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带有成形工具头的超声抛光变幅杆研究

李艺;考海涛;赵明;陶柏霖

【摘要】Themoldcavitypolishingisthebottleneckofthemoldfinishing.

Inordertosolvethelowefficiencyandprocessingqualitynoteasytobe

guaranteedbythehand-heldultrasonicpolishingmachine,theautomatic

ultrasonicpolishingequipmentshouldbeused.Forthis,thispaper

researchesontheinfluenceofthedifferentshapetoolsontheultrasonic

hornandthelongitudinalvibrationfrequencychangeofdifferentshaped

toolcoupledwiththeentirehornbasedonhorndesigntheoryandfinite

elementanalysistechniques.Theresultsshowthatthelongitudinal

vibrationfrequencychangeofthehornwithsmallshapedtoolcanbe

ignored.%模具内腔抛光是模具加工的瓶颈,为了解决手持式超声抛光机低效率、

加工品质不容易保证的问题,拟采用可以更换不同成形工具头的自动超声抛光设备,

这就需要研究加上不同工具头后对超声变幅杆的影响.基于变幅杆设计理论和有限

元分析技术,深入研究了加上成形工具头后整个变幅杆的纵振频率的变化情况,研究

结果表明小型成形工具头对于整个变幅杆的纵振频率的影响可以忽略不计.

【期刊名称】《机械制造与自动化》

【年(卷),期】2013(042)002

【总页数】4页(P50-53)

【关键词】超声自动抛光;超声变幅杆;成形工具头;有限元分析

【作者】李艺;考海涛;赵明;陶柏霖

【作者单位】苏州大学机电工程学院,江苏苏州215021

【正文语种】中文

【中图分类】TG663

0引言

抛光作为模具型腔加工的一道重要工序，目前其加工时间占整个模具制造时间的

30%～50%，其成本占全部制造成本的5%～30%［1］，模具型腔的抛光，尤

其是模具的复杂型腔、窄槽、狭缝和盲孔的内表面抛光显然已经成为模具制造过程

中的瓶颈。现阶段的模具生产厂家在用电火花加工出形状复杂的模具型腔和不规则

的凹槽后，基本上都需要雇佣大量工人采用手工抛光的方式来降低模具的表面粗糙

度。

手工抛光时工人手持市场上可以买到的小型超声模具抛光机，抛光机的变幅杆后面

连接有各式各样的直径很小的工具头，抛光面积只有30cm2左右的凹槽大约要花

费人工3h，可见手工抛光模具的效率很低。不仅如此，由于抛光过程受到工人技

术水平的影响很大，没经验的抛光工人往往还会在表面上弄出“桔皮”状纹路和凹

痕来［1］。无法保证抛光品质的一致性，这种手工抛光根本无法实现低成本高效

率连续加工，难以满足模具生产厂家的需求。因此，现在模具行业亟需不依赖于加

工者技术水平并且加工效率较高的新型抛光设备。

如果模具的复杂型腔是通过和被加工型腔相配对的成形工具电极来进行加工，那么

可以考虑在电火花加工出模具型腔后，继续利用成形电极将其安装在超声变幅杆的

末端作为下一步抛光的工具头，这样可以一次性连续高效的对模具型腔进行抛光加

工。

1超声自动抛光基本原理

本文致力于研究一种超声自动抛光设备来解决现在模具内腔的抛光瓶颈问题，其主

要组成部分有超声波发生器、换能器、变幅杆、工具头、悬浮液等。超声抛光的基

本原理是利用超声波发生器产生超声振动，通过换能器将振动能量传递给变幅杆，

变幅杆将换能器的振幅放大后传递给磨料悬浮液中的磨粒，磨粒对工件表面撞击和

划擦［2］，从而使工件表面的粗糙度降低而达到精加工工件表面的目的（图1）。

图1超声自动抛光原理

如果模具的复杂型腔是通过和被加工型腔相配对的成形工具电极来加工出来的，那

么可以考虑在电火花加工出模具型腔后继续利用成形电极或者更换新的相同形状的

成形电极作为下一步超声抛光的工具头，这样不仅可以降低模具型腔抛