压电式激波加工装置制造方法及图纸

一种压电式激波加工装置，由盖板（１）、声透镜（２）、大直径压电陶瓷薄片（３）、半导体制冷器（４）、注水孔（５）、壳体（６）、透射片（７）和定位环（８）组成。该装置结构简单，使用方便，能对金属与非金属材料进行去除、强化、改性、焊接、切割、钻孔等加工；针对树脂基碳纤维复合材料进行切割钻孔加工时，可克服现有加工方法容易产生的分层、切口等缺陷。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所指的压电式激波加工装置，可用于金属或非金属材料的去除、变形、改性、强化、焊接及切割加工。
技术介绍
通过对压电换能器施加脉冲电激励，压电换能器会产生脉冲超声波。如果在液体介质中采用特殊的聚焦技术，利用不同材料声阻抗的差异，产生声反射，从而在聚焦区域产生高能，瞬时压力激波，对工件材料产生冲击。该方法具有能量可控、实现方便、应用范围广及安全洁净等优点。节能、节材及绿色制造技术是当今世界在发展先进制造技术中的关键课题，激波加工技术符合绿色制造的要求，具有安全高效，洁净无污染的特点，是一种先进的加工制造技术。该技术可用于金属或非金属材料的去除，变形、改性、强化、焊接及切割加工等。机械产品的零部件，通常都要通过成形与改性才具有所需形状及实用功能。由于激波加工技术的固有特点，材料的弹性变形大大降低，很好地满足了超塑成形加工的需要，可应用于比强度大的金属材料及复杂型面强化及成形。另外，激波压力到达一定值后，其高温和瞬时特性非常适合表面改性，使材料抗裂性、耐磨性、耐蚀性和耐冷热疲劳性能大大提高，且能量可控性好，使用、维护成本低。由于树脂基碳纤维复合材料具有高比模量、高比强度、疲劳特性及破损安全性优异、热稳定性好以及可根据使用要求进行材料设计等诸多优点，在航空、航天、国防等领域得到了广泛应用。现有的加工方法如常规机械切削、水射流、激光加工等存在着分层，热损伤等缺点，因此，激波加工技术有望在复合材料加工中得到应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种新型的压电式激波加工装置，利用高能激波对金属与非金属材料进行去除、变形、改性、强化、焊接及切割等加工。例如，用于对树脂基碳纤维复合材料的切割、钻孔加工，可克服现有加工方法易产生的分层、劈裂等缺陷。实现上述目标的压电式激波加工装置包括整体轻质壳体，安装在其上端的盖板，安装在其下端的透射片；在盖板下方的壳体内上部安装聚焦声透镜，将壳体内部分为两部分；大直径压电陶瓷薄片粘接在声透镜的背面；半导体制冷器安装在铝质盖板下；壳体上有注水孔。本专利技术的压电式激波加工装置结构简单，使用方便。附图说明图1是压电式激波加工装置结构示意中标号名称1.盖板，2.声透镜，3.大直径压电陶瓷薄片，4.半导体制冷器，5.注水孔，6.壳体，7.透射片，8.定位环。图2是加工示意中名称标号9.大功率激波电源，10.激波加工装置，11.工件具体实施方式由图1可知，本专利技术的具体构成是，铝质盖板1置于壳体6上端，声透镜2固定在壳体6内上部，置于盖板1下方，大直径压电陶瓷薄片3粘贴在声透镜2背面，透射片7和定位环8安装在壳体6的下端，半导体制冷器4的热端与铝质盖板1下端紧贴，用压板固定，两者间涂有导热硅脂薄层。大直径压电陶瓷薄片3两面镀银，接大功率激波电源。大直径压电陶瓷薄片3采用专门粘接工艺安装在声透镜2背面。声透镜2正面为凹球面，其球半径与聚焦半径相对应，背面有一加工平面，由铝材料制成，上下表面均经过精加工，保证粘接质量与声学聚焦效果。壳体6上部为圆柱形，起固定和支撑作用，下部为锥形，内部充满液体，由轻质材料制成，强度高，既要满足声透镜2的聚焦要求，又便于加工时观察定位，也相应减轻加工装置的整体重量。在壳体6上有一个注水孔5，用于注入、排除液体。透射片7为圆形，保证聚焦能量能最大限度的透过，并且根据不同加工需要，可进行更换。定位环8为圆环形，是为满足加工的位置精度需要，可起到定位与尺寸校正的作用。使用前首先通过注水孔5，将液体充满壳体6在声透镜2下方的内腔，排除下腔全部空气。采用大功率激波电源激励大直径压电陶瓷薄片3，产生高频、大功率的超声波。超声波经声透镜2的声学聚焦，在焦域处产生高能激波，压力可超过数十兆帕。由于激波在空气中传播时损耗很大，故壳体6充满液体介质，聚焦区域在透射片处。为减少能量损耗，需要专用去气装置将液体中溶解的空气去除后使用。工作时，大直径压电陶瓷薄片3会发热，半导体制冷器4起降温作用。如图2所示，将加工装置10准确定位于被加工工件11待加工表面，定位环8与加工表面接触，使用大功率激波电源9，工件表面将受到高能激波的冲击，实现加工要求。必要时可使用加工液进行冷却和排屑。根据加工目的、材料的不同，调节激波功率和聚焦半径，可进行材料去除、变形、改性、强化、焊接及切割等加工。例如，高能激波作用于金属材料表面，可使其发生相变，强度、硬度增加等效果；作用于脆性材料(如树脂基碳纤维复合材料)表面，当产生的应力满足工件材料断裂准则时，材料断裂；此外，通过对运动轨迹的数字控制，可实现切割、钻孔等加工任务，加工尺寸一致性好。权利要求1，一种压电式激波加工装置，其特征在于盖板(1)置于壳体(6)上端，声透镜(2)固定在壳体(6)内的上部置于盖板(1)下，大直径压电陶瓷薄片(3)粘贴在声透镜(2)的背面，半导体制冷器(4)的热端与盖板(1)下端紧贴，透射片(7)和定位环(8)安装在壳体(6)的下端，注水孔(5)在壳体(6)侧面。2，根据权利要求1所述的压电激波加工装置，其特征在于，声透镜(2)正面为凹球面，其球半径与聚焦半径相对应，背面有一加工平面，用于安装压电陶瓷薄片(3)。3，根据权利要求1或2所述的压电式激波加工装置，其特征在于，壳体(6)上部为圆柱形，起固定和支撑作用；下部为锥形，内部充满液体。4，根据权利要求1或2所述的压电式激波加工装置，其特征在于，透射片(7)采用能保证聚焦能量能最大限度透过的圆形。5，根据权利要求3所述的压电式激波加工装置，其特征在于，透射片(7)采用能保证聚焦能量能最大限度透过的圆形。6，根据权利要求1或2所述的压电式激波加工装置，其特征在于，定位环(8)采用能满足加工位置精度需要的圆环形式。7，根据权利要求3所述的压电式激波加工装置，其特征在于，定位环(8)采用能满足加工位置精度需要的圆环形式。8，根据权利要求4所述的压电式激波加工装置，其特征在于，定位环(8)采用能满足加工位置精度需要的圆环形式。9，根据权利要求5所述的压电式激波加工装置，其特征在于，定位环(8)采用能满足加工位置精度需要的圆环形式。全文摘要一种压电式激波加工装置，由盖板(1)、声透镜(2)、大直径压电陶瓷薄片(3)、半导体制冷器(4)、注水孔(5)、壳体(6)、透射片(7)和定位环(8)组成。该装置结构简单，使用方便，能对金属与非金属材料进行去除、强化、改性、焊接、切割、钻孔等加工；针对树脂基碳纤维复合材料进行切割钻孔加工时，可克服现有加工方法容易产生的分层、切口等缺陷。文档编号B23K28/00GK1597169SQ20041004192公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月9日 优先权日2004年9月9日专利技术者汪炜, 刘正埙, 鲍典璞, 刘浏, 林广义, 董歧 申请人:南京航空航天大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电式激波加工装置，其特征在于：盖板（１）置于壳体（６）上端，声透镜（２）固定在壳体（６）内的上部置于盖板（１）下，大直径压电陶瓷薄片（３）粘贴在声透镜（２）的背面，半导体制冷器（４）的热端与盖板（１）下端紧贴，透射片（７）和定位环（８）安装在壳体（６）的下端，注水孔（５）在壳体（６）侧面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪炜，刘正埙，鲍典璞，刘浏，林广义，董歧，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]