CN107139228A - 一种超声波切割刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波切割刀具，包括换能器、变幅杆、转接机构以及刀片，其中，换能器与变幅杆连接，转接机构的顶部与变幅杆连接，转接机构的底部与刀片连接，刀片与转接机构在同一频率产生振型一致的共振，使得刀片产生良好振动，振幅均匀，刀片上不存在明显节面，不会产生局部粘刀现象。且刀片呈片状结构，刀刃较长，切深较深，使得加工范围较广，且避免了切面两端切角不同和切刀上端与材料之间的干涉。本发明中转接机构可由铝合金制造，降低成本，片状刀片可由不锈钢或合金钢制造，硬度远大于钛合金，可以切割较硬的材质，大大提高了超声波切割刀具的使用范围。

Description

一种超声波切割刀具

技术领域

本发明涉及切割装置领域，具体地，涉及一种超声波切割刀具。

背景技术

粘性材料如橡胶、固态化学产品、印刷线路板等在切割时容易产生粘刀现象，弹性材料如冻肉、糖果、巧克力、水果、蛋糕等在切割时容易产生变形，压坏材料表面。超声波切割刀具通过超声波的能量，将被切割材料的局部加热熔化，达到切割目的，超声波切割不需要锋利的刃口，不需要很大的压力，就可以将材料轻松切割，不会造成被切割材料的崩边、破损和掉渣。同时，由于刀面在做超声波振动，摩擦阻力特别小，被切割材料不易粘在刀片上，可以解决上述粘刀问题。且在切割的同时刀刃对切割部位产生熔合作用，切割的同时将切割面被完美地封边，避免造成材料飞边等问题。

传统超声波切割刀具主要由换能器、变幅杆、刀片组成。图1是现有超声波切割刀具中的刀片结构示意图，如图1所示，为了使刀片振动均匀且在刀刃处保持较大振幅，刀片设计成上大下小的楔形结构。但是，这种楔形结构的刀片的刀刃不能过长，若刀刃过长则可能产生刀片两端刀尖振幅较大而刀刃中部振幅较小的现象，使刀片中部失去功能，因此现有超声波切割刀具中刀片的刀刃通常设计的较短，无法适应多种工况。

这种楔形结构的刀片工作时的振型为纵向伸缩，这种振型虽然能在刀刃处得到最大振幅，但刀片中间某处会存在一个明显的带状节面，越靠近节面处刀片的振幅越小，使得在切割粘性材料时，在刀片节面附近仍然存在粘刀现象。

如图2a所示，由于刀片楔角的存在，在切割橡胶等较软的材料时，切面两端很难保证相同的角度。如图2b所示，使用楔形刀片切割较厚且切角较小的材料时，当切到较深处时，楔形刀片上端会与材料产生干涉，而阻碍刀片继续切割。

为了使这种楔形结构刀片可以连续使用，必须采用如钛合金等声学特性较好的材料来制造。但钛合金属于典型难加工材料，要将钛合金加工出固定楔角是十分困难的，其加工成本及原料成本也较高。且从机械性能考虑，钛合金硬度不够，不适合切割较硬的材料，因此现有的传统超声波切割刀具刀片的加工范围较窄。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种超声波切割刀具，以转接机构和刀片连接的设计代替楔形刀片结构，以解决现有超声波切割刀具中刀刃较短，易出现切面两端切角不同，切深较小，加工范围窄且成本高等技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述超声波切割刀具，包括：

换能器、变幅杆，换能器与变幅杆连接；

转接机构，转接机构的顶部与变幅杆连接；以及

刀片，刀片与转接机构的底部连接，

其中，刀片与转接机构在同一频率产生振型一致的共振。

优选的，刀片是片状结构，在刀片上设置有竖直的多个通槽。

进一步地，优选的，在通槽靠近转接机构的一侧设置有倾斜的一个或多个椭圆槽。

优选的，转接机构的顶部表面上设置有用于安装变幅杆的第一螺纹孔。

作为另一优选，转接机构的顶部表面上设置有沉孔，在沉孔中设置有用于安装变幅杆的第一螺纹孔，且沉孔两侧设置有调整槽。

优选的，转接机构的端面一侧呈直线形状，另一侧从转接机构的顶部朝向底部变窄，转接机构的所述另一侧的下部沿长度方向设置有多个第二螺纹孔，刀片通过第二螺纹孔安装在转接机构上。

进一步地，优选的，所述转接机构的端面的所述另一侧，从转接机构的顶部先呈直线形状后通过过渡圆弧朝向底部变窄。

作为另一优选，转接机构的端面呈多边形，且关于变幅杆的轴线对称，转接机构的底部沿长度方向间隔设置有多个安装脚，所述多个安装脚上均设置有第二螺纹孔，所述多个安装脚内部均设置有固定槽，刀片通过第二螺纹孔安装在固定槽内。

优选的，转接机构中部沿长度方向设置有通孔。

优选的，转接机构由铝合金制造，刀片由不锈钢或合金钢制造。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明以转接机构和刀片连接代替楔形刀片结构，通过转接机构和刀片在同一频率下产生振型一致的共振，使刀片产生良好振动，振幅均匀，刀片上不存在明显节面，不会产生局部粘刀现象；且刀片呈片状结构，刀刃较长，切深较深，使得加工范围较广，且避免了切面两端切角不同和切刀上端与材料之间的干涉；本发明中转接机构可由铝合金制造，降低成本，片状刀片可由不锈钢或合金钢制造，硬度远大于钛合金，可以切割较硬的材质，大大提高了超声波切割刀具的使用范围。

附图说明

图1是现有超声波切割刀具中的刀片结构示意图；

图2a是现有超声波切割刀具楔形刀片切割的一个应用例的剖面示意图；

图2b是现有超声波切割刀具楔形刀片切割的另一个应用例的剖面示意图；

图3a是本发明所述超声波切割刀具的一个优选实施例的示意图；

图3b是本发明所述超声波切割刀具的另一个优选实施例的示意图；

图4a是图3a所示超声波切割刀具中转接机构示意图；

图4b是图3b所示超声波切割刀具中转接机构示意图；

图5a是图3a所示超声波切割刀具中刀片结构示意图；

图5b是图3b所示超声波切割刀具中刀片结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

下面结合图3a、图4a和图5a来详细说明本发明的一个优选实施例。

如图3a所示，本发明所述超声波切割刀具包括换能器100、变幅杆200、转接机构300和刀片400，其中，换能器100与变幅杆200连接，转接机构300的顶部与变幅杆200连接，转接机构300的底部与刀片400连接，刀片400和转接机构300在同一频率产生振型一致的共振，二者在该共振频率下的振型波动幅度一致。转接机构300在某一频率下的振型呈波浪形，且关于变幅杆200的轴线左右对称，此振型刚好与刀片400在这一频率下的振型所吻合，使得刀片400良好的振动，且振幅均匀，刀片400上不存在明显节面，且刀片400的切深较深，适用工况广泛。

图4a是图3a所示超声波切割刀具中转接机构示意图，如图4a所示，转接机构300可采用铝合金制造，降低了超声波切割刀具的制造成本，在转接机构300的顶部表面上设置有第一螺纹孔310，第一螺纹孔310用于安装变幅杆200，转接机构300与变幅杆200通过螺纹连接。转接机构300的端面不是对称结构，端面一侧呈直线形状，另一侧从转接机构300的顶部朝向底部变窄，优选地，另一侧从转接机构300的顶部先呈直线形状后通过过渡圆弧朝底部过渡变窄。在转接机构300的另一侧的底部沿长度方向设置有多个第二螺纹孔321，在刀片400上设置多个与第二螺纹孔321对应的安装孔410(如图5a所示)，刀片400通过第二螺纹孔321安装在转接机构300上，可用螺钉直接将刀片400固定。

为了调整转接机构300和刀片400的共振频率和振型，优选地，在转接机构300的中部沿长度方向设置有通孔330，通孔330位于转接机构300的端面过渡圆弧的上方，通孔330的直径根据转接机构300和刀片400的共振频率而定。

刀片400可由不锈钢或合金钢板材加工制造，硬度远大于钛合金，大大提高了超声波切割刀具的使用范围。如图5a所示，刀片400优选为片状结构，避免切面两端切角不同的现象以及切深较深时产生的干涉现象。刀片400上设置有竖直的多个通槽420，通槽420用于调整刀片400的共振频率，通槽420的尺寸、间距和位置分布等根据转接机构300和刀片400的共振频率而定。刀片上通槽420的设计使得全刀面振动均匀，无明显节面，不产生局部粘刀现象。

通过优化转接机构300和刀片400的匹配，图3a中的超声波切割刀具的切深可达到现有超声波切割刀具的3倍。

下面结合图3b、图4b和图5b来详细说明本发明的另一个优选实施例。

如图3b所示，本发明所述超声波切割刀具包括换能器100、变幅杆200、转接机构300和刀片400，其中，换能器100与变幅杆200连接，转接机构300的顶部与变幅杆200连接，转接机构300的底部与刀片400连接，刀片400和转接机构300在同一频率产生振型一致的共振，刀片400振幅均匀，不存在明显节面，且刀片400的刀刃较长，适用工况广泛。

图4b是图3b所示超声波切割刀具中转接机构示意图，如图4b所示，转接机构300与图4a所示的转接机构300的不同之处在于，转接机构300的顶部表面上处设置有沉孔340，第一螺纹孔(未示出)设置在沉孔340内，且在沉孔340两侧设置有调整槽341，调整槽341用于调整转接机构300和刀片400的共振频率和振型。调整槽341的尺寸根据实际情况而定。

转接机构300的端面呈多边形结构形式，且关于变幅杆200的轴线对称，在转接机构300的底部沿长度方向间隔设置有多个安装脚320，在安装脚320上均设置有第二螺纹孔321，优选地，在转接机构300的底部中心处设置一个安装脚320，其余安装脚320以底部中心为中心对称均匀设置。优选地，在安装脚320的内部均设置有固定槽322，刀片400安装在固定槽322内。通过在刀片400上设置与安装脚320上的第二螺纹孔321相对应的安装孔410(如图5b所示)，将刀片400安装在固定槽322内，可用螺钉进行固定。

在转接机构300中部沿长度方向设置的通孔330，可位于安装脚320的正上方，且关于变幅杆200的轴线对称。

如图5b所示，刀片400与图5a中刀片400的不同之处在于，在通槽420与安装孔410之间设置有倾斜的一个或多个椭圆槽430，椭圆槽430与通槽420一起调整转接机构300和刀片400的共振频率，使刀片400与转接机构300在同一频率附近产生振型一致的共振，刀片上椭圆槽430与通槽420的共同作用使得全刀面振动均匀，无明显节面，不产生局部粘刀现象。其中，椭圆槽430的尺寸、倾斜角度以及设置间距等均由转接机构300和刀片400所需要的共振频率而定。

通过优化转接机构300和刀片400的匹配，图3b中的超声波切割刀具的刃长可达到现有超声波切割刀具的5倍。

在本发明中，虽然仅在第二实施例中示出了沉孔340和椭圆槽430，然而第一实施例也可以根据模态仿真结果，增设这两者。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波切割刀具，包括换能器和变幅杆，所述换能器与所述变幅杆连接，其特征在于，还包括：

转接机构，所述转接机构的顶部与所述变幅杆连接；以及

刀片，所述刀片与所述转接机构的底部连接，

其中，所述刀片与所述转接机构在同一频率产生振型一致的共振。

2.根据权利要求1所述的超声波切割刀具，其特征在于，所述刀片是片状结构，所述刀片上设置有竖直的多个通槽。

3.根据权利要求2所述的超声波切割刀具，其特征在于，所述通槽靠近所述转接机构的一侧设置有倾斜的一个或多个椭圆槽。

4.根据权利要求1所述的超声波切割刀具，其特征在于，所述转接机构的顶部表面上设置有用于安装所述变幅杆的第一螺纹孔。

5.根据权利要求1所述的超声波切割刀具，其特征在于，所述转接机构的顶部表面上设置有沉孔，在所述沉孔中设置有用于安装所述变幅杆的第一螺纹孔，且所述沉孔两侧设置有调整槽。

6.根据权利要求1所述的超声波切割刀具，其特征在于，所述转接机构的端面一侧呈直线形状，另一侧从所述转接机构的顶部朝向底部变窄，所述转接机构的所述另一侧的下部沿长度方向设置有多个第二螺纹孔，所述刀片通过所述第二螺纹孔安装在所述转接机构上。

7.根据权利要求6所述的超声波切割刀具，其特征在于，所述转接机构的端面的所述另一侧，从所述转接机构的顶部先呈直线形状后通过过渡圆弧朝向底部变窄。

8.根据权利要求1所述的超声波切割刀具，其特征在于，所述转接机构的端面呈多边形，且关于所述变幅杆的轴线对称，所述转接机构的底部沿长度方向间隔设置有多个安装脚，所述多个安装脚上均设置有第二螺纹孔，所述多个安装脚内部均设置有固定槽，所述刀片通过所述第二螺纹孔安装在所述固定槽内。

9.根据权利要求1所述的超声波切割刀具，其特征在于，所述转接机构中部沿长度方向设置有通孔。

10.根据权利要求1所述的超声波切割刀具，其特征在于，所述转接机构由铝合金制造，所述刀片由不锈钢或合金钢制造。