專利名稱：雙彎曲行波超聲拋光振子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種超聲頻壓電振動(dòng)元件，特別涉及一種雙彎曲行波超聲拋光振子。
背景技術(shù)：
超聲拋光加工是指利用超聲振動(dòng)工具在有磨料的液體介質(zhì)或干磨料中產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊以及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來(lái)去除材料，工具或工件沿一定方向施加超聲頻率振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)加工的方法。超聲加工的實(shí)質(zhì)是磨料的機(jī)械沖擊與超聲波沖擊及空化作用的綜合結(jié)果?，F(xiàn)有的超聲振動(dòng)硅片拋光，即超聲輔助化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)，采用的是在板狀拋光工具上通過(guò)彎曲振動(dòng)與伸縮振動(dòng)或兩者復(fù)合振動(dòng)實(shí)現(xiàn)硅片的超聲輔助拋光。板狀超聲拋光裝置主要由板狀拋光工具和壓電陶瓷片兩部分構(gòu)成。壓電陶瓷片分為四組，粘結(jié)在板狀拋光工具上，利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)板狀拋光工具做超聲橢圓振動(dòng)，超聲橢圓振動(dòng)的產(chǎn)生在于板狀拋光工具的兩種振動(dòng)模態(tài)，即第4階彎曲模態(tài)與同頻的第I階縱向伸縮模態(tài)的復(fù)合，在交變頻率的電源下同時(shí)被激發(fā)出來(lái)，形成板狀拋光工具端部的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，即通過(guò)彎曲振動(dòng)與伸縮振動(dòng)的復(fù)合產(chǎn)生超聲橢圓振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的超聲拋光。該板狀拋光裝置存在的主要問(wèn)題是，利用板狀拋光工具的端部對(duì)工件進(jìn)行拋光，拋光的面積小，功率小，另外，拋光振子的兩個(gè)模態(tài)的實(shí)際共振頻率也不容易獲得一致。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有超聲拋光裝置存在的功率及振幅小、且單位面積上拋光效率低、表面質(zhì)量差的問(wèn)題，提供一種工作效率高、拋光效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于模態(tài)設(shè)計(jì)，并可以方便系列化設(shè)計(jì)的圓柱形超聲拋光振子。本實(shí)用新型由金屬連接環(huán)和壓電陶瓷環(huán)構(gòu)成，其特殊之處是，所述的壓電陶瓷環(huán)有三組，每組包含二片壓電陶瓷環(huán)，三組壓電陶瓷環(huán)分別用二個(gè)金屬連接環(huán)聯(lián)接，在左側(cè)組和右側(cè)組的二片壓電陶瓷環(huán)之間安裝有引線銅片，在中間組的二片壓電陶瓷環(huán)之間安裝有固定圓板，所述的壓電陶瓷環(huán)和金屬連接環(huán)用連接螺栓緊固在一起，在連接螺栓的端部還安裝有拋光墊，在壓電陶瓷環(huán)上施加交變電壓，壓電陶瓷環(huán)就會(huì)產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)，右側(cè)組兩片陶瓷環(huán)使振子上下面內(nèi)彎曲，左側(cè)組兩片壓電陶瓷環(huán)使振子前后面內(nèi)彎曲，左側(cè)、右側(cè)兩組彎曲陶瓷環(huán)同時(shí)激勵(lì)，就構(gòu)成了振子的基本運(yùn)動(dòng)形式一雙彎曲行波，中間組兩片陶瓷環(huán)使振子軸向拉伸，中間組軸向拉伸陶瓷環(huán)的激勵(lì)能帶動(dòng)拋光液的運(yùn)動(dòng)加劇，使拋光效果達(dá)到更佳，上述三種模態(tài)的有機(jī)組合就構(gòu)成了振子的工作運(yùn)動(dòng)形式，即雙彎曲行波疊加拉伸的復(fù)合振動(dòng)模態(tài)。本實(shí)用新型有優(yōu)點(diǎn)在于:1、拋光工具是基于超聲橢圓振動(dòng)的，與傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械拋光相比能提高拋光效率，節(jié)省拋光消耗。2、超聲拋光振子工作時(shí),在拋光工件與振子之間輔以拋光液,這樣比傳統(tǒng)機(jī)械拋光能有效地改善表面質(zhì)量。3、由于動(dòng)力源是壓電陶瓷環(huán)，所激發(fā)的動(dòng)作比一般粘貼的陶瓷片等材料具有更好的機(jī)械性能，所以在單位面積上的工作效率比一般超聲振動(dòng)拋光工具高很多。4、此超聲振子的振動(dòng)模態(tài)是兩個(gè)相互垂直面內(nèi)的彎曲振動(dòng)組成的行波振動(dòng)，輔以拉伸振動(dòng)，能提高拋光液的流動(dòng)性，使排出物粘附在硅片和堵塞拋光墊現(xiàn)象減少。5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于模態(tài)設(shè)計(jì)，便于系列化設(shè)計(jì)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的左視圖；圖3是振子上下面內(nèi)彎曲振動(dòng)模態(tài)示意圖；圖4是振子前后面內(nèi)彎曲振動(dòng)模態(tài)示意圖；圖5是振子雙彎曲行波示意圖；圖6是振子軸向拉伸振動(dòng)模態(tài)示意圖；圖7是振子拉伸和雙彎曲行波疊加的復(fù)合模態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型由金屬連接環(huán)4、金屬連接環(huán)6和壓電陶瓷環(huán)2構(gòu)成；所述的壓電陶瓷環(huán)2有三組， 每組包含二片壓電陶瓷環(huán)2，三組壓電陶瓷環(huán)2分別用金屬連接環(huán)4、金屬連接環(huán)6聯(lián)接；在左側(cè)組和右側(cè)組的二片壓電陶瓷環(huán)2之間安裝有引線銅片3，壓電陶瓷環(huán)2通過(guò)引線銅片3與驅(qū)動(dòng)電路相連接，在中間組的二片壓電陶瓷環(huán)2之間安裝有固定圓板5，該壓電陶瓷環(huán)2通過(guò)固定圓板5與驅(qū)動(dòng)電路相連接，固定圓板5同時(shí)還起到固定和支撐作用；所述的壓電陶瓷環(huán)2和金屬連接環(huán)4、金屬連接環(huán)6用連接螺栓7和螺母I緊固在一起，在連接螺栓7的端部還安裝有拋光墊8，以便于對(duì)工件進(jìn)行拋光。本實(shí)用新型拋光振子的振動(dòng)模態(tài)為拉伸和雙彎曲模態(tài)，其工作原理如圖3至圖7所示，在壓電陶瓷環(huán)2上施加交變電壓，壓電陶瓷環(huán)2就會(huì)產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)，右側(cè)組兩片陶瓷環(huán)2使振子上下面內(nèi)彎曲，如圖3所示，左側(cè)組兩片壓電陶瓷環(huán)2使振子前后面內(nèi)彎曲，如圖4所示，當(dāng)兩組彎曲陶瓷環(huán)激勵(lì)出相互垂直的兩個(gè)面內(nèi)的彎曲，即以Λ = 和乃=Jcos(_的交變電壓被激勵(lì)時(shí)，在振子的端面的任何質(zhì)點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生
橢圓運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成了振子的基本運(yùn)動(dòng)形式——雙彎曲行波，如圖5所示，其中,/為共振頻率；中間組兩片壓電陶瓷環(huán)2使振子軸向拉伸，帶動(dòng)拋光液運(yùn)動(dòng)加劇，使拋光效果達(dá)到更佳，如圖6所示，當(dāng)拉伸陶瓷環(huán)同時(shí)以J3 = Acos(M)或乃=^sin(CK)的交變電壓被激勵(lì)
時(shí)，上述三種模態(tài)的有機(jī)組合就構(gòu)成了振子的工作運(yùn)動(dòng)形式一端面整體伸縮運(yùn)動(dòng)與端部質(zhì)點(diǎn)的橢圓運(yùn)動(dòng)的復(fù)合，如圖7所示；通常情況下，每組壓電陶瓷環(huán)2所施加的電壓相同，也就是上式中的2被認(rèn)為各項(xiàng)一致，所施加電壓在100V左右，振動(dòng)幅值能達(dá)2 μ m左右，本振子共振頻率J約為37kHz。根據(jù)不同的工作需求，本實(shí)用新型可激發(fā)單向彎曲振動(dòng)，也可以激發(fā)雙向彎曲振動(dòng)復(fù)合成的雙彎曲行波振動(dòng)，以滿足不同的工作效果；還可激發(fā)拉伸運(yùn)動(dòng)，形成拋光墊厚度方向尺寸的變化，有助于拋光液的進(jìn)入與排出。
權(quán)利要求1.一種雙彎曲行波超聲拋光振子，它由金屬連接環(huán)和壓電陶瓷環(huán)構(gòu)成，其特征在于，所述的壓電陶瓷環(huán)有三組，每組包含二片壓電陶瓷環(huán)，三組壓電陶瓷環(huán)分別用二個(gè)金屬連接環(huán)聯(lián)接，在左側(cè)組和右側(cè)組的二片壓電陶瓷環(huán)之間安裝有引線銅片，在中間組的二片壓電陶瓷環(huán)之間安裝有固定圓板，所述的壓電陶瓷環(huán)和金屬連接環(huán)用連接螺栓緊固在一起，在連接螺栓的端部還安裝有拋光墊。
專利摘要一種雙彎曲行波超聲拋光振子，它由金屬連接環(huán)和壓電陶瓷環(huán)構(gòu)成，其特殊之處是，所述的壓電陶瓷環(huán)有三組，每組包含二片壓電陶瓷環(huán)，三組壓電陶瓷環(huán)分別用二個(gè)金屬連接環(huán)聯(lián)接，在左側(cè)組和右側(cè)組的二片壓電陶瓷環(huán)之間安裝有引線銅片，在中間組的二片壓電陶瓷環(huán)之間安裝有固定圓板，所述的壓電陶瓷環(huán)和金屬連接環(huán)用連接螺栓緊固在一起，在連接螺栓的端部還安裝有拋光墊，在壓電陶瓷環(huán)上施加交變電壓，右側(cè)組兩片陶瓷環(huán)使振子上下面內(nèi)彎曲，左側(cè)組兩片壓電陶瓷環(huán)使振子前后面內(nèi)彎曲，中間組兩片陶瓷環(huán)使振子軸向拉伸，上述三種模態(tài)的有機(jī)組合就構(gòu)成了振子的工作運(yùn)動(dòng)形式，即雙彎曲行波疊加拉伸的復(fù)合振動(dòng)模態(tài)。
文檔編號(hào)B06B1/06GK203061410SQ201320024598
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者何勍, 劉政, 張 浩 申請(qǐng)人:遼寧工業(yè)大學(xué)