CN105149200B - 一种超声加工设备冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声加工设备冷却装置，包括包围在所述超声换能器、所述变幅杆和所述喇叭外面的冷却套，所述冷却套的上端与所述超声换能器的压电陶瓷片后盖板密封固定连接，所述冷却套的下端与所述喇叭柔性密封连接；在所述冷却套与所述超声换能器、所述变幅杆和所述喇叭之间形成有流体冷却室；在所述冷却套的下部设有流体冷却室进口，所述流体冷却室进口通过供给管与冷却液储槽相连，在所述冷却套的上部设有流体冷却室出口，所述流体冷却室出口通过排出管与冷却液收集槽相连，所述流体冷却室进口的过流面积大于所述流体冷却室出口的过流面积，在所述排出管上安装有单向泵。本发明能够对超声加工设备的换能器、变幅杆和喇叭同时进行散热。
Description
技术领域
本发明涉及冷却装置，特别是一种超声加工设备冷却装置。
背景技术
超声加工技术是一种高效，低成本，无污染的特种加工技术，其在学术界和工业界得到了广泛的应用。常用的超声加工设备是由超声波发生器，换能器，变幅杆和喇叭等组成。工作原理是：50Hz的工频电进入超声波发生器后产生的高频振荡电信号提供给换能器；换能器将高频电信号转为高频机械振动信号，经变幅杆增大或者减小振幅，将能量传递给超声喇叭，喇叭将一定振幅和频率的超声波传递给工件。
超声换能器是由压电陶瓷片，电极片和前后盖板等组成。它的工作原理是利用逆压电效应，将电能转化为机械能。但在换能器工作时，不可避免地会发热，主要有两个原因：(1)电损失将部分电能转化为机械能，产生热量；(2)高频机械振动时，压电元件内部的高频机械摩擦，由摩擦生热导致换能器温度升高。基于以上两个主要原因，一种大功率、连续工作的加工环境下，换能器将产生大量的热，所以要设置冷却装置加以保护，防止换能器过热损毁。
目前，换能器冷却方式常采用的是气冷，水冷和油冷。但利用气冷时，气体中夹杂的灰尘和水蒸气传送到壳体内，会增加高频电信号下换能器桥接短路的风险；其次，气体热容和导热系数较小，所以对大功率、连续工作的超声加工设备的冷却效果不甚理想。此外，中国专利文献CN 202591095 U公布了一种用于超声换能器上的冷却环，该冷却环采用水冷，放置在压电陶瓷后盖板外侧，这种间接散热的方法会形成一个温度梯度，因此，该装置并不能及时地将热量散出。中国专利文献CN 104190608 A公布了一种油冷超声换能器调幅器一体件，它仅仅对换能器进行冷却，并且壳体和调幅器构成的腔体中注入矿物油后封闭。因为冷却液灌装在封闭腔体内，没有流动性，冷却效果不好；另外在高频振动条件下，无压力的矿物油不可避免地会气化产生气穴，严重影响超声加工设备的工作稳定性和加工效率。
实验研究表明，大功率、连续工作的超声加工设备，不仅换能器会产生大量的热，变幅杆和喇叭也会由于高频机械振动产生热量，导致变幅杆和喇叭本体温度升高。2013年，中国台湾某大学Yen-Pin Tsai等人研究发现，变幅杆和喇叭温度过高会引起超声加工设备谐振频率的变化，对超声加工效率造成严重影响。而现有的超声加工设备的冷却装置，通常仅仅对换能器冷却，很少有对换能器、变幅杆和喇叭同时进行散热的的全冷却装置。因此，特别是对大功率、连续工作条件下超声加工设备的全冷却显得格外重要。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种超声加工设备冷却装置，该装置能够对超声加工设备的换能器、变幅杆和喇叭同时进行散热。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种超声加工设备冷却装置，所述超声加工设备包括依次连接的超声波发生器、超声换能器、变幅杆和喇叭，该冷却装置包括包围在所述超声换能器、所述变幅杆和所述喇叭外面的冷却套，所述冷却套的上端与所述超声换能器的压电陶瓷片后盖板密封固定连接，所述冷却套的下端与所述喇叭柔性密封连接；在所述冷却套与所述超声换能器、所述变幅杆和所述喇叭之间形成有流体冷却室；在所述冷却套的下部设有流体冷却室进口，所述流体冷却室进口通过供给管与冷却液储槽相连，在所述冷却套的上部设有流体冷却室出口，所述流体冷却室出口通过排出管与冷却液收集槽相连，所述流体冷却室进口的过流面积大于所述流体冷却室出口的过流面积，在所述排出管上安装有单向泵。
在所述供给管上安装有除气装置和除杂装置，所述除杂装置位于所述除气装置的上游。
在所述供给管上安装有阀门，所述阀门位于所述除杂装置的上游。
所述冷却套是由通过螺纹连接的上壳体和下壳体组成的，所述上壳体与所述超声换能器的压电陶瓷片后盖板通过螺栓密封固定连接，所述下壳体与所述喇叭通过O型密封圈柔性密封连接。
在所述变幅杆和所述喇叭的外侧表面上涂布有硅胶吸振层。
本发明具有的优点和积极效果是：
一)采用冷却液包围超声换能器，变幅杆和喇叭，这种超声换能器，变幅杆和喇叭全冷却的方式可以使超声加工设备散热冷却效果更加明显；适用于大功率、连续工作的超声加工设备冷却。
二)使流体冷却室进口的过流面积大于流体冷却室出口的过流面积，冷却液入口孔径比出口孔径大，增大了冷却液在腔体中的压力，可有效地降低气穴现象的产生；此外，变幅杆和喇叭上涂有硅胶吸振层，同样也可抑制气穴现象的发生，可使超声加工设备工作稳定可靠，效率提高。
三、下壳体通过O型密封圈与喇叭相连，采用柔性连接，而非刚性直接接触的方式可以降低喇叭的附加质量，从而减小超声振动谐振频率的变化。
综上所述，本发明采用流动压力油对超声加工设备的超声换能器、变幅杆和喇叭同时进行散热，采用冷却液的流动可以带走换能器、变幅杆和喇叭由于高频振动或摩擦产生的热量，不仅对超声加工设备有良好的冷却效果，还可以抑制气穴现象的产生。能够避免设备长时间工作造成过热损坏，从而提高超声加工设备的稳定性和可靠性，提高加工效率和加工精度。特别适用大功率、连续工作的超声加工设备冷却。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-换能器，2-变幅杆，3-喇叭，4-冷却套，41-上壳体，42-下壳体，5-冷却室进口，6-除气装置，7-除杂装置，8-供给管道，9-冷却液储槽，10-冷却室出口，11-排出管，12-单向泵，13-冷却液收集槽，14-O型密封圈，15-硅胶吸振层，16-阀门。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，一种超声加工设备冷却装置，所述超声加工设备包括依次连接的超声波发生器、超声换能器1、变幅杆2和喇叭3，该冷却装置包括包围在所述超声换能器1、所述变幅杆2和所述喇叭3外面的冷却套4，所述冷却套4的上端与所述超声换能器1的压电陶瓷片后盖板密封固定连接，所述冷却套4的下端与所述喇叭3柔性密封连接；在所述冷却套4与所述超声换能器1、所述变幅杆2和所述喇叭3之间形成有流体冷却室；在所述冷却套4的下部设有流体冷却室进口5，所述流体冷却室进口5通过供给管8与冷却液储槽9相连，在所述冷却套4的上部设有流体冷却室出口10，所述流体冷却室出口10通过排出管11与冷却液收集槽13相连，所述流体冷却室进口5的过流面积大于所述流体冷却室出口10的过流面积，在所述排出管11上安装有单向泵12。
在本实施例中，在所述供给管8上安装有除气装置6和除杂装置7，所述除杂装置7位于所述除气装置6的上游。在所述供给管8上还安装有阀门16，所述阀门16位于所述除杂装置7的上游。在本实施例中，所述冷却套4是由通过螺纹连接的上壳体41和下壳体42组成的，所述上壳体41与所述超声换能器1的压电陶瓷片后盖板通过螺栓密封固定连接，所述下壳体42与所述喇叭3通过O型密封圈14柔性密封连接。能够避免下壳体与喇叭直接接触所导致的增大喇叭附加质量问题。在所述变幅杆2和所述喇叭3的外侧表面上涂布有0.5mm～2mm厚的硅胶吸振层15，防止冷却液由于高频振动产生气穴。
本发明的工作原理：
本发明需要采用绝缘难气化的油作为冷却液。装置启动后，冷却液在单向泵提供的外动力作用下，从冷却液储槽依次流经阀门、除杂装置、除气装置和流体冷却室进口，进入流体冷却室，对超声加工设备进行冷却散热；然后从流体冷却室出口流出流体冷却室，进入冷却液收集槽，完成冷却的全过程。
本发明的组装和启动步骤如下：
1)完成上壳体与换能器的压电陶瓷片后盖板固连安装，然后将下壳体拧在上壳体的螺纹上，并预先注入冷却液检查流体冷却室的密封性能；
2)采用排出管将冷却套与冷却液收集槽连通，采用供给管将冷却套与冷却液储槽连通；
3)依次开启阀门和单向泵，使流体冷却室中充满冷却液。
4)然后开启超声加工设备进行工件加工。
本发明与现有的超声换能器冷却装置相比，在以下几个方面做了相应的改进：
1)本发明不仅能够对超声换能器进行冷却，还能够对变幅杆和喇叭进行冷却，并且通过流动的冷却液能够使热量及时散出，冷却效果非常好；适用于大功率、连续工作的超声加工设备冷却。
2)使流体冷却室进口的过流面积大于流体冷却室出口的过流面积，冷却液出入口孔径不一样，入口孔径大于出口孔径，以此提高流体冷却室内流动冷却液的压力，防止冷却液在高频振动下产生气穴，降低冷却液产生气穴的风险。
3)在变幅杆和喇叭上涂布硅胶吸振层，在高频机械振动条件下，起到有效抑制冷却液产生气穴的效果。
4)冷却套与喇叭采用柔性密封连接，降低了喇叭的附加质量，从而减小超声振动谐振频率的变化，提高了超声加工效率。
5)在供给管上设置除杂、除气装置，使冷却液在进入流体冷却室前经过除杂和除气处理，保证冷却装置的安全性和可靠性。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种超声加工设备冷却装置，所述超声加工设备包括依次连接的超声波发生器、超声换能器、变幅杆和喇叭，其特征在于，该冷却装置包括包围在所述超声换能器、所述变幅杆和所述喇叭外面的冷却套，所述冷却套的上端与所述超声换能器的压电陶瓷片后盖板密封固定连接，所述冷却套的下端与所述喇叭柔性密封连接；在所述冷却套与所述超声换能器、所述变幅杆和所述喇叭之间形成有流体冷却室；
在所述冷却套的下部设有流体冷却室进口，所述流体冷却室进口通过供给管与冷却液储槽相连，在所述冷却套的上部设有流体冷却室出口，所述流体冷却室出口通过排出管与冷却液收集槽相连，所述流体冷却室进口的过流面积大于所述流体冷却室出口的过流面积，在所述排出管上安装有单向泵。
2.根据权利要求1所述的超声加工设备冷却装置，其特征在于，在所述供给管上安装有除气装置和除杂装置，所述除杂装置位于所述除气装置的上游。
3.根据权利要求2所述的超声加工设备冷却装置，其特征在于，在所述供给管上安装有阀门，所述阀门位于所述除杂装置的上游。
4.根据权利要求1所述的超声加工设备冷却装置，其特征在于，所述冷却套是由通过螺纹连接的上壳体和下壳体组成的，所述上壳体与所述超声换能器的压电陶瓷片后盖板通过螺栓密封固定连接，所述下壳体与所述喇叭通过O型密封圈柔性密封连接。
5.根据权利要求1所述的超声加工设备冷却装置，其特征在于，在所述变幅杆和所述喇叭的外侧表面上涂布有硅胶吸振层。
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