聲換能器1的共振頻率與聚能圓環(huán)3的第二階徑向振動(dòng)頻率一致。聚能圓環(huán)第二階徑向振動(dòng)比其第一階基頻振動(dòng)模式具有更高的徑向振幅放大系數(shù)，而且僅在第二階徑向振動(dòng)模式下聚能圓環(huán)3上才存在一條振動(dòng)位移節(jié)線 5，在該位置安裝本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置于工作位上可起到隔振作用，大大降低振動(dòng)能量損耗。所述超聲換能器1工作于其縱向基頻振動(dòng)模式下，而聚能圓環(huán)3工作于其第二階徑向振動(dòng)模式下，超聲換能器1沿徑向激勵(lì)聚能圓環(huán)3進(jìn)行振動(dòng)，且超聲換能器1的共振頻率與聚能圓環(huán)3的第二階徑向共振頻率相同，即兩者處于共振狀態(tài)。超聲換能器1用于驅(qū)動(dòng)聚能圓環(huán)3，而聚能圓環(huán)3必須工作于其第二階徑向振動(dòng)模式下。因?yàn)橐浑A振動(dòng)模式下聚能圓環(huán)3中沒有振動(dòng)位移節(jié)線5，這樣就難以固定本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置。此外，在滿足一定的內(nèi)、外半徑比條件下，聚能圓環(huán)3第二階徑向振動(dòng)模式比其第一階振動(dòng)模式具有更高的內(nèi)外振幅放大系數(shù)(環(huán)內(nèi)、外表面質(zhì)點(diǎn)振幅之比)，從而非常有利于提高拉管效率。通過本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的徑扭復(fù)合振動(dòng)冷拉拔比單一超聲振動(dòng)拉拔具有更好的效果，可進(jìn)一步提高金屬管8的表面光潔度、降低作用在金屬管8上的拉拔力，提高金屬管8材料的延伸系數(shù)，同時(shí)提高拉拔管的加工精度。根據(jù)實(shí)際檢測(cè)，聚能圓環(huán)3在基頻振動(dòng)模式時(shí)的最大徑向振幅放大系數(shù)(環(huán)內(nèi)、外表面振幅之比)通常小于2。而本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置的聚能圓環(huán)在滿足一定的幾何尺寸條件下，其第二階徑向振動(dòng)模式時(shí)的徑向振幅放大系數(shù)大于10，遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。而且可通過單電源激勵(lì)設(shè)置在聚能圓環(huán)3外周上的超聲換能器1就能產(chǎn)生徑扭復(fù)合振動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝。 以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，但本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實(shí)用新型的專利范圍之中。
權(quán)利要求1.徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，其特征在于包括聚能圓環(huán)(3)，聚能圓環(huán)(3)外側(cè)均勻分布有至少3個(gè)超聲換能器(1)，所述聚能圓環(huán)C3)上具有振動(dòng)位移節(jié)線(5)， 沿著振動(dòng)位移節(jié)線(5)均勻分布有不少于3條的狹縫0)，所述狹縫(4)中心處于振動(dòng)位移節(jié)線(5)上，并且與聚能圓環(huán)(3)半徑交錯(cuò)設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，其特征在于所述聚能圓環(huán)C3)外沿厚，內(nèi)沿薄。
3.如權(quán)利要求1所述的徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，其特征在于所述超聲換能器(1)和聚能圓環(huán)C3)通過連接螺桿O)固定在一起。
4.如權(quán)利要求1所述的徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，其特征在于所述狹縫 ⑷與聚能圓環(huán)⑶半徑之間夾角在10度-80度之間。
5.如權(quán)利要求1所述的徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，其特征在于所述狹縫(4)與聚能圓環(huán)(3)半徑之間夾角為45度。
6.如權(quán)利要求1或4或5所述的徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，其特征在于所述狹縫(4)的長(zhǎng)度不大于聚能圓環(huán)(3)環(huán)寬的1/3，所述狹縫(4)的寬度為其長(zhǎng)度的1/10。
7.如權(quán)利要求1所述的徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，其特征在于所述聚能圓環(huán)(3)中心套嵌有拉管外模(7)，所述拉管外模(7)上設(shè)有卡銷。
8.如權(quán)利要求1所述的徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，其特征在于所述聚能圓環(huán)( 在振動(dòng)位移節(jié)線( 上均勻設(shè)有螺孔(6)。
專利摘要本實(shí)用新型的目的是提供一種能產(chǎn)生橢圓振動(dòng)的超聲波功率合成振動(dòng)系統(tǒng)，即徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置尤其適用于大功率冷拔金屬管、拉絲等超聲工程。為達(dá)到所述效果，本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置，包括聚能圓環(huán)，聚能圓環(huán)外側(cè)均勻分布有至少3個(gè)超聲換能器，所述聚能圓環(huán)上具有振動(dòng)位移節(jié)線，沿著振動(dòng)位移節(jié)線均勻分布有不少于3條的狹縫，所述狹縫中心處于振動(dòng)位移節(jié)線上，并且與聚能圓環(huán)半徑交錯(cuò)設(shè)置。由于采用了所述技術(shù)方案，本實(shí)用新型徑扭復(fù)合振動(dòng)功率合成拉管拉絲裝置所產(chǎn)生的橢圓振動(dòng)冷拉拔比單一超聲振動(dòng)拉拔具有更好的效果，可進(jìn)一步提高管子的表面光潔度、降低拉拔力、提高材料的延伸系數(shù)以及提高拉拔管的加工精度。
文檔編號(hào)B06B1/00GK202162223SQ20112023711
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者劉世清, 劉凡, 張志良, 方建文, 王家濤, 蘇超, 陳趙江 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)