[发明专利]一种用于金属微丝拉拔的扭波超声振子

说明书

本发明公开了一种用于金属微丝拉拔的扭波超声振子，包括外壳体，设置在外壳体内部的压电陶瓷和导电铜垫、以及连接在外内体内的拉丝模具；所述压电陶瓷包括顶部压电陶瓷和底部压电陶瓷，所述顶部压电陶瓷和底部压电陶瓷均圆周方向极化，且所述顶部压电陶瓷和底部压电陶瓷的极化极性相反，并使压电陶瓷工作在扭转谐振模式；所述导电铜垫设置在顶部压电陶瓷和底部压电陶瓷之间。本发明通过压电陶瓷片将由超声波驱动器产生的交变电信号转换成超声波振动能，将超声波振动能传递到拉丝模具上，从而激励拉丝模具和金属丝的振动，进而获得超声波振动能对金属材料塑性成形的作用。

技术领域

本发明属于超声振动拉丝振子技术领域，具体涉及一种用于金属微丝拉拔的扭波超声振子。

背景技术

高碳钢丝主要是通过适当热处理或冷拔硬化处理，使其具有高的强度和硬度、高的弹性极限和疲劳极限(尤其是缺口疲劳极限)。

直径小于0.1mm的高碳钢微丝一般通过水箱拉丝机生产。但高碳钢微丝的冷塑性变形能力差。且由于丝材直径太细，目前直径小于0.055mm的高碳钢微丝的拉拔速度低于3m/s且断丝频繁，成品率不足百分之五十，直径小于0.045mm的高碳钢微丝成品率更是低于35％。此外，现有拉拔技术生产的高碳钢微丝破断力不足、径向尺寸不稳定、圈径小、表面存在裂纹，限制了高碳钢微丝的工业应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于金属微丝拉拔的扭波超声振子，用于超声振动拉丝，也就是在常规拉丝过程中叠加超声波振动能的加工方式。通过压电陶瓷片将由超声波驱动器产生的交变电信号转换成超声波振动能，将超声波振动能传递到拉丝模具上，从而激励拉丝模具和金属丝的振动，进而获得超声波振动能对金属材料塑性成形的作用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案具体为：

一种用于金属微丝拉拔的扭波超声振子，包括外壳体，还包括设置在外壳体内部的压电陶瓷和导电铜垫、以及连接在外内体内的拉丝模具；所述压电陶瓷包括顶部压电陶瓷和底部压电陶瓷，所述顶部压电陶瓷和底部压电陶瓷均圆周方向极化，且所述顶部压电陶瓷和底部压电陶瓷的极化极性相反，并使压电陶瓷工作在扭转谐振模式；所述导电铜垫设置在顶部压电陶瓷和底部压电陶瓷之间。

进一步地，还包括陶瓷保护垫，所述陶瓷保护垫设置在顶部压电陶瓷和拉丝模具之间。

进一步地，所述陶瓷保护垫顶面与拉丝模具底面接触，所述陶瓷保护垫底面与顶部压电陶瓷顶面接触。

进一步地，所述导电铜垫外侧套箍有耐高压绝缘套，并在导电铜垫一侧设置有螺纹孔，并在所述耐高压绝缘套一侧设置有与所述螺纹孔适配的过孔。

进一步地，所述外壳体一侧设置有电极孔，电极孔穿过耐高压绝缘套并连接到导电铜垫。

进一步地，所述外壳体为中空的沉孔结构，并在沉孔结构端口设置有连接内螺纹，所述压电陶瓷、导电铜垫和陶瓷保护垫依次安装在沉孔结构内。

进一步地，所述拉丝模具端口设置有外螺纹，并通过拉丝模具连接到所述外壳体内预紧设置在外壳体内的各零件。

进一步地，所述压电陶瓷采用幅值相等的高频交流电压信号激励，并使超声波振子至少拥有三个不同的工作模式，分别包括：

当拉拔力不大于10N时，扭波超声振子的激励频率等于振子的串联谐振频率，驱动电压有效值不高于100V，扭波超声振子工作在低压驱动模式；

当拉拔力不小于25N时，扭波超声振子的激励频率等于振子的并联谐振频率，驱动电压有效值不低于500V，扭波超声振子工作在功率自举模式；

当拉拔力大于10N且小于25N时，扭波超声振子的激励频率等于振子的并联谐振频率与串联谐振频率的平均值，扭波超声振子工作在混合模式。