CN214132612U - 一种超声波切割装置及超声波换能器 - Google Patents

Abstract

一种超声波切割装置及超声波换能器，包括辐射块、压块、预应力螺栓、压电陶瓷片、电极片。辐射块的两端分别为纵振输入耦合面和纵弯输出耦合面，纵振输入耦合面和纵弯输出耦合面之间设有偏振槽口和分振槽孔，分振槽孔和偏振槽口横向平行贯穿整个辐射块；辐射块振动节点的位置设有固定结构。本实用新型装置提供的一种纵弯复合振动超声波换能器，可以弥补现有纵振超声波换能器的不足，大大拓宽超声应用范围。超声波换能器驱动的振动刀具，工作在纵弯复合振动模态下，对于一些较薄的振动刀具，和一些较长的振动刀具，纵弯复合振动模态下的振动刀具振动振幅在刀体上分布较均匀，切割效果较好，切割效率较高。

Description

一种超声波切割装置及超声波换能器

技术领域

本申请涉及超声波应用领域，具体的，包括一种超声波切割装置及超声波换能器。

背景技术

超声波切割的刀具集聚有很高的超声波振动能量，不需要锋利的刃口，也不需要很大的压力，不会造成被切割材料的崩边、破损，同时由于刀具在做超声波振动，摩擦阻力特别小，被切割材料不易粘在刀片上，超声波切割对粘性和弹性材料、冰冻材料，如食品，橡胶等，或不便加压力的物体切割，特别有效。超声波振动刀具还有一个很大的优点，就是它在切割的同时，在切割部位有熔合作用，切割部位被完美地封边了，可防止被切割材料组织的松散。

常规超声波切割装置大都工作在纵振模态下，所连接的振动刀具也相应的工作在纵振模态下，但实际应用中，一些较长的振动刀具和一些较薄的振动刀具，纵弯复合振动比单纯的纵振的振幅分要均匀，较长的振动刀具和较薄的振动刀具工作在纵弯复合振动模态下切割效果更好，效率更高。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种具有纵弯复合振动模态的超声波切割装置及超声波换能器。

本实用新型的实施例可以通过以下技术方案实现：

一种超声波换能器，包括辐射块、压块、预应力螺栓、压电陶瓷片、电极片。

辐射块的两端分别为纵振输入耦合面和纵弯输出耦合面，纵振输入耦合面和纵弯输出耦合面之间设有偏振槽口和分振槽孔，分振槽孔和偏振槽口横向平行贯穿整个辐射块；辐射块振动节点的位置设有固定结构。

优选的，辐射块长度方向为纵向，辐射块轴线沿辐射块长度方向设置，纵振输入耦合面同辐射块轴线垂直或趋近垂直，纵弯输出耦合面同辐射块轴线平行或趋近平行。

优选的，纵振输入耦合面上设有预应力丝孔，预应力丝孔设在纵振输入耦合面上并同纵振输入耦合面垂直。

优选的，压电陶瓷片和电极片依次叠压在压块和辐射块之间，预应力螺栓穿过压块、压电陶瓷片和电极片同预应力丝孔相配合连接，预应力螺栓通过压块把压电陶瓷片和电极片紧固在辐射块的纵振输入耦合面上并保持一定的预紧压力。

优选的，固定结构设在辐射块的振动节点区域，结构形式为法兰结构或槽口机构，用于整个装置的固定装夹位置。

优选的，偏振槽口呈开放式的弧形渐变结构，偏振槽口位于纵弯输出耦合面和固定结构之间，并沿辐射块轴向呈非对称分布。

优选的，分振槽孔呈开放式的或闭合式的槽孔型结构，分振槽孔位于纵弯输出耦合面和固定结构之间或纵振输入耦合面和固定结构之间。

优选的，压电陶瓷片产生纵向振动激励，分振槽孔和偏振槽口两种机构相配合，改变辐射块的振动模态，把压电陶瓷片产生的纵向振动改变为纵弯复合振动，纵弯复合振动从辐射块的纵弯输出耦合面导出至振动刀具，振动刀具工作在纵弯复合振动模态。

优选的，一种超声波切割装置，包括上述超声波换能器及振动刀具，超声波换能器与振动刀具可拆卸连接。

优选的，纵弯输出耦合面上设有若干个固定丝孔，固定丝孔设在纵弯输出耦合面上并同纵弯输出耦合面垂直，振动刀具上设有固定孔，固定孔位置同辐射块的固定丝孔位置相对应。

固定螺丝对应连接在辐射块的固定丝孔及振动刀具的固定孔上，并把振动刀具压紧固定在纵弯输出耦合面上，实现超声波换能器与振动刀具的直接固定装夹。

本实用新型实施例提供的一种超声波切割装置及超声波换能器至少具有以下有益效果：

本实用新型装置提供的一种纵弯复合振动超声波换能器，可以弥补现有纵振超声波换能器的不足，大大拓宽超声应用范围。

本实用新型装置的超声波换能器驱动的振动刀具，工作在纵弯复合振动模态下，对于一些较薄的振动刀具，如美工刀片、切割刀片等，和一些较长的振动刀具，如食品切刀、锯刀等，纵弯复合振动模态下的振动刀具振动振幅在刀体上分布较均匀，切割效果较好，切割效率较高。

本实用新型装置振动刀具由简单的固定螺丝直接装夹，振动刀具更换简单方便。

本实用新型装置结构的超声波换能器可以直接装夹振动刀具，整个装置结构小巧简单，不占空间，利于在人工手持切割工具和自动化小型切割设备中使用，适合广泛推广。

附图说明

图1是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例1的整体结构示意图；

图2是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例1辐射块的剖面示意图；

图3是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例1的整体结构爆炸图；

图4是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例2的整体结构图；

图5是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例2辐射块的剖面示意图；

图6是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例2的整体结构爆炸图。

图中标号

1.辐射块，1a.纵振输入耦合面，1b.预应力丝孔，1c.纵弯输出耦合面，1d.固定丝孔，1e.分振槽孔，1f.偏振槽口，1g.固定结构，2.压块，3.预应力螺栓，4.固定螺丝，5.振动刀具，5a.固定孔，6.压电陶瓷片，7.电极片。

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式并参照附图对本实用新型进行进一步说明。

此外，为了方便理解，放大(厚)或者缩小(薄)了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本实用新型的保护范围。

单数形式的词汇也包括复数含义，反之亦然。

在本实用新型实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，本实用新型的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在实用新型的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。

本说明书中词汇是为了说明本实用新型的实施例而使用的，但不是试图要限制本实用新型。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述属于在本实用新型中的具体含义。

实施例一

图1是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例1的整体结构示意图；图2是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例1辐射块的剖面示意图；图3是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例1的整体结构爆炸图。请参考图1、图2、图3，一种超声波切割装置及超声波换能器，包括超声波换能器及振动刀具5，超声波换能器与振动刀具5可拆卸连接。

所述超声波换能器包括辐射块1、压块2、预应力螺栓3、压电陶瓷片6、电极片7。所述超声波换能器与振动刀具5通过固定螺丝4连接。

辐射块1的两端分别为纵振输入耦合面1a和纵弯输出耦合面1c，纵振输入耦合面1a和纵弯输出耦合面1c之间设有偏振槽口1f和分振槽孔1e，分振槽孔1e和偏振槽口1f横向平行贯穿整个辐射块1；其振动节点的位置设有固定结构1g。

辐射块1长度方向为纵向，辐射块1轴线沿辐射块1长度方向设置，纵振输入耦合面1a同辐射块1轴线垂直或趋近垂直，纵弯输出耦合面1c同辐射块1轴线平行或趋近平行。

纵振输入耦合面1a上设有预应力丝孔1b，预应力丝孔1b设在纵振输入耦合面1a上并同纵振输入耦合面1a垂直。

压电陶瓷片6和电极片7依次叠压在压块2和辐射块1之间，预应力螺栓3穿过压块2、压电陶瓷片6和电极片7同预应力丝孔1b相配合连接，预应力螺栓3通过压块2把压电陶瓷片6和电极片7紧固在辐射块1的纵振输入耦合面1a上并保持一定的预紧压力。

纵弯输出耦合面1c上设有固定丝孔1d，固定丝孔1d设在纵弯输出耦合面1c上并同纵弯输出耦合面1c垂直，振动刀具5上设有固定孔5a，固定孔5a位置同辐射块1的固定丝孔1d位置相对应。固定螺丝4对应连接在辐射块1的固定丝孔1d及振动刀具5的固定孔5a上，并把振动刀具5压紧固定在纵弯输出耦合面1c上，实现超声波换能器述振动刀具5的直接固定装夹。

辐射块1的固定结构1g设在辐射块1的振动节点区域，结构形式为法兰结构，用于整个装置的固定装夹位置。

偏振槽口1f呈开放式的弧形渐变结构，设于纵弯输出耦合面1c和固定结构1g之间，并沿辐射块1轴向呈非对称分布，偏振槽口1f用于为使所述辐射块1的纵向振动质点分布不对称，产生弯振分量。

分振槽孔1e呈开放式的槽孔型结构，设于纵弯输出耦合面1c和固定结构1g之间，用于改变辐射块1的振动模态，通过改变分振槽孔1e的大小和位置，从而增加纵弯输出耦合面1c的弯振分量，减小纵弯输出耦合面1c的纵振分量，提高纵弯输出耦合面1c的弯振效率。

压电陶瓷片6产生纵向振动激励，分振槽孔1e和偏振槽口1f两种机构相配合，改变辐射块1的振动模态，把压电陶瓷片6产生的纵向振动改变为纵弯复合振动，纵弯复合振动从辐射块1的纵弯输出耦合面1c导出至振动刀具5，振动刀具5工作在纵弯复合振动模态。

本实施例中，所述振动刀具5为切割刀片。

实施例二

图4是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例2的整体结构图；图5是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例2辐射块的剖面示意图；图6是本实用新型所述超声波切割装置及超声波换能器中实施例2的整体结构爆炸图。请参考图4、图5、图6，一种超声波切割装置及超声波换能器，包括超声波换能器及振动刀具5，超声波换能能与振动刀具5可拆卸连接。

所述超声波换能器包括辐射块1、压块2、预应力螺栓3、压电陶瓷片6、电极片7。所述超声波换能器与振动刀具5通过固定螺丝4连接。

辐射块1的两端分别为纵振输入耦合面1a和纵弯输出耦合面1c，纵振输入耦合面1a和纵弯输出耦合面1c之间设有偏振槽口1f和分振槽孔1e，分振槽孔1e和偏振槽口1f横向平行贯穿整个辐射块1；其振动节点的位置设有固定结构1g。

辐射块1长度方向为纵向，辐射块1轴线沿辐射块1长度方向设置，纵振输入耦合面1a同辐射块1轴线垂直或趋近垂直，纵弯输出耦合面1c同辐射块1轴线平行或趋近平行。

纵振输入耦合面1a上设有预应力丝孔1b，预应力丝孔1b设在纵振输入耦合面1a上并同纵振输入耦合面1a垂直。

压电陶瓷片6和电极片7依次叠压在压块2和辐射块1之间，预应力螺栓3穿过压块2、压电陶瓷片6和电极片7同预应力丝孔1b相配合连接，预应力螺栓3通过压块2把压电陶瓷片6和电极片7紧固在辐射块1的纵振输入耦合面1a上并保持一定的预紧压力。

纵弯输出耦合面1c上设有若干个固定丝孔1d，固定丝孔1d设在纵弯输出耦合面1c上并同纵弯输出耦合面1c垂直，振动刀具5上设有固定孔5a，固定孔5a位置同辐射块1的固定丝孔1d位置相对应。固定螺丝4对应连接在辐射块1的固定丝孔1d及振动刀具5的固定孔5a上，并把振动刀具5压紧固定在纵弯输出耦合面1c上，实现超声波换能器述振动刀具5的直接固定装夹。

辐射块1的固定结构1g设在辐射块1的振动节点区域，结构形式为槽口结构，用于整个装置的固定装夹位置。

偏振槽口1f呈开放式的弧形渐变结构，设于纵弯输出耦合面1c和固定结构1g之间，并沿辐射块1轴向呈非对称分布，偏振槽口1f用于为使所述辐射块1的纵向振动质点分布不对称，产生弯振分量。

分振槽孔1e呈封闭式的槽孔型结构，设于纵振输入耦合面1a和固定结构1g之间，用于改变辐射块1的振动模态，通过改变分振槽孔1e的大小和位置，从而增加纵弯输出耦合面1c的弯振分量，减小纵弯输出耦合面1c的纵振分量，提高纵弯输出耦合面1c的弯振效率。

压电陶瓷片6产生纵向振动激励，分振槽孔1e和偏振槽口1f两种机构相配合，改变辐射块1的振动模态，把压电陶瓷片6产生的纵向振动改变为纵弯复合振动，纵弯复合振动从辐射块1的纵弯输出耦合面1c导出至振动刀具5，振动刀具5工作在纵弯复合振动模态。

本实施例中，所述振动刀具5为切刀。

以上对本发明的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声波换能器，其特征在于：

包括辐射块、压块、预应力螺栓、压电陶瓷片、电极片；

所述辐射块的两端分别为纵振输入耦合面和纵弯输出耦合面，所述纵振输入耦合面和所述纵弯输出耦合面之间设有偏振槽口和分振槽孔，所述分振槽孔和所述偏振槽口横向平行贯穿整个所述辐射块；

所述辐射块振动节点的位置设有固定结构。

2.根据权利要求1所述的一种超声波换能器，其特征在于：

所述辐射块长度方向为纵向，所述辐射块轴线沿所述辐射块长度方向设置，所述纵振输入耦合面同所述辐射块轴线垂直或趋近垂直，所述纵弯输出耦合面同所述辐射块轴线平行或趋近平行。

3.根据权利要求1所述的一种超声波换能器，其特征在于：

所述纵振输入耦合面上设有预应力丝孔，所述预应力丝孔设在所述纵振输入耦合面上并同所述纵振输入耦合面垂直。

4.根据权利要求3所述的一种超声波换能器，其特征在于：

所述压电陶瓷片和所述电极片依次叠压在所述压块和所述辐射块之间，所述预应力螺栓穿过所述压块、所述压电陶瓷片和所述电极片同所述预应力丝孔相配合连接，所述预应力螺栓通过所述压块把所述压电陶瓷片和所述电极片紧固在所述辐射块的所述纵振输入耦合面上并保持一定的预紧压力。

5.根据权利要求1所述的一种超声波换能器，其特征在于：

所述固定结构设在所述辐射块的振动节点区域，结构形式为法兰结构或槽口机构，用于整个装置的固定装夹位置。

6.根据权利要求1所述的一种超声波换能器，其特征在于：

所述偏振槽口呈开放式的弧形渐变结构，所述偏振槽口位于所述纵弯输出耦合面和所述固定结构之间，并沿所述辐射块轴向呈非对称分布。

7.根据权利要求1所述的一种超声波换能器，其特征在于：

所述分振槽孔呈开放式的或闭合式的槽孔型结构，所述分振槽孔位于所述纵弯输出耦合面和所述固定结构之间或所述纵振输入耦合面和所述固定结构之间。

8.根据权利要求1所述的一种超声波换能器，其特征在于：

所述压电陶瓷片产生纵向振动激励，所述分振槽孔和所述偏振槽口两种机构相配合，改变所述辐射块的振动模态，把所述压电陶瓷片产生的纵向振动改变为纵弯复合振动，纵弯复合振动从所述辐射块的所述纵弯输出耦合面导出至振动刀具，振动刀具工作在纵弯复合振动模态。

9.一种超声波切割装置，包括权利要求1～8中任意一项超声波换能器及振动刀具，其特征在于：

所述超声波换能器与所述振动刀具可拆卸连接。

10.根据权利要求9所述的一种超声波切割装置，其特征在于：

超声波切割装置包括固定螺丝，

所述纵弯输出耦合面上设有若干个固定丝孔，所述固定丝孔设在所述纵弯输出耦合面上并同所述纵弯输出耦合面垂直，所述振动刀具上设有固定孔，所述固定孔位置同所述辐射块的所述固定丝孔位置相对应；

所述固定螺丝对应连接在所述辐射块的所述固定丝孔及所述振动刀具的所述固定孔上，并把所述振动刀具压紧固定在所述纵弯输出耦合面上，实现超声波换能器与振动刀具的直接固定装夹。

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