TWI669186B - 用超音波去除構件毛刺的裝置和方法 - Google Patents

用超音波去除構件毛刺的裝置和方法 Download PDF

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Abstract

提出一種在使用至少一個振頭(6)的情況下用超音波去除部件或工件(7)毛刺的方法，具有以下方法步驟：a)用至少一個超音波發生器(2)給至少一個超聲換能器(4)供應電能，從而該超聲換能器(4)被激勵機械振動；b)將該振動傳輸給與該超聲換能器(4)機械連接的振頭(6)；c)將具有至少一個振動的振頭面(6’)的振頭(6)沒入液體(M)中，從而通過在該振頭面(6’)區域中的該振頭(6)的機械振動在該液體(M)內產生空穴；d)將待去毛刺的工件(7)佈置在該振頭面(6’)附近，由此該工件(7)至少在與該振頭面(6’)對置的位置一側或一面被去毛刺。還提出一種利用超音波去除構件或工件(7)的毛刺的裝置。

Description

用超音波去除構件毛刺的裝置和方法
本發明涉及在使用至少一個振頭的情況下用超音波去除構件毛刺或工件毛刺的方法以及利用超音波去除構件毛刺的裝置。
常見的去除構件或工件的毛刺的方法一方面基於利用相應的切削刀具以機械方式去除不想有的毛刺。另一方面，以電化學或熱的方式去除毛刺。也知道了採用高壓水射流方法。
本發明任務在於，提出一種替代的且效果良好的去除構件或工件的毛刺的高效方法和相應的裝置。術語“構件”和“工件”以下被用作同義詞。
該任務通過具有申請專利範圍第1的特徵的方法、具有申請專利範圍第10的特徵的裝置及如申請專利範圍第22的由超音波焊接應用公開的焊頭的用途來完成。
所述方法和裝置的有利實施方式是從屬申請專利範圍的主題。
根據本發明的、在利用至少一個振頭的情況下用超音波去除構件毛刺的方法至少包括以下方法步驟：3)用至少一個超音波發生器給至少一個超聲換能器供應電能，從而該超聲換能器被激勵機械振動；b)將該振動傳輸給與該超聲換能器機械連接的振頭；c)將具有至少一個振動的振頭面的振頭浸入液體中，從而通過在該振頭面區域中的該振頭的機械振動在該液體中產生空穴；和d)將待去毛刺的工件佈置在該振頭面附近，由此該工件至少在與該振頭面對置的一側或一面被去毛刺。
根據本發明的用於利用超音波去除構件毛刺的裝置包括：a)至少一個超聲換能器；b)至少一個超音波發生器，其被構造用於給該超聲換能器供應電能以激勵超聲換能器機械振動；c)至少一個振頭，其與該超聲換能器機械連接以傳遞振動；d)箱，其能填充或被填充有液體，從而該振頭以至少一個振動的振頭面被沒入或能被沒入該液體中；和e)用於按規定將待去毛刺的工件安置在該振頭面附近的地點的裝置。
原則上，從在具有液體或液態介質的超音波浴槽中清 洗構件的應用中知道了，出現在液體中的空穴可能損傷待清洗構件的表面。出現這種傷害是因為空穴氣泡在表面癟縮。空穴氣泡優先出現在表面瑕疵點處，因為微觀氣泡在浸入液體時附著於那裡。尤其在毛刺處和孔中就是這種情況。根據申請人的瞭解，這可以被用於通過有針對性的空穴作用來去除金屬構件的毛刺，因為在若干氣泡破裂時釋放的能量就像是“炸掉”了或許存在的毛刺。此時，待去毛刺的構件(工件)會短時受到由超音波引發的空穴的強烈作用，以完成去除毛刺。根據申請人的瞭解，在常見的超音波清洗浴槽中出現的空穴化強度在此並不足以應對就像在本發明主題中所實現的所需的更高空穴強度。
原則上還已知的是，在表面處的極強空穴化可由以超聲頻率振動的且浸入液態介質中的振頭來獲得。振頭是超聲焊接的常見工具，其通過引入高頻機械振動(超音波)而被置於振動中。它們建立超音波發生器與工件的連接且將振動傳導入工件中。由出現的摩擦所產生的熱導致工件的熔融結合。振頭作為超音波焊接機的獨特構件而直接接觸焊接件。
強烈空穴化的原因是相比於用於清洗技術裝置的常規超聲變換器，在振頭處有大許多的機械偏移幅度。這種大振幅可以通過使用相應合適的超聲變換器、放大件(變幅杆，以下也稱之為變幅器)和合適的振頭形狀來獲得或增大。這從用於超音波焊接的應用中是原則上已知的。
因此，根據本發明，至少一個振頭被置入或可被置入 填充有(清洗)液體的容器(箱)中。另外，根據本發明的一個改進方案，該振頭由超聲換能器以在10-50kHz、最好約18kHz至約35kHz且最優選約20kHz至約30kHz之間的超音波頻率驅動，從而在振頭的振動面(在本文中也稱為振頭面)處附近清楚形成強烈空穴化。
該裝置的相應實施方式規定，該超音波發生器被構造用於產生從最小約10kHz至最大約50kHz的振動超聲頻率，優選是約18kHz至約35kHz，最優選是約20kHz至約30kHz。
現在，待去毛刺工件被人工地或通過專用裝置(即用於按規定佈置待去毛刺工件的裝置)關於該振動面以規定距離安置定位，從而在那裡出現的強烈空穴化導致毛刺去除。有利地如此執行或可調節所述定位，即，距振動面的最小距離至少為0.1mm，但在此與在清洗介質或(清洗)液體中的聲學波長相比較小、或最多相等。
該裝置的一個相應實施方式規定，工件距振頭面的距離是如此可調的，即，它至少為約0.1mm且最大約等於液體聲學波長，最好通過該裝置的相應可調節性。
在本發明的方法的一個改進方案中可以規定，在所述超聲換能器和振頭之間安裝有用於增減機械振幅的機械變幅器。
相應地可以在裝置的改進方案中規定，在所述超聲換能器和振頭之間安裝有用於增減機械振幅的機械變幅器。
在本發明的改進方案中還可設有以下裝置，其連續或 非連續地引導待去毛刺的工件至振動的振頭面上方，最好大致與之平行。這可以有利地通過設置刮板鏈或其它合適的輸送系統來實現。此時的一個特徵是：遵守恆定但可調的距振頭的振動面的距離，這最好被連續監測。
在該裝置的對應改進方案中可以規定，所述裝置按照以下形式的輸送裝置來構成：所述輸送裝置用於連續或非連續供應工件，具有距振頭面的可調距離。它可以具有監測機構，所述監測機構被構造用於連續監測：“遵守距振頭面的恆定距離”。
在本發明的方法的又一個改進方案中可以規定，借助輸送裝置或輸送系統來執行基本垂直於振頭面的升降運動，從而獲得工件在振動面上方的定位。
在該裝置的對應改進方案中可以規定，該輸送裝置被構造用於執行基本垂直於振頭面的升降運動。
該裝置的另一個有利實施方式包括：用於待去毛刺的工件的容納裝置，該容納裝置借助定位機構被引導或可被引導向振頭的振動面。在這裡，也可以設置用於遵守距振頭的振動面的恆定距離的裝置。該裝置可以被構造用於超聲測距、光學測距、感應測距或依據位移或行程的測距，但本發明不局限於此。
在本發明的方法的一個特別有利的改進方案中可以規定，多於一個的振頭被如此沒入液體且被激勵振動，即，多於一個的工件側面同時接收或可接收超音波。
在裝置技術方面可以相應規定：多於一個的振頭如此 設置且被沒入或可被沒入液體中並被激勵或可被激勵振動，即，多於一個的工件側面可同時接收超音波。
在本發明的方法的又一個不同的改進方案中可以規定，採用多個振頭，它們各自的振頭面的形狀和/或尺寸是至少部分不同的。
另外，可以通過更換具有形狀不同的發射面的振頭來實現對於有變化的工件尺寸的匹配。也可以在裝置一方規定設有多個振頭，它們的各自的振頭面具有至少局部不同的尺寸。
在該裝置的一個改進方案中可以規定，包括超聲換能器、振頭和或許變幅器的振動系統在最小機械偏移區域(振動節點)被固定在所述箱上，最好在緊鄰振頭面的振動節點的區域內。由此可以儘量減小振動系統或振頭浸入液體的浸入深度，這可以有利地影響到所需的液體量和箱尺寸。
在該裝置的另一個改進方案中可以規定，分別包括超聲換能器、振頭和或許變幅器的許多振動系統分別在最小機械偏移的區域被固定在該箱上，從而各自的振頭面相對於該地點佈置在不同的位置，以便能給待去毛刺的工件的多於一個的側面供應超音波。
在本發明的又一個不同改進方案中可以規定，所述裝置如此構造用於佈置這個或這些工件，即工件的待去毛刺的部位未被遮擋且能自由沒入該液體中，以實現最高效的去毛刺。
1‧‧‧箱
2‧‧‧超音波發生器
3‧‧‧超音波振動系統
4‧‧‧超音換能器/轉換器
5‧‧‧變幅杆/變幅器
6、6a-6f‧‧‧焊頭/振頭
6’‧‧‧振頭面
7‧‧‧構件/工件
8‧‧‧輸送裝置
9‧‧‧驅動裝置
10‧‧‧托座/裝置/貨架
11‧‧‧升降輸送機構/升降機構
M‧‧‧清洗介質/清洗液體
K‧‧‧節點
以下，參照附圖來描述本發明的其它性能和優點。
圖1示意性示出本發明的裝置的第一實施方式；圖2示意性示出在帶振頭的超音波振動系統中與位置相關的振動過程；圖3示意性示出本發明的裝置的第二實施方式；圖4示意性示出本發明的裝置的第三實施方式；圖5示出根據本發明的裝置的另一個實施方式的佈置多個振頭的可行方式；和圖6示出用在本發明的裝置中的形狀不同的振頭。
在圖1中示意性示出本發明的裝置的一個實施例。在填充有液態清洗介質M的箱1中安裝有超音波振動系統3。超音波振動系統3包括用於將電振盪轉換為機械振動的超聲換能器(或也稱轉換器)4、用於增大機械偏移的變幅杆(變幅器)5以及焊頭(振頭)6。附圖標記6’表示該振頭的發射振動的表面(或者也稱之為“振頭的振動面”或“振頭面”)。在此，振動系統3的若干部件4-6通過(未示出)螺紋連接相互連接且因此是可更換的。轉換器4與超音波發生器2有效連接且通過它被供應電能。在此，超音波發生器2具備控制器，該控制器控制轉換器4的機械振幅並允許在關於最大機械振幅的例如10-100%範圍內調節所述振 幅。這樣的超音波發生器是本領域技術人員所已知的且例如被用在超音波焊接裝置中。
根據圖1，待去毛刺的工件7在該振頭的待發射面6’處以最小0.1mm至最大清洗液體M的聲學波長的距離就位且被施以超聲一定時間，該時間取決於工件7的類型以及現有毛刺量等，並且例如可以由相應的初步試驗來求出。
在圖2中再次示出圖1的示例性的振動系統3的結構以便說明。也示出了振動系統3的各部件4-6的軸向機械偏移x(t)的原則上與位置相關的振幅變化過程，從中突顯了增強：振幅從轉換器4向振頭6增大。還存在以下區域，在該區域所述偏移消失，即所謂的節點K，x(K)=0。現在尤其有利的是，振動系統3也在這些節點K處被固定在該裝置的其它部件上。用於將振動系統3固定在圖1的箱1上的凸緣是有利地固定在其中一個節點K處(見圖1)的。
不同於圖1視圖，也可以規定振動系統3將被固定在根據圖2的最上(最前)節點K的區域內。由此可儘量減小浸入介質M中的浸入深度，這可以有利地影響所需要的液體量。
圖3示出本發明的裝置的另一個有利實施方式。在這裡，箱1連同振動系統3被擴充以“用於連續輸送工件7的裝置8(輸送裝置)”。輸送裝置8例如可以包括環鏈，在環鏈中掛有或可掛有若干工件7。可以通過驅動裝置9(例 如被驅動的輥或齒輪)使該環鏈連續或非連續地運動經過振頭面6’或者說與之平行地運動。輸送裝置8還包括用以調節工件7距振頭面6’的距離的裝置，如在圖3中由豎向雙箭頭所示的那樣。該裝置可以被構造用於連續監測並調節所述距離。
圖4示出本發明的裝置的另一個有利實施方式。在這裡，在具有本發明的振動系統3的箱1的上方有用於容納多個工件7的另一個裝置10。該裝置10例如可以是籃子、貨架或者其它匹配於工件形狀的托座。該托座或裝置10最好如此設計，即，工件7的待去毛刺的表面未被遮擋住且可以自由沒入清洗介質M中。貨架或裝置10還與升降輸送機構11相連，借此可以將貨架或裝置10沒入清洗介質M中，如圖所示。另外，升降機構11最好具備以下性能，即，工件7距振頭面6’的距離是可選擇調節的，如在圖4中由豎向雙箭頭所表示的那樣。
在未進一步示出的情況下，本領域技術人員也可將如圖1、圖3和圖4所公開的實施方式組合或結合成更大型的裝置，因此其也是本發明的組成部分。
根據所述構件或工件7的形狀，從時間和/或成本角度考慮，同時去除多個構件面或工件7面的毛刺可能是有利的。為此，例如如圖5所示的許多振頭6a-6c的設置是最有利的。例如可以將三個振頭6a、6b和6c安裝在一個箱1上，從而根據本發明可以同時去除一個工件7的三個側面的毛刺。所用的振頭6a-6c不一定相同構成。
圖6示出本發明的裝置的另一個有利實施方式，在圖6中示出具有不同的發射面尺寸形狀的各種超聲振頭6d-6f。在本發明範圍內，振頭6d-6f在本發明的裝置中最好是可換的，因而該裝置例如可以匹配於待去毛刺的工件7的不同尺寸或形狀和/或不同的毛刺類型地構成。

Claims (24)

  1. 一種在使用至少一個振頭(6；6a，6b，6c)的情況下用超音波去除工件(7)的毛刺的方法，其具有以下方法步驟：a)用至少一個超音波發生器(2)給至少一個超聲換能器(4)供應電能，從而該超聲換能器(4)被激勵機械振動；b)將該振動傳輸給與該超聲換能器(4)機械連接的振頭(6)；c)將具有至少一個振動的振頭面(6’)的振頭(6)沒入液體(M)中，從而通過在該振頭面(6’)區域中的該振頭(6)的機械振動而在該液體(M)內產生空穴；d)將待去毛刺的工件(7)佈置在該振頭面(6’)附近，藉此，該工件(7)至少在與該振頭面(6’)對置的一側或一面被去毛刺，其中，該工件(7)距該振頭面(6’)的距離被選擇為它至少為約0.1mm，最大約等於該液體(M)的聲學波長。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，所述振動的所產生的超音波頻率為最少約10kHz和最高約50kHz。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的方法，其中，在所述超聲換能器(4)和所述振頭(6)之間安裝有用於放大或減小機械振幅的機械變幅器(5)。
  4. 如申請專利範圍第1項的方法，該方法包括：借助距該振頭面(6’)的距離可調的輸送裝置(8；11)連續或非連續地供應工件(7)，其中，該工件(7)在大致平行於該振頭面(6’)的區域內被引導。
  5. 如申請專利範圍第3項的方法，其中，借助該輸送裝置(11)執行基本垂直於該振頭面(6’)的升降運動，從而獲得該工件(7)在該振頭面(6’)上方的定位。
  6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，連續地監測：距該振頭面(6’)的恒定距離的遵守。
  7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，多於一個的振頭(6a，6b，6c)被如此置入該液體(M)中且被激勵振動，即，該工件(7)的多於一個的側面同時接收超音波。
  8. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，使用多個振頭(6d，6e，6f)，它們各自的振頭面(6’)具有至少局部不同的尺寸。
  9. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，所述振動的所產生的超音波頻率為最少約18kHz和最高約35kHz。
  10. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，所述振動的所產生的超音波頻率為最少約20kHz和最高約30kHz。
  11. 一種利用超音波去除工件(7)毛刺的裝置，其具有：a)至少一個超聲換能器(4)；b)至少一個超音波發生器(2)，其被構造用於給該超聲換能器(4)供應電能以激勵該超聲換能器(4)機械振動；c)至少一個振頭(6)，其與該超聲換能器(4)機械連接以傳遞振動；d)箱(1)，其能填充或被填充有液體(M)，從而該振頭(6)憑藉至少一個振動的振頭面(6’)被沒入或能被沒入該液 體(M)中；和e)用於按規定將待去毛刺的工件(7)佈置在該振頭面(6’)附近的地點的裝置(8，9；10，11)，其中，該工件(7)距該振頭面(6’)的距離被選擇為它至少為約0.1mm，最大約等於該液體(M)的聲學波長。
  12. 如申請專利範圍第11項的裝置，其中，該超音波發生器(2)被構造用於產生最少約10kHz至最高約50kHz的振動超聲頻率。
  13. 如申請專利範圍第11或12項的裝置，其中，在所述超聲換能器(4)和所述振頭(6)之間安裝有用於增大或減小機械振幅的機械變幅器(5)。
  14. 如申請專利範圍第11項的裝置，其中，所述裝置以用於連續或非連續供應工件(7)的具有距振頭面(6’)的可調距離的輸送裝置(8；11)形式構成。
  15. 如申請專利範圍第14項的裝置，其中，該輸送裝置(11)被構造用於執行基本垂直於振頭面(6’)的升降運動，或者該輸送裝置(8)被構造用於執行基本平行於振頭面(6’)的運動。
  16. 如申請專利範圍第11項的裝置，其具有監測裝置，該監測裝置被構造用於連續監測：對工件(7)距振頭面(6’)的恒定距離的遵守。
  17. 如申請專利範圍第11項的裝置，多於一個的振頭(6)如此佈置且被置入或能被置入液體(M)中且被激勵或能被激勵振動，使得該工件(7)的多於一個的側面能同時接 收超音波。
  18. 如申請專利範圍第11項的裝置，其中，設有多個振頭(6a，6b，6c；6d，6e，6f)，它們的各自振頭面(6’)具有至少局部不同的尺寸。
  19. 如申請專利範圍第11項的裝置，其中，包括所述超聲換能器(4)、所述振頭(6)和或許如申請專利範圍第13的變幅器(5)的振動系統(3)在最小機械偏移(x(t))的區域(K)中被固定在所述箱(1)上，優選在緊鄰該振頭面(6’)的振動節點(K)的區域內。
  20. 如申請專利範圍第11項的裝置，其中，設有多個振動系統(3)，其分別包括所述超聲換能器(4)、所述振頭(6)和或許如申請專利範圍第13的變幅器(5)且分別在最小機械偏移(x(t))的區域(K)中被固定在所述箱(1)上，從而各自振頭面(6’)相對於所述地點佈置在彼此不同的位置。
  21. 如申請專利範圍第11項的裝置，其中，所述裝置(8，9；10，11)被如此構造用於設置這個工件(7)或這些工件(7)，即，該工件(7)的待去毛刺的部位未被遮擋且能被自由沒入該液體(M)中。
  22. 如申請專利範圍第11項的裝置，其中，該超音波發生器(2)被構造用於產生最少約18kHz至最高約35kHz的振動超聲頻率。
  23. 如申請專利範圍第11項的裝置，其中，該超音波發生器(2)被構造用於產生最少約20kHz至最高約30kHz的振動超聲頻率。
  24. 一種用申請專利範圍第1至10項中任一項的方法將振頭(6；6a，6b，6c；6d，6e，6f)用於去除工件(7)毛刺的用途。
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