[发明专利]一种大振幅纵弯超声振动切割装置

说明书

本发明公开了一种大振幅纵弯超声振动切割装置，其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夹角a在80‑100度之间，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。本发明具有功率容量大、结构简单、能量转换效率高、振幅大、工作性能稳定等优点。

技术领域

本发明涉及利用压电陶瓷逆压电效应的超声振动领域，尤其是涉及一种大振幅纵弯超声振动切割装置。

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

本发明提供了一种新型的大振幅纵弯超声振动切割装置，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装置。

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、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夹角a在80-100度之间，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，所述的一种大振幅纵弯超声振动切割装置只有一组纵向振动压电陶瓷片。

更进一步，所述的一种大振幅纵弯超声振动切割装置只需一路超声电信号激励。

更进一步，一种大振幅纵弯超声振动切割装置的工作频率范围为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。