CN102267139A - 非金属材料单丝线切割用的旋转超声换能器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非金属材料单丝线切割用的旋转超声换能器。包括硬铝块、压电陶瓷组、变幅杆；变幅杆大锥面上的连接支架从内至外依次安装电陶瓷组和硬铝块后，用螺栓连接成一体，变幅杆小锥面上的圆柱导向轮外圆柱面沿轴向开有1-4条等距分布的环形槽。本发明很方便的将变幅杆的轴向振动转换为导向轮的径向振动，从而很方便地使钢丝绳在切割材料过程中产生纵向振动，极大地提高了切割精度和效率，适合于红外半导体、陶瓷，玻璃等硬脆性非金属材料。

Description

非金属材料单丝线切割用的旋转超声换能器
技术领域
本发明涉及用于非金属材料切割加工装置，尤其是涉及一种非金属材料单丝线切割用的旋转超声换能器。
背景技术
一直以来，对于非金属的切割大多都是用外圆切或者是内圆切。切割出来的产品经常出现切割面粗糙、崩边、及有残余应力等问题，尤其是对贵重材料切割时，由于刀口过宽会导致材料损耗大。随着光伏产业的兴起，大量进口国外的多片线切割机，价格不菲，每台机器800多万元，一般企业配置都在20-40台左右。原理是在保证机械精度的前提下，利用钢丝做直线移动带动磨料对工件进行切割。由于要求精度比较高，切割效率不高，所用耗材钢丝及磨料都是一次性使用。再者是做集成电路、尤其是红外半导体材料的切割，据了解每公斤材料的价格都是上万，目前还是用外圆切或者是内圆切在下料，陶瓷、玻璃行业也是如此。
虽然有人把超声振动用在了一些金刚石线锯上，但它是直接将超声波变幅杆压在金刚石钢丝上进行纵向声能的传递。这种方法的缺点是金刚石钢丝不但对工件进行切割，同时也对变幅杆进行切割，钢丝很容易断，而且此种方案只能一根变幅杆对应一条金刚石钢丝，多条钢丝同时切割则需要对应数量的变幅杆驱动，造成了很大的资源浪费，难以提升切割效率。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种非金属材料单丝线切割用的旋转超声换能器，该换能器能将轴向振动转换为径向振动，换能器的导向轮表面上有1-4条线槽，搭载单条钢丝产生超声振动，利用超声加工技术对材料进行切割。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括硬铝块、压电陶瓷组、变幅杆；变幅杆大锥面上的连接支架从内至外依次安装电陶瓷组和硬铝块后，用螺栓连接成一体，变幅杆小锥面上的圆柱导向轮外圆柱面沿轴向开有1-4条等距分布的环形槽。
本发明具有的有益效果是：
本发明很方便的将变幅杆的轴向振动转换为导向轮的径向振动，从而很方便地使钢丝绳在切割材料过程中产生纵向振动，极大地提高了切割精度和效率，适合于红外半导体、陶瓷，玻璃等硬脆性非金属材料。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明变幅杆的结构示意图。
图3是本发明使用状态俯视示意图。
图4是图3的主视图。
图中：1. 螺栓，2. 硬铝块，3. 压电陶瓷组，4. 变幅杆，5.导向轮，6.连接支架，7. 切割用的钢丝，8、被动轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明包括硬铝块2、压电陶瓷组3、变幅杆4；变幅杆4大锥面上的连接支架6从内至外依次安装电陶瓷组3和硬铝块2后，用螺栓1连接成一体，变幅杆4小锥面上的圆柱导向轮5外圆柱面沿轴向开有1-4条等距分布的环形槽。
如图3和图4所示，使用时，被动轮8外圆柱面沿轴也开有与导向轮8相等条数等距分布的环形槽，在任取一条环形槽中安装一条切割用的钢丝7，导向轮8转动后经一条钢丝7带动被动轮8转动，其它的环形槽作为备用槽。
交变电信号通过压电陶瓷组3后，使得电陶瓷组3产生机械振动，机械振动作用在变幅杆4上，使变幅杆4产生轴向振动，变幅杆4中将沿轴向产生纵波，质点振动位移方向平行于轴向，根据弹性形变的泊松效应，轴向的变形会引起横向的形变，因此质点产生轴向位移的同时也产生垂直于轴向的位移。变幅杆4上包含了导向轮5，变幅杆的振动传播到导向轮上后，使得导向轮产生了径向振动。导向轮5可通过旋转轴连接支架6与电机旋转轴实现连接，带动导向轮5旋转。
结合图1、图2、图3、图4所示，进一步说明本发明的技术方案和工作过程。本发明包括硬铝块、压电陶瓷组、变幅杆；变幅杆大锥面上的连接支架从内至外依次安装电陶瓷组和硬铝块后，用螺栓连接成一体，变幅杆小锥面上的圆柱导向轮外圆柱面沿轴向开有1-4条等距分布的环形槽。
单丝线切割用旋转超声换能器，包括：硬铝块2、压电陶瓷组3、变幅杆4。利用螺栓1将硬铝块2和压电陶瓷组3固定在变幅杆4上，变幅杆4的大锥面端上钻有螺纹孔，用于与螺栓1进行螺纹连接，变幅杆4上包含了导向轮5，以上连接形式都属于机械连接，由机械连接产生的固定强度是足够的，从而不会在使用过程由于外部振动而造成的位移或脱落。通过集流环在压电陶瓷组3上加载激励交流电压，使压电陶瓷组3产生机械振动，从而使得与之相连的变幅杆4产生轴向振动，变幅杆4上包含了导向轮5，变幅杆4的振动传播到导向轮5上后，使得导向轮5产生了径向振动。根据加工工艺需求的不同，可以通过对变幅杆4尺寸的设定来改变导向轮5的径向振幅，，具体尺寸可采用有限元法进行分析计算。
对于单丝线切割用旋转超声换能器，本发明的工作过程是，通过集流环在所述单丝线切割用旋转超声换能器上加载交变电压，使得所述线切割用旋转超声换能器上的导向轮5产生径向振动，切割用的钢丝,7通过导向轮5和被动轮8张紧，同时旋转轴连接支架6通过传动轴和联轴器与电机旋转轴连接，驱动导向轮5产生旋转，从而带动导线轮表面线槽上切割用的钢丝7产生直线移动的同时还具有纵向超声振动，将待切割工件平置于加工平台上并利用压紧机构固定住，加工平台的长度小于导向轮5与被动轮8的轴间距，加工平台在外力驱动下可沿着竖直方向上下移动，在待切割的工件表面敷上磨料，切割用的钢丝7带动磨料对工件进行切割，加工平台携带工件沿着垂直于钢丝7所在的竖直方向上进给，直至切割工作完成，由于超声加工的高频锤击作用，可有效地消除切割面粗糙、崩边、及有残余应力等，不但能提高加工效率以及减少动力的消耗，还从根本上改变现有技术存在的问题。

Claims (1)

1.一种非金属材料单丝线切割用的旋转超声换能器，其特征在于：包括硬铝块(2)、压电陶瓷组(3)、变幅杆(4)；变幅杆(4)大锥面上的连接支架(6)从内至外依次安装电陶瓷组(3)和硬铝块(2)后，用螺栓(1)连接成一体，变幅杆(4)小锥面上的圆柱导向轮(5)外圆柱面沿轴向开有1-4条等距分布的环形槽。
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