CN209851058U - 一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀 - Google Patents
一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀 Download PDFInfo
- Publication number
- CN209851058U CN209851058U CN201920486858.1U CN201920486858U CN209851058U CN 209851058 U CN209851058 U CN 209851058U CN 201920486858 U CN201920486858 U CN 201920486858U CN 209851058 U CN209851058 U CN 209851058U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- amplitude transformer
- ultrasonic vibration
- amplitude
- cutting edge
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Knives (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀，该具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀包括超声振动换能器、一级变幅杆、二级变幅杆、三级变幅杆、刀头、超声波电源和防护外壳。所述的超声振动换能器包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和一级变幅杆，后盖板和一级变幅杆通过螺栓将后盖板、压电陶瓷片、电极片和一级变幅杆联接压紧；二级变幅杆设置在一级变幅杆的前端，三级变幅杆设置在二级变幅杆的前端，刀头设置在三级变幅杆的前端，刀头中心轴线与三级变幅杆轴线成90度夹角，刀头边沿具有刃口，且刃口边沿具有尖头朝向刀头尖端的三角形锯齿结构。
Description
技术领域
本实用新型涉及利用压电陶瓷逆压电效应的超声振动领域，尤其是涉及一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀。
背景技术
超声切割是利用超声压电换能器驱动切割刀具产生超声频率的振动，将碰撞和冲击能量传递到被切介质，致使被切介质材料疲劳破碎从而达到切割目的的一项新型工艺技术。超声切割可更有效、更精确地加工如碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、各种蜂窝复合材料和硬脆材料如光学玻璃、硅晶体、陶瓷等。另外，由于与生物组织接触的切割刀具以一定的超声频率振动时可使生物组织内水汽化、蛋白氢键断裂、细胞崩解、组织被切开、凝固和封闭小血管，所以超声切割技术又可运用到医疗外科手术工具上。目前，超声切割技术已广泛应用于医疗、航空航天、化工、农业、食品和机械等领域。
超声切割加工中，在其他条件不变的情况下，切割刀具的振幅越大，超声压电换能器的转换效率越高，增大切割刀具的振幅可以提高切割加工的速度，因此在超声切割加工中，刀具刃口的振幅是切割刀具性能的重要指标之一，为了提升超声振动在各个应用领域的性能，采取了各种方式对超声振动的振动幅值进行提高。
发明内容
本实用新型提供了一种新型的大振幅超声振动切割刀，目的是为了克服现有超声振动换能器中振幅较低的不足，提供一种较大振幅的超声振动切割刀。
一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀：包括超声振动换能器、一级变幅杆、二级变幅杆、三级变幅杆、刀头、超声波电源和防护外壳，所述的超声振动换能器整体呈圆柱体，其包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和一级变幅杆，后盖板和一级变幅杆通过螺栓将后盖板、压电陶瓷片、电极片和一级变幅杆联接压紧；所述的二级变幅杆设置在一级变幅杆的前端，三级变幅杆设置在二级变幅杆的前端。
刀头设置在三级变幅杆的前端，刀头中心轴线与三级变幅杆轴线成90度夹角，刀头边沿具有刃口，且刃口边沿具有尖头朝向刀头尖端的三角形锯齿结构。
更进一步的，三级变幅杆和二级变幅杆可以制作成一个整体设置在一级变幅杆的前端。
更进一步的，二级变幅杆可通过焊接设置在一级变幅杆的前端。
更进一步的，一级变幅杆上设置有法兰盘，用于超声振动换能器与外部结构的联接。
更进一步，所述的一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀只有一组纵向振动压电陶瓷片。
更进一步，所述的一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀只需一路超声电信号激励。
更进一步，一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀的工作频率范围为18kHz-40kHz。
更进一步的，超声振动换能器和一级变幅杆、二级变幅杆及三级变幅杆外周设置有具有保护和握持作用的外壳。
更进一步的，在一级变幅杆、二级变幅杆及三级变幅杆，以及刀头及其柄部的截面突变部位，均设置有圆弧过渡。
本实用新型采用了夹心式压电超声振动换能器和三级变幅杆结构，可以有效提高换能器输出功率和变幅比，在同等功率情况下，可以有效增大切割刀的振动幅值，提高电-机转换效率，可将该大振幅超声振动切割刀用于碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、各种蜂窝复合材料、橡胶等材料的高效切割，且工作性能稳定，应用前景广阔。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2 为本实用新型的刀头结构示意图；
图3是本实用新型的刀头结构的俯视图；
图4是本实用新型的应用实例示意图；
图中标号说明：1.螺栓，2.后盖板，3.压电陶瓷片，4.电极片，5.一级变幅杆，6. 法兰盘，7. 二级变幅杆，8.三级变幅杆，9.刀头，10.外壳，11.超声电源；
91.尖头朝向刀头尖端的三角形锯齿结构，92.刀头安装柄，93.过渡圆弧。
具体实施方式
结合图1所示，一种大振幅纵弯超声振动切割装置：包括超声振动换能器、一级变幅杆6、二级变幅杆7、三级变幅杆8、刀头9、超声波电源11和防护外壳10，所述的超声振动换能器整体呈圆柱体，其包括螺栓1及依次套设在螺栓1上的后盖板2、压电陶瓷片3、电极片4和一级变幅杆5，后盖板1和一级变幅杆5通过螺栓1将后盖板2、压电陶瓷片3、电极片4和一级变幅杆5联接压紧；所述的二级变幅杆7设置在一级变幅杆5的前端，三级变幅杆8设置在二级变幅杆7的前端。
结合图2、3所示，刀头9设置在三级变幅杆8的前端，刀头9中心轴线与三级变幅杆8轴线成90度夹角，刀头9边沿具有刃口，且刃口边沿具有尖头朝向刀头尖端的三角形锯齿结构91。
结合图4所示，超声电源11通过导线与超声振动换能器的电极相连接，超声振动换能器只有一组纵向振动压电陶瓷片3，压电陶瓷换能器段直径30mm，压电陶瓷片3为PZT-8，尺寸为：Ф30×Ф15×5，压电陶瓷片3的片数为2。
超声振动换能器的固有频率为29.86KHz，阻抗为63欧姆，动态电阻为19欧姆，超声电源11输出电压范围为0-400V，电流范围为0-4A，输出频率为29.86±0.01KHz，且超声电源11在指定频率范围内具有自动频率跟踪功能。
运行时，超声振动换能器的电极片4接入超声电源11输出的电信号后，由于压电陶瓷片3的逆压电效应，压电陶瓷片3将会产生纵向超声振动，即超声振动换能器将超声电源11输出的电能转换为超声振动能量，并驱动整个换能器系统进行纵向超声振动，当超声振动能量从超声振动换能器传递到一级变幅杆5的末端后，压电陶瓷所产生的原始振幅在一级变幅杆5的末端得到放大，超声振动能量继续向前传递到二级变幅杆7的末端，振幅又一次得到放大，最后超声振动能量继续向前传递到三级变幅杆8的末端，振幅再一次得到放大，三级变幅杆8末端的纵向振动，传递到刀头9，转化为刀头的弯曲振动，进一步放大了刀头的振幅，并最终驱动刀头9进行弯曲超声振动。
当对超声振动换能器加载电压，运行10分钟达到稳定振动状态后，超声电源11的输出电压为220V，电流为1.35A，使用激光多普勒测振仪测得三级变幅杆8末端的振幅为142微米，刀头9末端的振幅为189微米，而一般常规的振动幅值8-20微米，该大振幅纵弯超声振动切割装置的振动幅值提高了6-20倍。握持该切割刀对2CM厚纸质蜂窝复合材料进行切割，当施加约1N的切割力时，切割速度可达到5CM/min，且复合材料切割边沿无毛边产生。
Claims (8)
1.一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀，其特征在于：一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀包括超声振动换能器、一级变幅杆、二级变幅杆、三级变幅杆、刀头、超声波电源和防护外壳，所述的超声振动换能器整体呈圆柱体，其包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和一级变幅杆，后盖板和一级变幅杆通过螺栓将后盖板、压电陶瓷片、电极片和一级变幅杆联接压紧；所述的二级变幅杆设置在一级变幅杆的前端，三级变幅杆设置在二级变幅杆的前端，刀头设置在三级变幅杆的前端，刀头中心轴线与三级变幅杆轴线成90度夹角，刀头边沿具有刃口，且刃口边沿具有尖头朝向刀头尖端的三角形锯齿结构。
2.根据权利要求1所述的一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀，其特征在于：所述的三级变幅杆和二级变幅杆制作成一个整体设置在一级变幅杆的前端。
3.根据权利要求1所述的一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀，其特征在于：所述的二级变幅杆焊接设置在一级变幅杆的前端。
4.根据权利要求1所述的一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀，其特征在于：一级变幅杆上设置有法兰盘，用于超声振动换能器与外部结构的联接。
5.根据权利要求1所述的一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀，其特征在于：一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀只有一组纵向振动压电陶瓷片。
6.根据权利要求1所述的一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀，其特征在于：一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀只需一路超声电信号激励。
7.根据权利要求1所述的一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀，其特征在于：一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀的工作频率范围为18kHz-40kHz。
8.根据权利要求1所述的一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀，其特征在于：超声振动换能器和一级变幅杆、二级变幅杆及三级变幅杆外周设置有具有保护和握持作用的外壳。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920486858.1U CN209851058U (zh) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | 一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920486858.1U CN209851058U (zh) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | 一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN209851058U true CN209851058U (zh) | 2019-12-27 |
Family
ID=68937195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201920486858.1U Expired - Fee Related CN209851058U (zh) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | 一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN209851058U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112317288A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-05 | 清华大学 | 超声加工装置及超声加工系统 |
-
2019
- 2019-04-11 CN CN201920486858.1U patent/CN209851058U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112317288A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-05 | 清华大学 | 超声加工装置及超声加工系统 |
| CN112317288B (zh) * | 2020-11-09 | 2021-09-07 | 清华大学 | 超声加工装置及超声加工系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109968443A (zh) | 一种大振幅纵弯超声振动切割装置 | |
| CN102105112B (zh) | 超声波组织解剖器 | |
| CN113598889B (zh) | 一种超声组织切割刀 | |
| DE69930499D1 (de) | Ultraschallschneidwerkzeug | |
| CN209851058U (zh) | 一种具有锯齿刃口的大振幅超声振动切割刀 | |
| ATE67651T1 (de) | Ultraschall-absaugeinrichtung. | |
| CN104207824B (zh) | 一种用于骨骼手术的超声刀装置 | |
| CN105943126A (zh) | 超声刀激励装置及激励方法 | |
| CN212943877U (zh) | 一种大振幅超声振动切割装置 | |
| CN1135872A (zh) | 超声手术仪 | |
| CN110916765A (zh) | 手术刀系统 | |
| CN214682736U (zh) | 超声刀具换能器及超声波手术器械 | |
| CN111495723A (zh) | 一种大振幅超声振动切割装置 | |
| CN101628283A (zh) | 一种切向伸缩式超声波扭转换能器 | |
| CN211796737U (zh) | 手术刀系统 | |
| CN202639335U (zh) | 超声波振动车削装置 | |
| CN209379925U (zh) | 具有扭振二次放大的双激励超声纵-扭复合切削装置 | |
| CN204133931U (zh) | 一种超声换能器 | |
| CN215129646U (zh) | 一种监控超声止血刀系统 | |
| CN2235269Y (zh) | 超声手术仪 | |
| CN210871900U (zh) | 超声波手术刀换能器及手术器械 | |
| CN2719418Y (zh) | 向空气辐射的超声波换能器 | |
| CN212234597U (zh) | 变向一体式超声波换能器及超声波手术器械 | |
| CN216173919U (zh) | 一种医用超声刀换能器 | |
| CN214132612U (zh) | 一种超声波切割装置及超声波换能器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20191227 |