專利名稱：一種非金屬材料多絲線切割用的旋轉超聲換能器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及用于非金屬材料切割加工裝置，尤其是涉及一種非金屬材料多絲線切割用的旋轉超聲換能器。
背景技術：
一直以來，對于非金屬的切割大多都是用外圓切或者是內圓切。切割出來的產品經常出現切割面粗糙、崩邊、及有殘余應力等問題，尤其是對貴重材料切割時，由于刀口過寬會導致材料損耗大。隨著光伏產業的興起，大量進口國外的多片線切割機，價格不菲，每臺機器800多萬元，一般企業配置都在20-40臺左右。原理是在保證機械精度的前提下，利用鋼絲做直線移動帶動磨料對工件進行切割。由于要求精度比較高，切割效率不高，所用耗材鋼絲及磨料都是一次性使用。再者是做集成電路、尤其是紅外半導體材料的切割，據了解每公斤材料的價格都是上萬，目前還是用外圓切或者是內圓切在下料，陶瓷、玻璃行業也是如此。雖然有人把超聲振動用在了一些金剛石線鋸上，但它是直接將超聲波變幅桿壓在金剛石鋼絲上進行縱向聲能的傳遞。這種方法的缺點是金剛石鋼絲不但對工件進行切割， 同時也對變幅桿進行切割，鋼絲很容易斷，而且此種方案只能一根變幅桿對應一條金剛石鋼絲，多條鋼絲同時切割則需要對應數量的變幅桿驅動，造成了很大的資源浪費，難以提升切割效率。
發明內容針對背景技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種非金屬材料多絲線切割用的旋轉超聲換能器，該換能器能將軸向振動轉換為徑向振動，換能器的導向輪表面上有多條線槽，能同時搭載多條鋼絲同步地產生超聲振動，利用超聲加工技術對材料進行同步切割。本實用新型采用的技術方案是本實用新型包括壓電陶瓷組、變幅桿、硬鋁塊和導向輪；導向輪中心開有兩端直徑大而中間直徑小的階梯孔，變幅桿一端穿過導向輪中心小孔后，用鎖緊螺母固定在導向輪中心一端小孔端面上，變幅桿另一端的大錐端面頂在導向輪中心另一端小孔的端面上，變幅桿另一端的小錐端面上的旋轉軸連接支架孔內依次向外安裝有壓電陶瓷組和硬鋁塊后， 用螺栓固定連接，在導向輪外圓柱面沿軸向開有多條等距分布的環形槽。所述的環形槽條數，是根據被切割材料的加工要求而設定。本實用新型具有的有益效果是本實用新型很方便的將變幅桿的軸向振動轉換為導向輪的徑向振動，通過一個換能器可以同時驅動多條切割用鋼絲振動，從而很方便地使鋼絲繩在切割材料過程中產生縱向振動，極大地提高了切割精度和效率，適合于紅外半導體、陶瓷，玻璃等硬脆性非金屬材料。
圖1是本實用新型的結構原理示意圖。圖2是本實用新型的變幅桿結構示意圖。圖3是本實用新型的導向輪結構示意圖。圖4是本實用新型使用狀態俯視示意圖。圖5是圖4的主視圖。圖中1.切割用的鋼絲，2.螺栓，3.硬鋁塊，4.壓電陶瓷組，5.旋轉軸連接支架， 6.變幅桿，7.鎖緊螺母，8.導向輪，9.被動輪。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型包括壓電陶瓷組4、變幅桿6、硬鋁塊3和導向輪8 ；導向輪8中心開有兩端直徑大而中間直徑小的階梯孔，變幅桿6 —端穿過導向輪8中心小孔后，用鎖緊螺母7固定在導向輪8中心一端小孔端面上，變幅桿6另一端的大錐端面頂在導向輪8中心另一端小孔的端面上，變幅桿6另一端的小錐端面上的旋轉軸連接支架 5孔內依次向外安裝有壓電陶瓷組4和硬鋁塊3后，用螺栓2固定連接，旋轉軸連接支架5 通過傳動軸與電機連接；在導向輪8外圓柱面沿軸向開有多條等距分布的環形槽。所述的環形槽條數，是根據被切割材料的加工要求而設定。如圖4和圖5所示，使用時，被動輪9外圓柱面沿軸也開有與導向輪8相等條數等距分布的環形槽，每條環形槽中分別安裝切割用的鋼絲1，導向輪8轉動后經多條鋼絲1帶動被動輪9轉動。交變電信號通過壓電陶瓷組4后，使得壓電陶瓷組4產生機械振動，機械振動作用在變幅桿6上，使變幅桿6產生軸向振動，變幅桿6中將沿軸向產生縱波，質點振動位移方向平行于軸向，根據彈性形變的泊松效應，軸向的變形會引起橫向的形變，因此質點產生軸向位移的同時也產生垂直于軸向的位移。變幅桿6與導向輪8級聯后使導向輪8產生徑向振動。導向輪8可通過旋轉軸連接支架5與電機旋轉軸實現連接，帶動導向輪8旋轉。結合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，進一步說明本實用新型的技術方案和工作過程。多絲線切割用旋轉超聲換能器，包括硬鋁塊3、壓電陶瓷組4、變幅桿6和導向輪 8。壓電陶瓷組4被硬鋁塊3和變幅桿6夾緊后通過螺栓2固定，變幅桿6軸向帶有內螺紋孔，用于固定螺栓2，將變幅桿6沿軸向穿過導向輪8，導向輪8中間開有圓孔，再通過鎖緊螺母7將變幅桿6固定在導向輪8上，變幅桿6的端部帶有外螺紋，用于鎖緊螺母7的固定，旋轉軸連接支架5與變幅桿6為一個整體。以上連接形式都屬于機械連接，由機械連接產生的固定強度是足夠的，從而不會在使用過程由于外部振動而造成的位移或脫落。通過集流環在壓電陶瓷組4上加載激勵交流電壓，使壓電陶瓷組4產生機械振動，從而驅動變幅桿6產生縱向振動，變幅桿6的振動傳遞到與之連接的導向輪8，使得導向輪產生徑向振動。根據加工工藝需求的不同，可以通過對變幅桿6尺寸的設定來改變導向輪8的徑向振幅，由于本實用新型所采用的變幅桿6為非規則的，采用傳統的解析方法設計較困難，因此可采用有限元法進行分析計算。 對于多絲線切割用旋轉超聲換能器，本實用新型的工作過程是，通過集流環在所述多絲線切割用旋轉超聲換能器上加載交變電壓，使得所述線切割用旋轉超聲換能器上的導向輪8產生徑向振動，切割用的鋼絲1通過導向輪8和被動輪9張緊，同時旋轉軸連接支架5通過傳動軸和聯軸器與電機旋轉軸連接，驅動導向輪8產生旋轉，從而帶動導線輪表面線槽上的切割用的鋼絲1產生直線移動的同時還具有縱向超聲振動，將待切割工件平置于加工平臺上并利用壓緊機構固定住，加工平臺的長度小于導向輪8與被動輪9的軸間距，力口工平臺在外力驅動下可沿著垂直于鋼絲1所在的平面上下移動，在待切割的工件表面敷上磨料，切割用的鋼絲1帶動磨料對工件進行切割，加工平臺攜帶工件沿著垂直于鋼絲1所在的平面方向進給，直至切割工作完成，由于超聲加工的高頻錘擊作用，可有效地消除切割面粗糙、崩邊、及有殘余應力等，可實現多絲的切割加工，可一次可切割600片0. 2mm多晶硅片，不但能提高加工效率以及減少動力的消耗，還從根本上改變現有技術存在的問題。
權利要求1. 一種非金屬材料多絲線切割用的旋轉超聲換能器，其特征在于包括壓電陶瓷組 G)、變幅桿(6)、硬鋁塊(3)和導向輪⑶；導向輪(8)中心開有兩端直徑大而中間直徑小的階梯孔，變幅桿(6) —端穿過導向輪(8)中心小孔后，用鎖緊螺母(7)固定在導向輪(8) 中心一端小孔端面上，變幅桿(6)另一端的大錐端面頂在導向輪(8)中心另一端小孔的端面上，變幅桿(6)另一端的小錐端面上的旋轉軸連接支架( 孔內依次向外安裝有壓電陶瓷組(4)和硬鋁塊C3)后，用螺栓O)固定連接，在導向輪(8)外圓柱面沿軸向開有多條等距分布的環形槽。
專利摘要本實用新型公開了一種非金屬材料多絲線切割用的旋轉超聲換能器。包括壓電陶瓷組、變幅桿、硬鋁塊和導向輪；導向輪中心開有兩端直徑大而中間直徑小的階梯孔，變幅桿一端穿過導向輪中心小孔后，用鎖緊螺母固定在導向輪中心一端小孔端面上，變幅桿另一端的大錐端面頂在導向輪中心另一端小孔的端面上，變幅桿另一端的小錐端面上的旋轉軸連接支架孔內依次向外安裝有壓電陶瓷組和硬鋁塊后，用螺栓固定連接，在導向輪外圓柱面沿軸向開有多條等距分布的環形槽。本實用新型將變幅桿的軸向振動轉換為導向輪的徑向振動，從而很方便地使鋼絲繩在切割材料過程中產生縱向振動，極大地提高了切割精度和效率，適合于紅外半導體、陶瓷，玻璃等硬脆性非金屬材料。
文檔編號B28D7/00GK202225313SQ20112027760
公開日2012年5月23日 申請日期2011年8月2日 優先權日2011年8月2日
發明者周紅明, 楊克己, 陶醉 申請人:浙江大學