专利名称：双弯曲行波超声抛光振子的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种超声频压电振动元件，特别涉及一种双弯曲行波超声抛光振子。
背景技术：
超声抛光加工是指利用超声振动工具在有磨料的液体介质或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击以及由此产生的气蚀作用来去除材料，工具或工件沿一定方向施加超声频率振动进行振动加工的方法。超声加工的实质是磨料的机械冲击与超声波冲击及空化作用的综合结果。现有的超声振动硅片抛光，即超声辅助化学机械抛光技术，采用的是在板状抛光工具上通过弯曲振动与伸缩振动或两者复合振动实现硅片的超声辅助抛光。板状超声抛光装置主要由板状抛光工具和压电陶瓷片两部分构成。压电陶瓷片分为四组，粘结在板状抛光工具上，利用压电陶瓷的逆压电效应激发板状抛光工具做超声椭圆振动，超声椭圆振动的产生在于板状抛光工具的两种振动模态，即第4阶弯曲模态与同频的第I阶纵向伸缩模态的复合，在交变频率的电源下同时被激发出来，形成板状抛光工具端部的椭圆运动轨迹，即通过弯曲振动与伸缩振动的复合产生超声椭圆振动，实现对工件的超声抛光。该板状抛光装置存在的主要问题是，利用板状抛光工具的端部对工件进行抛光，抛光的面积小，功率小，另外，抛光振子的两个模态的实际共振频率也不容易获得一致。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是，克服现有超声抛光装置存在的功率及振幅小、且单位面积上抛光效率低、表面质量差的问题，提供一种工作效率高、抛光效果好、结构简单、便于模态设计，并可以方便系列化设计的圆柱形超声抛光振子。本实用新型由金属连接环和压电陶瓷环构成，其特殊之处是，所述的压电陶瓷环有三组，每组包含二片压电陶瓷环，三组压电陶瓷环分别用二个金属连接环联接，在左侧组和右侧组的二片压电陶瓷环之间安装有引线铜片，在中间组的二片压电陶瓷环之间安装有固定圆板，所述的压电陶瓷环和金属连接环用连接螺栓紧固在一起，在连接螺栓的端部还安装有抛光垫，在压电陶瓷环上施加交变电压，压电陶瓷环就会产生逆压电效应，右侧组两片陶瓷环使振子上下面内弯曲，左侧组两片压电陶瓷环使振子前后面内弯曲，左侧、右侧两组弯曲陶瓷环同时激励，就构成了振子的基本运动形式一双弯曲行波，中间组两片陶瓷环使振子轴向拉伸，中间组轴向拉伸陶瓷环的激励能带动抛光液的运动加剧，使抛光效果达到更佳，上述三种模态的有机组合就构成了振子的工作运动形式，即双弯曲行波叠加拉伸的复合振动模态。本实用新型有优点在于:1、抛光工具是基于超声椭圆振动的，与传统化学机械抛光相比能提高抛光效率，节省抛光消耗。2、超声抛光振子工作时,在抛光工件与振子之间辅以抛光液,这样比传统机械抛光能有效地改善表面质量。3、由于动力源是压电陶瓷环，所激发的动作比一般粘贴的陶瓷片等材料具有更好的机械性能，所以在单位面积上的工作效率比一般超声振动抛光工具高很多。4、此超声振子的振动模态是两个相互垂直面内的弯曲振动组成的行波振动，辅以拉伸振动，能提高抛光液的流动性，使排出物粘附在硅片和堵塞抛光垫现象减少。5、结构简单、便于模态设计，便于系列化设计。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的左视图；图3是振子上下面内弯曲振动模态示意图；图4是振子前后面内弯曲振动模态示意图；图5是振子双弯曲行波示意图；图6是振子轴向拉伸振动模态示意图；图7是振子拉伸和双弯曲行波叠加的复合模态示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型由金属连接环4、金属连接环6和压电陶瓷环2构成；所述的压电陶瓷环2有三组， 每组包含二片压电陶瓷环2，三组压电陶瓷环2分别用金属连接环4、金属连接环6联接；在左侧组和右侧组的二片压电陶瓷环2之间安装有引线铜片3，压电陶瓷环2通过引线铜片3与驱动电路相连接，在中间组的二片压电陶瓷环2之间安装有固定圆板5，该压电陶瓷环2通过固定圆板5与驱动电路相连接，固定圆板5同时还起到固定和支撑作用；所述的压电陶瓷环2和金属连接环4、金属连接环6用连接螺栓7和螺母I紧固在一起，在连接螺栓7的端部还安装有抛光垫8，以便于对工件进行抛光。本实用新型抛光振子的振动模态为拉伸和双弯曲模态，其工作原理如图3至图7所示，在压电陶瓷环2上施加交变电压，压电陶瓷环2就会产生逆压电效应，右侧组两片陶瓷环2使振子上下面内弯曲，如图3所示，左侧组两片压电陶瓷环2使振子前后面内弯曲，如图4所示，当两组弯曲陶瓷环激励出相互垂直的两个面内的弯曲，即以Λ = 和乃=Jcos(_的交变电压被激励时，在振子的端面的任何质点上会产生
椭圆运动，构成了振子的基本运动形式——双弯曲行波，如图5所示，其中,/为共振频率；中间组两片压电陶瓷环2使振子轴向拉伸，带动抛光液运动加剧，使抛光效果达到更佳，如图6所示，当拉伸陶瓷环同时以J3 = Acos(M)或乃=^sin(CK)的交变电压被激励
时，上述三种模态的有机组合就构成了振子的工作运动形式一端面整体伸缩运动与端部质点的椭圆运动的复合，如图7所示；通常情况下，每组压电陶瓷环2所施加的电压相同，也就是上式中的2被认为各项一致，所施加电压在100V左右，振动幅值能达2 μ m左右，本振子共振频率J约为37kHz。根据不同的工作需求，本实用新型可激发单向弯曲振动，也可以激发双向弯曲振动复合成的双弯曲行波振动，以满足不同的工作效果；还可激发拉伸运动，形成抛光垫厚度方向尺寸的变化，有助于抛光液的进入与排出。
权利要求1.一种双弯曲行波超声抛光振子，它由金属连接环和压电陶瓷环构成，其特征在于，所述的压电陶瓷环有三组，每组包含二片压电陶瓷环，三组压电陶瓷环分别用二个金属连接环联接，在左侧组和右侧组的二片压电陶瓷环之间安装有引线铜片，在中间组的二片压电陶瓷环之间安装有固定圆板，所述的压电陶瓷环和金属连接环用连接螺栓紧固在一起，在连接螺栓的端部还安装有抛光垫。
专利摘要一种双弯曲行波超声抛光振子，它由金属连接环和压电陶瓷环构成，其特殊之处是，所述的压电陶瓷环有三组，每组包含二片压电陶瓷环，三组压电陶瓷环分别用二个金属连接环联接，在左侧组和右侧组的二片压电陶瓷环之间安装有引线铜片，在中间组的二片压电陶瓷环之间安装有固定圆板，所述的压电陶瓷环和金属连接环用连接螺栓紧固在一起，在连接螺栓的端部还安装有抛光垫，在压电陶瓷环上施加交变电压，右侧组两片陶瓷环使振子上下面内弯曲，左侧组两片压电陶瓷环使振子前后面内弯曲，中间组两片陶瓷环使振子轴向拉伸，上述三种模态的有机组合就构成了振子的工作运动形式，即双弯曲行波叠加拉伸的复合振动模态。
文档编号B06B1/06GK203061410SQ201320024598
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者何勍, 刘政, 张 浩 申请人:辽宁工业大学