SU984769A1

SU984769A1 - Apparatus for ultrasonic cutting of hard materials

Info

Publication number: SU984769A1
Application number: SU813246675A
Authority: SU
Inventors: Александр Михайлович Григорьев; Александр Григорьевич Крючок; Владимир Григорьевич Крючок; Иван Петрович Янович
Original assignee: Белорусский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии
Priority date: 1981-02-11
Filing date: 1981-02-11
Publication date: 1982-12-30

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РЕЗКИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ(54) DEVICE FOR ULTRASONIC CUTTING OF SOLID MATERIALS

1one

Изобретение относитс к обработке твердых материалов с наложением ультразвуковых колебаний и может быть использовано дл резки металлов, пластмасс, а также в медицине при рассечении костных тканей.The invention relates to the processing of solid materials with the imposition of ultrasonic vibrations and can be used for cutting metals, plastics, as well as in medicine for dissecting bone tissue.

Известно устройство дл обработки твердых материалов, содержащее преобрйзователь с присоединенными к нему трансформаторами , загнутыми один навстречу другому, причем торцы трансформаторов смещены один относительно другого и св заны с инструментом 1.A device for treating solid materials is known, which contains a converter with transformers attached to it, folded towards one another, the ends of the transformers being displaced relative to each other and connected to tool 1.

Недостатком этого устройства вл етс введение в зону обработки только однородных колебаний. В случае обработки инструментом это не обеспечивает необходимой интенсивности процесса.,The disadvantage of this device is the introduction of only homogeneous vibrations into the treatment area. In the case of tool processing, it does not provide the necessary intensity of the process.,

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому вл етс устройство дл ультразвуковой резки твердых материалов, содержащее преобразователь ультразвуковых колебаний , соединенный с двум волноводами С-образной формы, между которыми расположен режущий инструмент, закрепленный на конце одного из волноводов 2.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed is a device for ultrasonic cutting of solid materials containing an ultrasonic oscillation transducer connected to two C-shaped waveguides, between which there is a cutting tool fixed at the end of one of the waveguides 2.

Недостатком известного устройства вл етс то, что в инструменте, закрепленном между торцами волноводов, возбуждаютс однородные продольные колебани и при врезании в материал происходит заклинивание лезви инструмента, кроме того, имеют место значительный нагрев зоны резани , что крайне нежелательно при рассечении костных тканей, поскольку вызывает прижоги .A disadvantage of the known device is that in the tool, fixed between the ends of the waveguides, uniform longitudinal oscillations are excited and when the material is inserted into the material, the blade of the tool is jammed, in addition, there is a significant heating of the cutting zone, which is extremely undesirable when dissecting the bone tissue, because it causes burns

Цель изобретени - исключение закли10 нивани инструмента в зоне резани и снижение нагрева этой зоны.The purpose of the invention is the elimination of the tooling in the cutting zone and reducing the heating of this zone.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройстве дл ультразвуковой резки твердых материалов, содержащем преобразователь ультразвуковых колебаний, сое15 диненный с двум волноводами С-образной формы, между которыми расположен режущий инструмент, закрепленный на конце одного из волноводов, режущий инструмент выполнен в виде дисковой пилы, диаметр This goal is achieved by the fact that in a device for ultrasonic cutting of hard materials containing an ultrasonic vibration transducer, connected to two C-shaped waveguides, between which there is a cutting tool fixed at the end of one of the waveguides, the cutting tool is designed as a circular saw, diameter

20 которой соответствует нечетному числу длин полуволн радиальных колебаний, распростран ющихс в ней и соединенной с волноводом в центральной ее части, а конец другого волновода выполнен в виде рупора, концентрично закрепленного своим большим основанием на торце дисковой пилы, при этом диаметр основани соответствует нечетному числу полуволн радиальных колебаний дисковой пилы, а ДЛИНА боковой образующей кратна четверти длины волны колебаний, распростран ющихс в волноводе.20 which corresponds to an odd number of half-wavelengths of radial oscillations propagating in it and connected to the waveguide in its central part, and the end of another waveguide is made in the form of a horn concentrically fixed by its large base at the end of the saw blade, while the diameter of the base corresponds to an odd number of half-waves radial oscillations of the circular saw, and the length of the lateral generatrix is a multiple of a quarter of the wavelength of the oscillations propagating in the waveguide.

Кроме того, центральна часть дисковой пилы вы 1олнена в виде плоской упругой мембраны, диаметр которой соответствует диаметру больщего основани рупора.In addition, the central part of the circular saw is filled in the form of a flat elastic membrane, the diameter of which corresponds to the diameter of the larger base of the horn.

На чертеже изображено предлагаемое устройство дл ультразвуковой резки твердых материалов.The drawing shows the proposed device for ultrasonic cutting of hard materials.

Устройство содержит преобразователь 1 ультразвуковых колебаний, С-образные волноводы 2 и 3, между котррыми закреплена дискова пила 4, причем торец волновода 2 соединен с ее центральной частью непосредственно, а торец волновода 3 - посредством рупора 5, закрепленного концентрично на торце пилы 4 больщим основанием . Рупор 5 имеет прорези 6, расположенные под углом к оси волновода 3.The device contains a transducer 1 of ultrasonic vibrations, C-shaped waveguides 2 and 3, a disk saw 4 is fixed between the two, with the end of the waveguide 2 being connected to its central part directly, and the end of the waveguide 3 - through a horn 5 fixed concentrically at the end of the saw 4 with a large base . The horn 5 has slots 6 located at an angle to the axis of the waveguide 3.

Диаметр дисковой пилы соответственно выбирают равным нечетному числу длин полуволн радиальных колебаний, распростран ющихс в ней, а диаметр большего основани рупора соответствует нечетному числу полуволн радиальных колебаний дисковой пилы 4, а длина боковой образующей краТна четверти длины волны колебаний, распростран ющихс в волноводе. Центральна часть пилы 4 может быть выполнена в виде плоской упругой мембраны 7, диаметр которой соответствует диаметру больщего основани рупора.The diameter of the saw blade is respectively chosen equal to an odd number of half-wavelengths of radial oscillations propagating in it, and the diameter of the larger base of the horn corresponds to an odd number of half-waves of radial oscillations of the saw blade 4, and the length of the lateral generatrix of a quarter wavelength of oscillations propagating in the waveguide. The central part of the saw 4 can be made in the form of a flat elastic membrane 7, the diameter of which corresponds to the diameter of the larger base of the horn.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Устанавливают ус ройдтво так, чтобы лезвие дисковой пилы 4 кас.алось поверхности обрабатываемого материала. После этого в системе (преобразователь 1 - волноводы 2 и 3 - инструмент 4) возбуждают ультразвуковые колебани и прикладывают рабочую нагрузку через волноводы - инструмент к обрабатываемой зоне.Install the blade so that the blade of the saw blade 4 contacts the surface of the material being processed. After that, in the system (transducer 1 — waveguides 2 and 3 — instrument 4), ultrasonic vibrations are excited and the work load is applied through the waveguides — instrument to the treated area.

При продольном возбуждении стержнейволноводов 2 и 3 на поверхности дискового инструмента 4 возникают радиальные смещени , причем эти смещени удваиваютс от воздействи продольных колебаний волновода 2 и от воздействи колебаний рупора 5, закрепленного в пучност х радиальных смещений дискового инструмента. При этом в зависимости от толщины полотна дисковой пилы амплитуда радиальных смещений на режущем лезвии диска приближаетс к амплитуде продольных смещений волноводов. При выполнении симметричной системы, т. е. волноводов 2 и 3 одинаковой длины, их торцовые поверхности соответственно смешаютс в противоположные стороны.Upon longitudinal excitation of the cores of waveguides 2 and 3, radial displacements occur on the surface of disk tool 4, these displacements doubling from the effect of longitudinal oscillations of waveguide 2 and from the influence of oscillations of a horn 5 fixed at the antinodes of the radial displacements of the disk tool. At the same time, depending on the thickness of the blade of the saw blade, the amplitude of the radial displacements on the cutting blade of the disc approaches the amplitude of the longitudinal displacements of the waveguides. When performing a symmetric system, i.e., waveguides 2 and 3 of the same length, their end surfaces are respectively mixed in opposite directions.

При этом зоны креплени дисковой пилы 4 имеют удвоенное относительное смещение и при выполнении центральной частиAt the same time, the mounting zones of the circular saw 4 have a doubled relative displacement and, when performing the central part

ее упругой, возникают механические изгибные колебани на режущей кромке, вызывающие боковое ее смещение в зоне резани и тем самым предотвращаетс заклинивание пилы.its elastic, mechanical bending oscillations occur at the cutting edge, causing its lateral displacement in the cutting zone and thereby preventing the saw from seizing.

Выполнение прорезей в рупоре, расположенных под углом к его оси, позвол ет при возбуждении продольных колебаний получить составл ющую крутильных колебаний. При этом изменением угла наклона прорезей можно получить различное соотношениеMaking slots in a horn, located at an angle to its axis, makes it possible to obtain a component of torsional vibrations upon excitation of longitudinal vibrations. In this case, by changing the angle of inclination of the slits, you can get a different ratio

между продольной и крутильной составл ющими колебаний.between the longitudinal and torsional vibrations.

Изобретение обеспечивает выделение в зоне резани радиальных смещений с удвоенной амплитудой смещени механическихThe invention provides for the allocation in the cutting zone of radial displacements with a double amplitude of the displacement of mechanical

изгибных колебаний с удвоенным смещением от торцов волноводов и крутильных колебаний , что способствует интенсификации процесса обработки, повыщению производительности и устранению заклинивани режущего , инструмента в зоне резани . Кромеbending vibrations with double offset from the ends of the waveguides and torsional vibrations, which contributes to the intensification of the machining process, increase productivity and eliminate jamming of the cutting tool in the cutting zone. Besides

того, введение смещений различного характера и наличие бокового смещени режущей кромки устран ет застой материала в зоне резани , сокращает врем контактировани в микрозонах обрабатываемого материала с режущей кромкой инструмента, что снижает уровень теплового воздействи на прилегающие зоны обрабатываемого материала. Это важно при использовании устройства дл рассечени костных тканей, так как устран ютс прижоги по их участкам, чтоMoreover, the introduction of displacements of different nature and the presence of lateral displacement of the cutting edge eliminate stagnation of material in the cutting zone, reduces the time of contact in the microzones of the material being processed with the cutting edge of the tool, which reduces the level of thermal effect on the adjacent areas of the material being processed. This is important when using a bone dissection device, since the burns in their areas are eliminated, which

может благопри тно сказыватьс на послеДующем их сращивании.can have a beneficial effect on the post-splicing.

Claims

1. A device for ultrasonic cutting of hard materials containing a transform; a recipient of ultrasonic vibrations connected to two C-shaped waveguides, between which there is a cutting tool fixed at the end

One of the waveguides, characterized in that, in order to avoid jamming of the tool in the cutting zone, reducing the heating of this zone, the cutting tool is designed as a circular saw, the diameter of which corresponds to an odd number of half-wavelengths of radial oscillations propagating in it and connected to the waveguide in its central part, and the end of the other waveguide is designed as a horn, concentrically fixed with its large

the base at the end of the saw blade, wherein the diameter of the base corresponds to an odd number of half-waves of radial oscillations of the saw blade, and the length of the lateral generatrix is a multiple of a quarter wavelength of the oscillations propagating in the waveguide.

2. A device according to claim 1, characterized in that the central part of the circular saw is made in the form of a flat elastic membrane.

the diameter of which corresponds to a diameter greater than the base of the horn.

Sources of information taken into account in the examination

3

S

1. Volkov S. S., Orlov Yu. N., Chern to B. Ya. Welding of plastics by ultrasound. M., “Himi, 1974, p. 17-19.

2.Volosatov V.A. Ultrasonic processing, Lenizdat, 1975, p. 45-46.,

four