Устройство для ультразвуковой резки твердых материалов Советский патент 1982 года по МПК B23K20/10 A61B17/32 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РЕЗКИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к обработке твердых материалов с наложением ультразвуковых колебаний и может быть использовано для резки металлов, пластмасс, а также в медицине при рассечении костных тканей.

Известно устройство для обработки твердых материалов, содержащее преобрйзователь с присоединенными к нему трансформаторами, загнутыми один навстречу другому, причем торцы трансформаторов смещены один относительно другого и связаны с инструментом 1.

Недостатком этого устройства является введение в зону обработки только однородных колебаний. В случае обработки инструментом это не обеспечивает необходимой интенсивности процесса.,

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для ультразвуковой резки твердых материалов, содержащее преобразователь ультразвуковых колебаний, соединенный с двумя волноводами С-образной формы, между которыми расположен режущий инструмент, закрепленный на конце одного из волноводов 2.

Недостатком известного устройства является то, что в инструменте, закрепленном между торцами волноводов, возбуждаются однородные продольные колебания и при врезании в материал происходит заклинивание лезвия инструмента, кроме того, имеют место значительный нагрев зоны резания, что крайне нежелательно при рассечении костных тканей, поскольку вызывает прижоги.

Цель изобретения - исключение закли10нивания инструмента в зоне резания и снижение нагрева этой зоны.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой резки твердых материалов, содержащем преобразователь ультразвуковых колебаний, сое15диненный с двумя волноводами С-образной формы, между которыми расположен режущий инструмент, закрепленный на конце одного из волноводов, режущий инструмент выполнен в виде дисковой пилы, диаметр

20 которой соответствует нечетному числу длин полуволн радиальных колебаний, распространяющихся 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 основания соответствует нечетному числу полуволн радиальных колебаний дисковой пилы, а ДЛИНА боковой образующей кратна четверти длины волны колебаний, распространяющихся в волноводе.

Кроме того, центральная часть дисковой пилы вы 1олнена в виде плоской упругой мембраны, диаметр которой соответствует диаметру больщего основания рупора.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для ультразвуковой резки твердых материалов.

Устройство содержит преобразователь 1 ультразвуковых колебаний, С-образные волноводы 2 и 3, между котррыми закреплена дисковая 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.

Диаметр дисковой пилы соответственно выбирают равным нечетному числу длин полуволн радиальных колебаний, распространяющихся в ней, а диаметр большего основания рупора соответствует нечетному числу полуволн радиальных колебаний дисковой пилы 4, а длина боковой образующей краТна четверти длины волны колебаний, распространяющихся в волноводе. Центральная часть пилы 4 может быть выполнена в виде плоской упругой мембраны 7, диаметр которой соответствует диаметру больщего основания рупора.

Устройство работает следующим образом.

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 колебания и прикладывают рабочую нагрузку через волноводы - инструмент к обрабатываемой зоне.

При продольном возбуждении стержнейволноводов 2 и 3 на поверхности дискового инструмента 4 возникают радиальные смещения, причем эти смещения удваиваются от воздействия продольных колебаний волновода 2 и от воздействия колебаний рупора 5, закрепленного в пучностях радиальных смещений дискового инструмента. При этом в зависимости от толщины полотна дисковой пилы амплитуда радиальных смещений на режущем лезвии диска приближается к амплитуде продольных смещений волноводов. При выполнении симметричной системы, т. е. волноводов 2 и 3 одинаковой длины, их торцовые поверхности соответственно смешаются в противоположные стороны.

При этом зоны крепления дисковой пилы 4 имеют удвоенное относительное смещение и при выполнении центральной части

ее упругой, возникают механические изгибные колебания на режущей кромке, вызывающие боковое ее смещение в зоне резания и тем самым предотвращается заклинивание пилы.

Выполнение прорезей в рупоре, расположенных под углом к его оси, позволяет при возбуждении продольных колебаний получить составляющую крутильных колебаний. При этом изменением угла наклона прорезей можно получить различное соотношение

между продольной и крутильной составляющими колебаний.

Изобретение обеспечивает выделение в зоне резания радиальных смещений с удвоенной амплитудой смещения механических

изгибных колебаний с удвоенным смещением от торцов волноводов и крутильных колебаний, что способствует интенсификации процесса обработки, повыщению производительности и устранению заклинивания режущего, инструмента в зоне резания. Кроме

того, введение смещений различного характера и наличие бокового смещения режущей кромки устраняет застой материала в зоне резания, сокращает время контактирования в микрозонах обрабатываемого материала с режущей кромкой инструмента, что снижает уровень теплового воздействия на прилегающие зоны обрабатываемого материала. Это важно при использовании устройства для рассечения костных тканей, так как устраняются прижоги по их участкам, что

может благоприятно сказываться на послеДующем их сращивании.

Формула изобретения

одного из волноводов, отличающееся тем, что, с целью исключения заклинивания инструмента в зоне резания, снижения нагрева этой зоны, режущий инструмент выполнен в виде дисковой пилы, диаметр которой соответствует нечетному числу длин полуволн радиальных колебаний, распространяющихся 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 основания соответствует нечетному числу полуволн радиальных колебаний дисковой пилы, а длина боковой образующей кратна четверти длины волны колебаний, распространяющихся в волноводе.

диаметр которой соответствует диаметру больше;го основания рупора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3

S

4