CN105666548B - 一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置及应用，该装置包括超声波发生器、超声波换能器、至少一级变幅杆和多管刀具，所述多管刀具与相连的变幅杆通过螺纹连接，所述多管刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、与连接头相连的管体安置板、所述管体安置板上设置内含空腔的多个管体和刃口，每个所述管体一端与管体安置板通过可拆卸方式连接，另一端延伸出所述刃口，所述每个管体上设置有纵扭复合振动转换结构。本发明提供的技术方案通过高频振动的方式在海绵上轻松打孔，并且通过管体安置板的设计实现了同时多孔成型作业，可拆卸的连接方式，更换管体即可大大拓展使用范围，生产效率可以明显提高，装置结构简单。

Description

一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置及应用
技术领域
本发明属于海绵加工技术，具体涉及一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置，主要用于打印复印机中转印辊上弹性体层的加工。
背景技术
在生活品或工业品中，有许多情况需要在弹性材料（比如人造海绵、发泡橡胶等）上进行切屑加工，但上述材料在轻微压力或扭力下易于变形并且倾向于通过压缩或变形抵抗向下的切削或钻取动作。
打印机或复印机的转印辊一般包括金属芯轴和套设在金属芯轴之外的弹性体层，所述弹性体层通常是上述弹性材料，为了设置内部芯轴，需要在弹性材料上开通孔。转印辊属于打印机或复印机的核心部件，对于尺寸精度和外形的平整度要求都非常高。
与弹性材料的普通切屑加工相比，难度更加高，通常可以考虑如下两种方式：其一采用刀具钻孔加工，比如中国专利CN201856270U中公开了上述技术方案，但在旋转刀具作用下，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。其二利用发泡海绵本身遇热容易融化的特性，采用电热丝或激光打孔，但热切割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。
可见，希望通过上述两种打孔方式都不甚理想，无法满足转印辊上弹性体层的要求，并且因为受力变形的问题更不可能同时进行多个产品的同时加工，也就是一次打多个孔，如果希望同时打多孔，则必须要将海绵坯体进行压缩，克服同时多向受力，形变不可控的问题，但压缩过程中无法保证各向同性，这样待打孔后回弹必然会造成孔壁的缺陷，更为常见的是轴心的偏斜，造成不合格率进一步上升。
发明内容
本发明提供了一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置，用以解决目前的在海绵类弹性体上打孔控制困难、效率低、有污染，进一步更无法同时多孔加工的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置，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多管刀具，所述多管刀具与相连的变幅杆通过螺纹连接，所述多管刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、与连接头相连的管体安置板、所述管体安置板上设置内含空腔的多个管体和刃口，所述每个管体一端与管体安置板通过可拆卸方式连接，另一端延伸出所述刃口。
进一步的，所述管体安置板与连接头一体成型。轴心稳定，不会造成局部集中受力缩短使用寿命。
进一步的，所述管体安置板上设有多个内螺纹孔，所述管体与管体安置板相连的一端设有与所述内螺纹孔相匹配的外螺纹头。螺纹连接，便于更换管体，根据打孔数量、大小和位置，仅需调整各个管体即可。
进一步的，所述内螺纹孔与外螺纹头之间通过圆弧过渡，所述圆弧半径为1mm-20mm。圆弧过渡，振动传动更高效。
进一步的，所述管体安置板上内螺纹孔以矩阵形式排列，行宽与列宽相等。相邻内螺纹孔之间的距离相等，则管体尺寸的微调则无需更换管体安置板。
进一步的，所述连接头内设有通道，所述管体安置板内设有分气道，所述通道一头与外接空气压缩机相通，另一头与所述分气道的总头相连，所述分气道的各分头与管体内空腔相通。
进一步的，所述管体安置板还包括内螺纹孔的封盖，所述封盖用于未连接管体的内螺纹孔的封闭。
进一步的，所述每个管体上设置有纵扭复合振动转换结构，所述纵扭复合振动转换结构为螺旋斜槽结构、螺旋斜孔结构、沿螺旋线路径阵列孔结构或螺旋凸起结构，纵扭复合振动转换结构为螺旋斜槽结构时，螺旋斜槽中心线的螺旋升角在3-87度之间；纵扭复合振动转换结构为螺旋斜孔结构时，螺旋斜孔中心线的螺旋升角在3-87度之间；纵扭复合振动转换结构为沿螺旋线路径阵列孔结构时，螺旋线路径的螺旋升角在3-87度之间；纵扭复合振动转换结构为螺旋凸起结构时，螺旋凸起结构的螺旋角在3-87度之间；
进一步的，所述管体的材料为TC4钛合金或316L不锈钢，所述刃口的材料为TC4钛合金或316L不锈钢或高速钢或硬质合金。
进一步的，所述管体的管壁厚度为0.5-3mm。
进一步的，所述刃口整体为倒圆台型，斜度为1:5-1:100。
进一步的，所述刃口的末端具有圆周均匀分布的月牙形缺口，每个月牙形缺口均具有锋利边沿，在相邻的两个月牙形缺口中间具有一个锋利尖角。
进一步的，所述超声波换能器产生轴向振动，振动频率为10-120kHz。
本发明还提供了上述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置的一个用途，用于转印辊的弹性体层的成型加工，包括如下步骤：1）提取条形坯体；2）在所述条形坯体上打孔，获得空心条形坯体；和3）空心条形坯体打磨成型；其中步骤1）和/或步骤2）通过所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置完成，并且所述步骤1）和步骤2）前后顺序可换。也就是说所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置可以成型所述弹性体层的外轮廓和内轮廓，步骤1）中所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置可从空腔内提取出圆柱条形坯体，步骤2）中所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置可在条形坯体上开孔。
本发明提供的技术方案通过高频振动的方式在海绵上轻松打孔，打孔过程稳定，孔径尺寸精度高，孔壁表面平整无损伤，产品合格率大幅提升，并且通过管体安置板的设计实现了同时多孔成型作业，可拆卸的连接方式，更换管体即可大大拓展使用范围，生产效率可以明显提高，装置结构简单，控制方便，损耗低，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置一具体实施方式的结构示意图；
图2是实施例1中所述多管刀具的结构示意图；
图3是图2的仰视图；
图4是实施例1中所述管体的剖视图；
图5是实施例1中所述管体安置板的结构示意图；
图6是实施例2中所述管体的剖视图；
图7是实施例2中所述多管刀具的结构示意图；
图8是所述管体中纵扭复合振动转换结构的螺旋斜槽结构局部视图；
图9是所述管体中纵扭复合振动转换结构的螺旋斜孔结构结构局部视图；
图10是所述管体中纵扭复合振动转换结构的沿螺旋线路径阵列孔结构局部视图；
图11是所述管体中纵扭复合振动转换结构的螺旋凸起结构局部视图；
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-多管刀具、16-保护外壳；
151-连接头、152-管体安置板、153-空腔、156-管体、155-刃口；
1511-通道、1521-分气道、1522-内螺纹孔、1523-封盖、1533-外螺纹头；
154-纵扭复合振动转换结构、157-圆弧过渡结构、158-月牙形缺口、159-锋利尖角；
1541-螺旋斜槽结构、1542-螺旋斜孔结构、1543-沿螺旋线路径阵列孔结构、1544-螺旋凸起结构。
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所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔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，本发明所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔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通过螺纹连接的多管刀具15和设置在所示超声波换能器13外的保护外壳16。所述超声波换能器13产生轴向振动，振动频率为18.5kHz。
实施例1
如图2所示，所述多管刀具15包括与所述变幅杆14相接的连接头151、与连接头151相连的管体安置板152、所述管体安置板152上设置内含空腔153的多个管体156、所述管体156一端延伸出的刃口155。
如图4所示，所述每个管体156上设置的纵扭复合振动转换结构154为螺旋斜孔结构，螺旋斜孔中心线的螺旋升角为45度；该纵扭复合振动转换结构154将超声换能器产生的一部分纵向振动转换为圆周方向的扭转振动，驱动管体156前端的刃口159进行纵扭复合高频振动，纵向振动幅值为76微米，扭转振动幅值为20微米；
如图5所示，所述管体安置板152与连接头151一体成型，所述连接头151内设有通道1511，所述管体安置板152内设有分气道1521，所述通道1511一头与外接空气压缩机（图中未示）相通，另一头与所述分气道1521的总头相连，如图2所示，所述分气道1521的各分头与管体156内空腔153相通。
继续参见图2和5，所述管体156与管体安置板152通过螺纹连接，所述管体安置板152上设有多个内螺纹孔1522，所述管体156设有与所述内螺纹孔1522相匹配的外螺纹头。所述管体安置板152与管体156之间通过圆弧过渡，所述圆弧半径为15mm。
所述管体156的管壁为1mm，所述管体的材料为TC4钛合金，所述刃口的材料为高速钢。
继续参见图2和图5，所述管体156与连接头151连接处通过点焊形成圆弧过渡结构157，圆弧半径为1mm-20mm，所述刃口159为整体为倒圆台型，斜度为1:10。
如图4所示，刃口159末端的具有圆周均匀分布的8个月牙形缺口158，每个月牙形缺口158均具有锋利边沿，月牙形缺口158的圆弧半径为2mm，在相邻的两个月牙形缺口158中间具有一个锋利尖角159。
如图3所示，所述管体安置板152上内螺纹孔1522以矩阵形式排列，行宽与列宽相等。
转印辊的弹性体层的成型加工，所述弹性体层长度340mm，内径5mm，外径12mm，包括如下步骤：1）首先在长方体海绵上提取多个圆柱型条形坯体，所述长方体海绵坯体的尺寸为厚度340mm，长度1000mm，宽度600mm，选用管体156长度为350mm，外径为15mm，内径13mm，在所述长方体海绵上打孔，然后将空腔156内部分集中收集，获得多个圆柱型条形坯体；2）固定圆柱条形坯体，然后在其上加工通孔，选用管体156长度为350mm，外径为8mm，内径6mm；3）最后采用专用设备进行外轮廓的精细打磨，获得最终产品。
实施例2
与实施例1的区别在于，所述管体安置板152还包括内螺纹孔1522的封盖1523。用于未连接管体156的内螺纹孔1522的封闭。
比如，当预加工圆柱形空心条形坯体内外孔径较大时，如图7所示，管体156的外螺纹头1533与内螺纹孔1522相匹配，空腔153配合预加工孔的尺寸，
由于管体外径变大，无法在所述管体安置板152上依次设置管体156，为未使用的内螺纹孔1522通过封盖1523封闭。
采用实施例1中所述的加工过程，即可实现多个圆柱形空心条形坯体20的加工。

Claims (5)

1.一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置，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多管刀具，所述多管刀具与相连的变幅杆通过螺纹连接，所述多管刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、与连接头相连的管体安置板、所述管体安置板上设置内含空腔的多个管体和刃口，所述每个管体一端与管体安置板通过可拆卸方式连接，另一端延伸出所述刃口；所述刃口整体为倒圆台型，斜度为1:5-1:100；所述刃口的末端具有圆周均匀分布的月牙形缺口，每个月牙形缺口均具有锋利边沿，在相邻的两个月牙形缺口中间具有一个锋利尖角；所述的每个管体上设置有纵扭复合振动转换结构；所述每个管体上设置的纵扭复合振动转换结构为螺旋斜槽结构、螺旋斜孔结构或沿螺旋线路径阵列孔结构；所述超声波换能器产生轴向振动，振动频率为10-120kHz。
2.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置，其特征在于，所述管体安置板上设有多个内螺纹孔，所述管体与管体安置板相连的一端设有与所述内螺纹孔相匹配的外螺纹头。
3.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置，其特征在于，所述管体安置板上内螺纹孔以矩阵形式排列，行宽与列宽相等。
4.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置，其特征在于，所述管体安置板还包括内螺纹孔的封盖，所述封盖用于未连接管体的内螺纹孔的封闭。
5.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置，其特征在于，所述连接头内设有通道，所述管体安置板内设有分气道，所述通道一头与外接空气压缩机相通，另一头与所述分气道的总头相连，所述分气道的各分头与管体内空腔相通。
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