本發(fā)明涉及切割裝置領(lǐng)域，具體地，涉及一種超聲波切割刀具。

背景技術(shù)：

粘性材料如橡膠、固態(tài)化學(xué)產(chǎn)品、印刷線路板等在切割時(shí)容易產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象，彈性材料如凍肉、糖果、巧克力、水果、蛋糕等在切割時(shí)容易產(chǎn)生變形，壓壞材料表面。超聲波切割刀具通過(guò)超聲波的能量，將被切割材料的局部加熱熔化，達(dá)到切割目的，超聲波切割不需要鋒利的刃口，不需要很大的壓力，就可以將材料輕松切割，不會(huì)造成被切割材料的崩邊、破損和掉渣。同時(shí)，由于刀面在做超聲波振動(dòng)，摩擦阻力特別小，被切割材料不易粘在刀片上，可以解決上述粘刀問(wèn)題。且在切割的同時(shí)刀刃對(duì)切割部位產(chǎn)生熔合作用，切割的同時(shí)將切割面被完美地封邊，避免造成材料飛邊等問(wèn)題。

傳統(tǒng)超聲波切割刀具主要由換能器、變幅桿、刀片組成。圖1是現(xiàn)有超聲波切割刀具中的刀片結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，為了使刀片振動(dòng)均勻且在刀刃處保持較大振幅，刀片設(shè)計(jì)成上大下小的楔形結(jié)構(gòu)。但是，這種楔形結(jié)構(gòu)的刀片的刀刃不能過(guò)長(zhǎng)，若刀刃過(guò)長(zhǎng)則可能產(chǎn)生刀片兩端刀尖振幅較大而刀刃中部振幅較小的現(xiàn)象，使刀片中部失去功能，因此現(xiàn)有超聲波切割刀具中刀片的刀刃通常設(shè)計(jì)的較短，無(wú)法適應(yīng)多種工況。

這種楔形結(jié)構(gòu)的刀片工作時(shí)的振型為縱向伸縮，這種振型雖然能在刀刃處得到最大振幅，但刀片中間某處會(huì)存在一個(gè)明顯的帶狀節(jié)面，越靠近節(jié)面處刀片的振幅越小，使得在切割粘性材料時(shí)，在刀片節(jié)面附近仍然存在粘刀現(xiàn)象。

如圖2a所示，由于刀片楔角的存在，在切割橡膠等較軟的材料時(shí)，切面兩端很難保證相同的角度。如圖2b所示，使用楔形刀片切割較厚且切角較小的材料時(shí)，當(dāng)切到較深處時(shí)，楔形刀片上端會(huì)與材料產(chǎn)生干涉，而阻礙刀片繼續(xù)切割。

為了使這種楔形結(jié)構(gòu)刀片可以連續(xù)使用，必須采用如鈦合金等聲學(xué)特性較好的材料來(lái)制造。但鈦合金屬于典型難加工材料，要將鈦合金加工出固定楔角是十分困難的，其加工成本及原料成本也較高。且從機(jī)械性能考慮，鈦合金硬度不夠，不適合切割較硬的材料，因此現(xiàn)有的傳統(tǒng)超聲波切割刀具刀片的加工范圍較窄。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種超聲波切割刀具，以轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)和刀片連接的設(shè)計(jì)代替楔形刀片結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有超聲波切割刀具中刀刃較短，易出現(xiàn)切面兩端切角不同，切深較小，加工范圍窄且成本高等技術(shù)問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述超聲波切割刀具，包括：

換能器、變幅桿，換能器與變幅桿連接；

轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的頂部與變幅桿連接；以及

刀片，刀片與轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的底部連接，

其中，刀片與轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)在同一頻率產(chǎn)生振型一致的共振。

優(yōu)選的，刀片是片狀結(jié)構(gòu)，在刀片上設(shè)置有豎直的多個(gè)通槽。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的，在通槽靠近轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置有傾斜的一個(gè)或多個(gè)橢圓槽。

優(yōu)選的，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的頂部表面上設(shè)置有用于安裝變幅桿的第一螺紋孔。

作為另一優(yōu)選，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的頂部表面上設(shè)置有沉孔，在沉孔中設(shè)置有用于安裝變幅桿的第一螺紋孔，且沉孔兩側(cè)設(shè)置有調(diào)整槽。

優(yōu)選的，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的端面一側(cè)呈直線形狀，另一側(cè)從轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的頂部朝向底部變窄，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的所述另一側(cè)的下部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有多個(gè)第二螺紋孔，刀片通過(guò)第二螺紋孔安裝在轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)上。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的端面的所述另一側(cè)，從轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的頂部先呈直線形狀后通過(guò)過(guò)渡圓弧朝向底部變窄。

作為另一優(yōu)選，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的端面呈多邊形，且關(guān)于變幅桿的軸線對(duì)稱，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的底部沿長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置有多個(gè)安裝腳，所述多個(gè)安裝腳上均設(shè)置有第二螺紋孔，所述多個(gè)安裝腳內(nèi)部均設(shè)置有固定槽，刀片通過(guò)第二螺紋孔安裝在固定槽內(nèi)。

優(yōu)選的，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)中部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有通孔。

優(yōu)選的，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)由鋁合金制造，刀片由不銹鋼或合金鋼制造。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明以轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)和刀片連接代替楔形刀片結(jié)構(gòu)，通過(guò)轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)和刀片在同一頻率下產(chǎn)生振型一致的共振，使刀片產(chǎn)生良好振動(dòng)，振幅均勻，刀片上不存在明顯節(jié)面，不會(huì)產(chǎn)生局部粘刀現(xiàn)象；且刀片呈片狀結(jié)構(gòu)，刀刃較長(zhǎng)，切深較深，使得加工范圍較廣，且避免了切面兩端切角不同和切刀上端與材料之間的干涉；本發(fā)明中轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)可由鋁合金制造，降低成本，片狀刀片可由不銹鋼或合金鋼制造，硬度遠(yuǎn)大于鈦合金，可以切割較硬的材質(zhì)，大大提高了超聲波切割刀具的使用范圍。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有超聲波切割刀具中的刀片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a是現(xiàn)有超聲波切割刀具楔形刀片切割的一個(gè)應(yīng)用例的剖面示意圖；

圖2b是現(xiàn)有超聲波切割刀具楔形刀片切割的另一個(gè)應(yīng)用例的剖面示意圖；

圖3a是本發(fā)明所述超聲波切割刀具的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；

圖3b是本發(fā)明所述超聲波切割刀具的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；

圖4a是圖3a所示超聲波切割刀具中轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)示意圖；

圖4b是圖3b所示超聲波切割刀具中轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)示意圖；

圖5a是圖3a所示超聲波切割刀具中刀片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5b是圖3b所示超聲波切割刀具中刀片結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖來(lái)描述本發(fā)明所述的實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。此外，在本說(shuō)明書(shū)中，附圖未按比例畫(huà)出，并且相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。

下面結(jié)合圖3a、圖4a和圖5a來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。

如圖3a所示，本發(fā)明所述超聲波切割刀具包括換能器100、變幅桿200、轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300和刀片400，其中，換能器100與變幅桿200連接，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的頂部與變幅桿200連接，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的底部與刀片400連接，刀片400和轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300在同一頻率產(chǎn)生振型一致的共振，二者在該共振頻率下的振型波動(dòng)幅度一致。轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300在某一頻率下的振型呈波浪形，且關(guān)于變幅桿200的軸線左右對(duì)稱，此振型剛好與刀片400在這一頻率下的振型所吻合，使得刀片400良好的振動(dòng)，且振幅均勻，刀片400上不存在明顯節(jié)面，且刀片400的切深較深，適用工況廣泛。

圖4a是圖3a所示超聲波切割刀具中轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)示意圖，如圖4a所示，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300可采用鋁合金制造，降低了超聲波切割刀具的制造成本，在轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的頂部表面上設(shè)置有第一螺紋孔310，第一螺紋孔310用于安裝變幅桿200，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300與變幅桿200通過(guò)螺紋連接。轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的端面不是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，端面一側(cè)呈直線形狀，另一側(cè)從轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的頂部朝向底部變窄，優(yōu)選地，另一側(cè)從轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的頂部先呈直線形狀后通過(guò)過(guò)渡圓弧朝底部過(guò)渡變窄。在轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的另一側(cè)的底部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有多個(gè)第二螺紋孔321，在刀片400上設(shè)置多個(gè)與第二螺紋孔321對(duì)應(yīng)的安裝孔410(如圖5a所示)，刀片400通過(guò)第二螺紋孔321安裝在轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300上，可用螺釘直接將刀片400固定。

為了調(diào)整轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300和刀片400的共振頻率和振型，優(yōu)選地，在轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的中部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有通孔330，通孔330位于轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的端面過(guò)渡圓弧的上方，通孔330的直徑根據(jù)轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300和刀片400的共振頻率而定。

刀片400可由不銹鋼或合金鋼板材加工制造，硬度遠(yuǎn)大于鈦合金，大大提高了超聲波切割刀具的使用范圍。如圖5a所示，刀片400優(yōu)選為片狀結(jié)構(gòu)，避免切面兩端切角不同的現(xiàn)象以及切深較深時(shí)產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。刀片400上設(shè)置有豎直的多個(gè)通槽420，通槽420用于調(diào)整刀片400的共振頻率，通槽420的尺寸、間距和位置分布等根據(jù)轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300和刀片400的共振頻率而定。刀片上通槽420的設(shè)計(jì)使得全刀面振動(dòng)均勻，無(wú)明顯節(jié)面，不產(chǎn)生局部粘刀現(xiàn)象。

通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300和刀片400的匹配，圖3a中的超聲波切割刀具的切深可達(dá)到現(xiàn)有超聲波切割刀具的3倍。

下面結(jié)合圖3b、圖4b和圖5b來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。

如圖3b所示，本發(fā)明所述超聲波切割刀具包括換能器100、變幅桿200、轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300和刀片400，其中，換能器100與變幅桿200連接，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的頂部與變幅桿200連接，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的底部與刀片400連接，刀片400和轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300在同一頻率產(chǎn)生振型一致的共振，刀片400振幅均勻，不存在明顯節(jié)面，且刀片400的刀刃較長(zhǎng)，適用工況廣泛。

圖4b是圖3b所示超聲波切割刀具中轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)示意圖，如圖4b所示，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300與圖4a所示的轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的不同之處在于，轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的頂部表面上處設(shè)置有沉孔340，第一螺紋孔(未示出)設(shè)置在沉孔340內(nèi)，且在沉孔340兩側(cè)設(shè)置有調(diào)整槽341，調(diào)整槽341用于調(diào)整轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300和刀片400的共振頻率和振型。調(diào)整槽341的尺寸根據(jù)實(shí)際情況而定。

轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的端面呈多邊形結(jié)構(gòu)形式，且關(guān)于變幅桿200的軸線對(duì)稱，在轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的底部沿長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置有多個(gè)安裝腳320，在安裝腳320上均設(shè)置有第二螺紋孔321，優(yōu)選地，在轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300的底部中心處設(shè)置一個(gè)安裝腳320，其余安裝腳320以底部中心為中心對(duì)稱均勻設(shè)置。優(yōu)選地，在安裝腳320的內(nèi)部均設(shè)置有固定槽322，刀片400安裝在固定槽322內(nèi)。通過(guò)在刀片400上設(shè)置與安裝腳320上的第二螺紋孔321相對(duì)應(yīng)的安裝孔410(如圖5b所示)，將刀片400安裝在固定槽322內(nèi)，可用螺釘進(jìn)行固定。

在轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300中部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置的通孔330，可位于安裝腳320的正上方，且關(guān)于變幅桿200的軸線對(duì)稱。

如圖5b所示，刀片400與圖5a中刀片400的不同之處在于，在通槽420與安裝孔410之間設(shè)置有傾斜的一個(gè)或多個(gè)橢圓槽430，橢圓槽430與通槽420一起調(diào)整轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300和刀片400的共振頻率，使刀片400與轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300在同一頻率附近產(chǎn)生振型一致的共振，刀片上橢圓槽430與通槽420的共同作用使得全刀面振動(dòng)均勻，無(wú)明顯節(jié)面，不產(chǎn)生局部粘刀現(xiàn)象。其中，橢圓槽430的尺寸、傾斜角度以及設(shè)置間距等均由轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300和刀片400所需要的共振頻率而定。

通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)300和刀片400的匹配，圖3b中的超聲波切割刀具的刃長(zhǎng)可達(dá)到現(xiàn)有超聲波切割刀具的5倍。

在本發(fā)明中，雖然僅在第二實(shí)施例中示出了沉孔340和橢圓槽430，然而第一實(shí)施例也可以根據(jù)模態(tài)仿真結(jié)果，增設(shè)這兩者。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。