[0025]如图2所示，所述超声波换能器1，包括预紧杆12、上盖板13、两片电极片14和两片压电陶瓷片15 ;上盖板13、第一电极片14、第一压电陶瓷片15、第二电极片14和第二压电陶瓷片15通过同轴的预紧杆12与变幅杆2上端螺纹连接实现预紧，并通过两片电极片的连接导线16与超声波发生器相连，预紧杆12轴向开有冷却通道11。预紧杆12上开有扁槽17，拧紧时用于夹持。冷却通道11的外圆做成外牙宝塔结构18，保证与水管连接的紧密性。
[0026]如图3所示，所述变幅杆2上端的法兰盘21中心开有与超声波换能器I的预紧杆12下端连接的螺纹槽23，法兰盘21四周开有连接用的通孔22，螺纹槽23底部开有直角冷却通道25，直角冷却通道25通过轴向开有通孔的螺杆24与水管相连，为了保证变幅杆的工作行程和避免通道过长改变变幅杆的动力学性能，直角冷却管道25开在变幅杆2的圆锥形区域，变幅杆2的下端中心开有与上模具3上端连接的螺纹孔26。直角冷却管道25开在变幅杆2的圆锥形区域一方面为了保证变幅杆的工作行程，另一方面避免通道过长改变变幅杆的动力学性能。
[0027]如图4、图5、图6、图7、图8所示，所述上模具3的上端中心的螺柱31与变幅杆2下端中心的螺纹孔26在变幅杆的节点位置进行连接，上模具3下端面带有微细结构34，微细结构34根据加工工件的形状确定，用于完成不同结构工件的半固态金属微触变成形，上模具3通过下端中心的下端螺柱33与脱模机构4连接，上模具3既作为带有微细结构34的上模具，又作为变幅杆2延伸的一部分起到聚能和放大振幅的作用，变幅杆2和上模具3共同组成一个3/4波长的变幅杆，在上模具3的下端面输出最大振幅，上模具3与变幅杆2的材料相同或相近，本实用新型中二者材料均为45钢。装配或拆卸时用管子钳夹紧变幅杆2的中间大圆柱面，用扳手卡在上模具3的扁槽32上进行拧紧或拧松。
[0028]变幅杆2为半波长圆锥-圆柱复合型变幅杆，变幅杆2的两端面振幅都为零，这样设计变幅杆的目的一是为了在上端法兰盘21处与超声波换能器I连接，二是为了在变幅杆2小端面与上模具3进行连接，即法兰面和变幅杆小端面为变幅杆节点位置所在，通过软件对变幅杆进行动力学分析可以确定两端面振幅都为零的变幅杆2的结构和尺寸。
[0029]如图2?图8所示，超声波换能器I的预紧杆12轴向开有冷却通道11，变幅杆2在带有法兰盘21的一端开有直角形冷却通道25，冷却通道11和直角冷却通道25通过超声波换能器I和变幅杆2的紧密连接而实现联通，并通过水管与水泵、冷却水形成闭合冷却回路。直角冷却通道25为进水口，冷却通道11为出水口，因为直角冷却通道25更接近高温段，这样安排使冷却效果更好。变幅杆2另一端开有螺纹孔26，与上模具3的上端螺柱31通过螺纹连接。上模具3上带有微细结构34，根据需要的形状加工和更换，可用于完成半固态金属微触变成形。上模具上铣出深度2mm的扁槽32，在装配和拆卸上模具时方便夹持。上模具3通过下端螺纹33与脱模机构4连接。脱模机构上同样铣出深度2mm的扁槽，方便夹持。加工完毕后通过拧下脱模机构4带动工件脱落实现脱模。
【主权项】
1.一种带冷却装置的超声辅助上模结构，其特征在于:该结构包括超声波换能器(1)、变幅杆(2)和上模具(3);超声波换能器(I)下端与变幅杆(2)上端之间、变幅杆(2)下端与上模具(3)上端之间和上模具(3)下端与脱模机构(4)之间均通过螺旋副连接成一体。
2.根据权利要求1所述的一种带冷却装置的超声辅助上模结构，其特征在于:所述超声波换能器(I)包括预紧杆(12)、上盖板(13)、两片电极片和两片压电陶瓷片；上盖板(13)、第一电极片、第一压电陶瓷片、第二电极片和第二压电陶瓷片通过同轴的预紧杆(12)与变幅杆(2)上端螺纹连接，并通过两片电极片的连接导线与超声波发生器相连，预紧杆(12)轴向开有冷却通道(11)。
3.根据权利要求1所述的一种带冷却装置的超声辅助上模结构，其特征在于:所述变幅杆(2)上端的法兰盘(21)中心开有与超声波换能器(I)的预紧杆(12)下端连接的螺纹槽(23 )，螺纹槽(23 )底部开有直角冷却通道(25 )，直角冷却通道(25 )通过轴向开有通孔的螺杆(24)与水管相连，为了保证变幅杆的工作行程和避免通道过长改变变幅杆的动力学性能，直角冷却管道(25)开在变幅杆(2)的圆锥形区域，变幅杆(2)的下端中心开有与上模具(3)上端连接的螺纹孔(26 )。
4.根据权利要求1所述的一种带冷却装置的超声辅助上模结构，其特征在于:所述上模具(3)的上端中心的螺柱(31)与变幅杆(2)下端中心的螺纹孔(26)在变幅杆的节点位置进行连接，上模具(3)下端面带有微细结构(34)，微细结构(34)根据加工工件的形状确定，用于完成不同结构工件的半固态金属微触变成形，上模具(3)通过下端中心的下端螺柱(33)与脱模机构(4)连接，上模具(3)既作为带有微细结构(34)的上模具，又作为变幅杆(2)延伸的一部分起到聚能和放大振幅的作用，变幅杆(2)和上模具(3)共同组成一个3/4波长的变幅杆，在上模具(3)的下端面输出最大振幅，上模具(3)与变幅杆(2)的材料相同。
【专利摘要】本实用新型公开了一种带冷却装置的超声辅助上模结构。包括超声波换能器、变幅杆和上模具；超声波换能器下端与变幅杆上端之间、变幅杆下端与上模具上端之间和上模具下端与脱模机构之间均通过螺旋副连接成一体。本实用新型解决了超声振动装置不能用于高温作业的问题；通过在变幅杆节点位置对变幅杆和上模具进行螺纹连接，可防止上模具与变幅杆之间的螺纹松动，有效传递超声能量；可以方便更换上模具，通过添加冷却装置可将超声振动应用范围扩大到半固态成形领域。
【IPC分类】B22D27-04, B22D17-00, B22D27-08
【公开号】CN204449268
【申请号】CN201420804492
【发明人】任庆伟, 梅德庆, 姚喆赫, 陈子辰
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年12月17日