CN105666543B - 多孔弹性材料的非回转高频振动取条或打孔方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高频振动加工领域，具体涉及多孔弹性材料的非回转高频振动取条或打孔方法及装置。所述方法，为超声波发生器为超声波换能器提供电能后，所述超声波换能器产生振动，变幅杆将所述超声波换能器产生的振动幅值进行放大，进而使管状刀具产生非回转轴向振动，驱动所述管状刀具在多孔弹性材料胚体中推进，管状刀具内内容物与所述胚体分离，同时完成所述胚体上的打孔和所述内容物的提取。所述装置包括超声波发生器、与所述超声波发生器通过导线相连的超声波换能器、与所述超声波换能器相连的至少一级变幅杆和与所述变幅杆相连的管状刀具。本发明提供技术方案结构简单、制造容易、成本低、加工精度高、加工效率高，材料利用率大大提高。
Description
技术领域
本发明属于高频振动加工领域，具体涉及多孔弹性材料的非回转高频振动取条或打孔方法及装置。
背景技术
天然海绵、人造海绵、发泡塑料、发泡橡胶、泡沫等多孔弹性材料因其分子链长、韧性强、密度小、弹性好等优点，在生活和工业中具有较广泛的用途。但是天然海绵、人造海绵、发泡塑料、发泡橡胶、泡沫等多孔弹性材料弹性模量较小，在轻微压力下易于变形并且倾向于通过压缩抵抗向下的作用力。
在生活品或工业品中，有许多情况需要在多孔弹性材料上成型通孔结构，但由于材质的特性，使其成型非常困难，特别是孔的尺寸较小并且精度要求较高时，更是难上加难。
目前的方法主要有三种，一种是在模具中直接成型，毫无疑问，这种方法效率低，成本高，不具有普适意义；还可以采用电热丝在多孔弹性材料上开孔，但会对加工材料表面造成损伤，控制难度大，加工效率低，加工过程还会产生大量有害气体，污染环境；再有就是通过高速旋转刀具在多孔弹性材料上钻孔，但多孔弹性材料在旋转刀具作用下，会轴向受到水平和扭转的力，导致多方向形变，为了保证加工的孔圆度、尺寸和轴向水平度则必须通过人工操作随时调整受力来实现，即使这样也存在较高的次品率，所以加工成本高，效率低；为了能够实现自动化加工，减少形变带来的问题，尝试将多孔弹性材料先进行压缩，然后再钻孔，但多孔弹性材料各向异性，很难保证受力变形的一致性，因此压缩钻孔后的尺寸精度仍然保证不了。
发明内容
本发明提供了一种多孔弹性材料的非回转高频振动打孔或取条方法及装置，用以解决目前在多孔弹性材料上打孔困难的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述多孔弹性材料的非回转高频振动取条或打孔方法，包括如下步骤：超声波发生器为超声波换能器提供电能后，所述超声波换能器产生振动，变幅杆将所述超声波换能器产生的振动幅值进行放大，进而使管状刀具产生非回转轴向振动，驱动所述管状刀具在多孔弹性材料胚体中推进，管状刀具内内容物与所述胚体分离，同时完成所述胚体上的打孔和所述内容物的提取。
进一步的，所述非回转轴向振动的频率为10KHz至120KHz。
进一步的，所述多孔弹性材料的硬度小于30°时，所述非回转轴向振动的频率选自10KHz至18KHz，所述多孔弹性材料的硬度在30-50°时，所述非回转轴向振动的频率选自18KHz至40KHz，所述多孔弹性材料的硬度大于50°时，所述非回转轴向振动的频率选自60KHz至120KHz。
进一步的，所述非回转轴向振动的幅值为10-200μm，优选30-150μm。
进一步的，加工完成后，通过压力气体将所述内容物从管状刀具内排出。
进一步的，加工过程中，通过负压使所述内容物限制在所述管状刀具内。
进一步的，所述管状刀具在多孔弹性材料中非匀速行进。
进一步的，所述管状刀具在多孔弹性材料中行进过程包括提速、匀速和降速阶段，所述提速阶段的起始速率为0.1-3mm/s，所述降速阶段的结束速率为0.1-3mm/s。
进一步的，所述提速阶段行进距离为5-20mm，所述降速阶段行进距离为5-20mm。
本发明还提供了一种多孔弹性材料的非回转高频振动打孔或取条装置，包括超声波发生器、与所述超声波发生器通过导线相连的超声波换能器、与所述超声波换能器相连的至少一级变幅杆和与所述变幅杆相连的管状刀具。
进一步的，所述管状刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、底端设置在连接头上的至少一个含空腔的管体和设置在管体顶端的刃口。
进一步的，所述刃口边缘还设有至少一个定位针。因多孔弹性材料易于形变，在管状刀具刚接触时多向受力，易导致定位失败，前端设置了定位针，点受力插入材料中可以有效保障定位的准确性和稳定性。
进一步的，所述管体为单层或多层环套结构。单层管体仅成型内轮廓孔或取实心条，多层环套管体可同时进行外轮廓和内轮廓的成型，也就是可提取多层管状条。
进一步的，所述连接头与管体之间通过圆弧过渡，所述圆弧半径为1mm-20mm。过渡圆弧可避免应力集中，并且能高效的将振动顺利传递到刃口的前端。
进一步的，所述连接头内设有通道，所述通道一端与外接空气压缩机和/或抽真空机相通，另一端与所述管体的空腔相通。
所述多孔弹性材料的非回转高频振动打孔或取条装置安装在数控装置上，由数控装置进行精确控制加工位置、加工方式和加工速度，进行精密打孔。
本发明通过高频振动对多孔弹性材料进行打孔或取条加工，可以打孔或取条，或者同时完成打孔和取条功序，该技术方案结构简单、制造容易、成本低、加工精度高、加工效率高，材料利用率大大提高，对于打孔困难的多孔弹性材料，本技术方案克服了现有多孔弹性材料加工过程中存在的缺陷和障碍，加工过程中节能环保，安全无污染，成型规整，生产成本大大降低，具有较广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明所述多孔弹性材料的非回转高频振动打孔或取条装置一具体实施方式的结构示意图；
图2是实施例1中所述海绵胚体加工计划示意图；
图3是实施例1中所述管状刀具的剖视图；
图4是实施例2中所述橡胶胚体加工计划示意图；
图5是实施例2中所述管状刀具的剖视图；
图6是实施例2中所述定位针分布结构示意图；
图7是实施例3中所述管状刀具一具体实施方式剖视图；
图8是实施例3中所述管状刀具另一具体实施方式结构示意图；
图9是图7中所述管状刀具的仰视图；
图10是图8中所述管状刀具的仰视图。
图中所示：
11-超声波发生器、12-导线、13-超声波换能器、14-变幅杆、15-管状刀具、16-保护外壳；
20-海绵胚体、21-通孔、30-橡胶胚体、31-圆柱条
151-连接头、152-管体、153-刃口、154-定位针、155-圆弧、156-空腔、157-通道、158-双层环套管体、159-多管体安置板；
1531-内刃口、1532-外刃口、1541-第一定位针、1542-第二定位针、1581-内层管体、1582-外层管体。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的多孔弹性材料的非回转高频振动打孔或取条方法及装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，所述多孔弹性材料的非回转高频振动打孔或取条装置包括超声波发生器11、与所述超声波发生器11通过导线12相连的超声波换能器13、与所述超声波换能器13螺纹连接的变幅杆14、与所述变幅杆14螺纹连接的管状刀具15和设置在所示超声波换能器13外的保护外壳16。
其中所述管状刀具15可以为圆形管刀具、矩形管刀具、椭圆形管刀具或多边形管刀具，在胚体上打出圆形、矩形、椭圆形或多边形内孔；可以为多层环套结构，在胚体上提取出具有特定轮廓内孔的多种外轮廓柱体；可以是多组刀具的排列组合，一次在胚体上获得多个内孔或多个柱体，具体通过如下实施例举例说明。
实施例1
如图2所示，计划在硬度为45°的长方体海绵胚体20上加工一个通孔21，所述海绵胚体20的尺寸为厚度340mm，长度1000mm，宽度600mm，通孔21的直径为5mm。
如图3所示，所述管状刀具15包括与所述变幅杆14相接的圆柱形连接头151、底端与连接头151焊接的一个含空腔156的管体152、设置在管体152顶端的刃口153和设置在刃口153边缘的两个定位针154，所述两个定位针154与轴心共线，所述连接头151内设有通道157，所述通道157一端外接空气压缩机和抽真空机（未示），另一端与所述空腔156相通。所述连接头151与管体152之间通过圆弧155过渡，所述圆弧155半径为15mm，所述管体152为单层结构，横截面为圆形，也就是所述管状刀具15为单层圆形管刀具。
采用上述多孔弹性材料的非回转高频振动打孔或取条装置进行打孔加工的过程如下：
（1）将胚体20放置在管状刀具15的行进方向上固定；
（2）超声波发生器11为超声波换能器13提供高频电能后，超声波发生器11的输入电压为220v，输入电流为3A，超声波换能器13的振动频率为18.5KHz，振幅为4μm，变幅杆14将超声波换能器13产生的高频振动的振动幅值进行放大，放大后变幅杆14前端振幅为80μm，驱动管状刀具15以较大的振幅进行振动，管状刀具15最前端振幅为90μm；
（3）将管状刀具15移向并穿过胚体20，先后包括提速、匀速和降速阶段，所述提速阶段的起始速率为1mm/s，行进距离为10mm，约经过10秒匀速行进，降速行进10mm，结束速率为0.5mm/s，行进过程中，连接抽真空机，所述空腔156内的圆柱条被吸附在管状刀具15内，管状刀具15完全穿过胚体20后完成在胚体20上的打孔；
（4）连接空气压缩机，通入0.2-0.8Mpa的压力气体，圆柱形海绵条从管状刀具15前端被吹出。
实施例2
如图 4所示，计划在硬度为55°的橡胶胚体30上加工并取出圆柱条31，所述圆柱条31内含有通孔21，所述橡胶胚体30的厚度为340mm，长度1000mm，宽度600mm，所述圆柱条31的外径为12mm，内径（或通孔直径）为5mm。
如图5所示，所示管状刀具15包括与所述变幅杆14相接的圆柱形连接头151、底端设置在连接头151上的一个双层环套管体158、设置在所述双层环套管体158顶端的刃口153和设置在刃口153边缘的四个定位针154；所述连接头151内设有通道157，所述通道157一端外接空气压缩机（图中未示），另一端双层环套管体158内的空腔156相通。所述双层环套管体158包括内层管体1581和与内层管体1581共轴的外层管体1582，所述连接头151与所述内层管体1581之间通过圆弧155过渡，所述圆弧155半径为15mm；如图6所示，所述内层管体1581横截面为圆形，所述外层管体1582横截面为圆形，继续参见图5，所述内层管1581顶端设有内刃口1531，所述外层管体1582顶端设有外刃口1532，参见图6，所述内刃口1531的边缘设有一对与圆心共线的第一定位针1541，所述外刃口1532的边缘设有一对与圆心共线的第二定位针1542，且一对第一定位针1541与一对第二定位针1542呈十字交叉分布。
采用上述多孔弹性材料的非回转高频振动打孔或取条装置进行取条加工的过程如下：。
（1）将胚体30放置在管状刀具15的行进方向上固定；
（2）超声波发生器11为超声波换能器13提供高频电能后，超声波发生器11的输入电压为220v，输入电流为3A，超声波换能器13的振动频率为65KHz，振幅为4μm，变幅杆14将超声波换能器13产生的高频振动的振动幅值进行放大，放大后变幅杆14前端振幅为80μm，驱动管状刀具15以较大的振幅进行振动，管状刀具15最前端振幅为90μm；
（3）将管状刀具15移向并穿过胚体30，先后包括提速、匀速和降速阶段，所述提速阶段的起始速率为0.5mm/s，行进距离为8mm，约经过10秒匀速行进，降速行进5mm，结束速率为2mm/s，管状刀具15的内层管体1581内为圆柱体橡胶条，所述外层管体1582和内层管体1581之间为目标产品；
（4）空气压缩机通入0.2-0.8Mpa的压力气体，圆柱形橡胶条和产品从管状刀具15前端被吹出。
实施例3
与实施例1的区别在于，如图7和8所示，所述管状刀具15的连接头151底端设有多管体安置板159，如图9和10所示，所述多管体安置板159横截面为矩形或圆形，所述多管体安置板159上规律排列多个管体152，从而可以在胚体20上实现一次性打多孔或取多条产品的效果。
Claims (6)
1.一种多孔弹性材料的非回转高频振动取条或打孔方法，其特征在于，包括如下步骤：超声波发生器为超声波换能器提供电能后，所述超声波换能器产生振动，变幅杆将所述超声波换能器产生的振动幅值进行放大，进而使管状刀具产生非回转轴向振动，驱动所述管状刀具在多孔弹性材料胚体中推进，管状刀具内内容物与所述胚体分离，同时完成所述胚体上的打孔和所述内容物的提取。
2.根据权利要求1所述一种多孔弹性材料的非回转高频振动取条或打孔方法，其特征在于，所述非回转轴向振动的频率为10KHz至120KHz。
3.根据权利要求1所述一种多孔弹性材料的非回转高频振动取条或打孔方法，其特征在于，所述非回转轴向振动的幅值为10-200μm。
4.根据权利要求1所述一种多孔弹性材料的非回转高频振动取条或打孔方法，其特征在于，所述管状刀具在多孔弹性材料中非匀速行进。
5.一种多孔弹性材料的非回转高频振动打孔或取条装置，其特征在于，包括超声波发生器、与所述超声波发生器通过导线相连的超声波换能器、与所述超声波换能器相连的至少一级变幅杆和与所述变幅杆相连的管状刀具；所述管状刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、底端设置在连接头上的至少一个含空腔的管体和设置在管体顶端的刃口；所述刃口边缘还设有至少一个定位针；所述管体为单层或多层环套结构；所述管状刀具可以为圆形管刀具、椭圆形管刀具或多边形管刀具，在胚体上打出圆形、椭圆形或多边形内孔；可以为多层环套结构，在胚体上提取出具有特定轮廓内孔的多种外轮廓柱体；可以是多组刀具的排列组合，一次在胚体上获得多个内孔或多个柱体。
6.根据权利要求5所述一种多孔弹性材料的非回转高频振动打孔或取条装置，其特征在于，所述连接头与管体之间通过圆弧过渡，所述圆弧半径为1mm-20mm。
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