一种超声波裁切刀及裁切装置的制作方法

1.本实用新型涉及超声波技术领域，尤其涉及一种超声波裁切刀及裁切装置。


背景技术：

2.目前在锂电池生产工艺中，一般要对电池作一致性处理，包括整形、裁切等，一般都是采用机械刀片来裁切正负极电池极片。无论是十几层还是上百层金属箔材，都用高硬度的模具钢甚至钨钢刀片做硬碰硬的机械裁切。随着现在的锂电池能量密度越来越高，对电池安全性要求也相应提高。传统的采用机械式剪切的方式进行裁剪，易导致有飞边毛刺，易产生金属粉尘，粉尘会导致电池短路起火，有很大的安全隐患。


技术实现要素：

3.基于以上问题，本实用新型的目的在于提供一种超声波裁切刀及裁切装置，避免飞边毛刺质量问题，避免产生金属粉尘造成安全隐患。
4.为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种超声波裁切装置，包括：
6.超声波裁切刀，用于裁切工件；
7.第一换能器，连接于所述超声波裁切刀上，用于驱动所述超声波裁切刀振动；
8.第二换能器，连接于所述超声波裁切刀上，用于驱动所述超声波裁切刀振动，所述第二换能器与所述第一换能器同相位且位于所述超声波裁切刀的同一侧；
9.第一调幅器，设置于所述第一换能器与所述超声波裁切刀之间，用于调整所述第一换能器的输出振幅；
10.第二调幅器，设置于所述第二换能器与所述超声波裁切刀之间，用于调整所述第二换能器的输出振幅。根据本实用新型实施例的另一个方面，提供一种超声波裁切刀，所述超声波裁切刀的两侧设置有多个卡扣。所述卡扣凸出设置，作为超声波裁切刀的夹持位。通过夹具对所述夹持位进行固定，能够达到对超声波裁切刀约束定位的效果，防止超声波裁切刀偏离裁切工作面。
11.进一步地，所述卡扣包括至少两个臂部，所述至少两个臂部包括靠近所述侧面的臂部和远离所述侧面的臂部，所述靠近所述侧面的臂部与所述侧面之间由槽结构隔开，各所述臂部之间也由槽结构隔开，其中远离所述侧面的臂部设置成所述夹持位。多段臂部能够在传导过程中使振动充分耗散，降低夹具受到的影响。
12.进一步地，所述至少两个臂部中，越靠近所述侧面的臂部厚度越小。超声波裁切刀头的振动主要在靠近所述避免的臂部耗散，进一步降低夹具所受到的影响。
13.作为优选，所述卡扣成对地分别对称布置在所述超声波裁切刀两侧。所述卡扣成对地布置能够改善超声波裁切刀的受力平衡，提高约束效果。卡扣能够避免超声波裁切刀发生侧向偏转，提高稳定性，改善裁切效果。
14.作为优选，所述卡扣设置在所述超声波裁切刀的振动节点位置或或刀身两侧避让
槽的上方与所述避让槽相邻的位置。超声波裁切刀的振动节点位置或刀身两侧避让槽的上方振动微弱，能够进一步降低卡扣与夹具的振动与摩擦。
15.作为本实用新型的超声波裁切装置的优选方案，所述超声波裁切刀沿其长度方向间隔设置有多个通槽。
16.作为本实用新型的超声波裁切装置的优选方案，每个所述通槽沿所述超声波裁切刀的宽度方向延伸。
17.作为本实用新型的超声波裁切装置的优选方案，所述超声波裁切刀的刀头间隔设置有两个刀刃。
18.作为本实用新型的超声波裁切装置的优选方案，所述超声波裁切刀的刀头设置有u形槽，所述u形槽位于两个所述刀刃之间。所述两个刀刃之间也可以是平面。
19.作为本实用新型的超声波裁切装置的优选方案，所述超声波裁切刀的两侧设置有避让槽。
20.作为本实用新型的超声波裁切装置的优选方案，所述避让槽为弧形。
21.作为本实用新型的超声波裁切装置的优选方案，所述超声波裁切刀的刀头厚度小于刀尾厚度。
22.进一步地，所述超声波裁切设备配备的超声波裁切刀，是如上所述本实用新型实施例提供的任一超声波裁切刀。通过超声波裁切刀的卡扣和两组换能器的共同定位约束，能够避免超声波裁切刀在进行裁切作业时发生偏转，进而改善超声波切割的效率，改善超声波切割的效果。
23.一种超声波裁切方法，采用如上所述的超声波裁切装置，包括以下步骤：
24.第一换能器和第二换能器同时同相位对超声波裁切刀发射超声波；
25.超声波裁切刀振动；
26.通过第一调幅器和第二调幅器调节超声波裁切刀的振幅；
27.超声波裁切刀裁切工件。
28.本实用新型的有益效果为：
29.本实用新型提供的超声波裁切装置，通过在超声波裁切刀的同一侧连接同相位的第一换能器和第二换能器，驱动超声波裁切刀振动，实现超声波裁切刀的刀头均匀的振幅分布，保证极片裁切的稳定性，通过第一调幅器和第二调幅器调整超声波裁切刀的输出振幅，实现精确稳定的裁切。本实用新型提供的超声波裁切装置，切削阻力小，使用寿命长，速度快，质量稳定，无飞边毛刺和金属粉尘，工件表面外观无损伤，可切割更宽的极片，双换能器能量输出稳定。通过设置两个或更多个调幅器与换能器，能够容许刀身做得很长，提高裁切效率，拓展应用场景，同时避免裁切刀在加工过程中受力偏离水平裁切面，改善裁切效果。
30.本实用新型提供的超声波裁切方法，第一换能器和第二换能器同时同相位对超声波裁切刀发射超声波，超声波裁切刀振动，通过第一调幅器和第二调幅器调节超声波裁切刀的振幅，超声波裁切刀裁切工件。本实用新型提供的超声波裁切方法，切削阻力小，使用寿命长，速度快，质量稳定，无飞边毛刺和金属粉尘，工件表面外观无损伤，可切割更宽的极片，双换能器能量输出稳定。
附图说明
31.图1为本实用新型实施例所提供的超声波裁切刀结构示意图；
32.图2为本实用新型实施例所提供的超声波裁切刀截面结构示意图；
33.图3为本实用新型实施例所提供的超声波裁切装置结构示意图；
34.图4为本实用新型实施例所提供的超声波裁切设备分解结构示意图。
35.上述附图目的在于对本实用新型作出详细说明，以便本领域技术人员的理解本实用新型的技术构思，并不构成对本实用新型实施方式的具体限制。上述附图只包括与本实用新型技术构思相关的部件与结构，并未严格按照实际比例画出相关装置的全部细节。
36.附图标记的含义：
37.1-超声波裁切刀；11-卡扣；111-第一臂部；112-第二臂部；113-槽结构；12-通槽；13-刀刃；14-u形槽；15-避让槽；2-第一换能器；3-第二换能器；4-第一调幅器；5第二调幅器；6-螺栓。
具体实施方式
38.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
40.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.如图1-图4所示，本实施例提供一种超声波裁切装置，该超声波裁切装置包括超声波裁切刀1、第一换能器2、第二换能器3、第一调幅器4和第二调幅器5。
42.其中，超声波裁切刀1用于裁切工件。第一换能器2连接于超声波裁切刀1上，用于驱动超声波裁切刀1振动。第二换能器3连接于超声波裁切刀1上，用于驱动超声波裁切刀1振动，第二换能器3与第一换能器2同相位且位于超声波裁切刀1的同一侧。第一调幅器4设置于第一换能器2与超声波裁切刀1之间，用于调整第一换能器2的输出振幅。第二调幅器5设置于第二换能器3与超声波裁切刀1之间，用于调整第二换能器3的输出振幅。
43.需要说明的是，换能器能够将电能转换为高频机械振动的超声波能量。为避免超声波裁切刀1的横向振动，第一换能器2和第二换能器3的超声波振动传递均采用纵向波形
式传递振动能量。超声波裁切刀1、第一换能器2、第二换能器3、第一调幅器4和第二调幅器5分别设置有螺纹孔，第一换能器2、第一调幅器4和超声波裁切刀1之间通过螺栓6连接，第二换能器3、第二调幅器5和超声波裁切刀1之间通过螺栓6连接。
44.通过在超声波裁切刀1的同一侧连接同相位的第一换能器2和第二换能器3，驱动超声波裁切刀1振动，实现超声波裁切刀1的刀头均匀的振幅分布，保证极片裁切的稳定性，通过第一调幅器4和第二调幅器5调整超声波裁切刀1的输出振幅，实现精确稳定的裁切。在裁切过程中，待裁切工件沿垂直于刃口的方向相对于裁刀运动，而裁刀沿其刃口延伸的方向振动，因此裁刀不会在振动过程中往复向工件切口较窄的一端挤压，工件的断面与裁刀的摩擦不会因为振动而变大，从而减小工件断面的损伤，避免工件断面出现颗粒状的划伤，提高裁切的工件良率。
45.根据本实用新型实施例的另一个方面，如图1所示，提供一种超声波裁切刀具，包括超声波裁切刀1、卡扣11、通槽12和刀刃13。其中，多个卡扣11作为夹持位，凸出设置在超声波裁切刀1两侧的表面；多个沿超声波裁切刀1宽度方向延伸的通槽12沿长度方向设置在超声波裁切刀1的侧面。卡扣11成对地对称设置在超声波裁切刀中部、相邻的通槽12之间的振动节点位置，位于裁切刀侧面弧形避让槽15的弧面上方与其相邻的位置。通槽12能够降低超声波裁切刀1的自重，消除内应力，同时其延伸方向与超声波传递方向相同，避免了对超声波传递效率产生不利影响。
46.通过在超声波裁切刀1的中间部位两侧设计卡扣11作为夹持位，可以实现超声波裁切刀1的刚性装夹，保证超声波裁切刀1与刀板之间的间隙。同时，降低了装夹结构的结构复杂程度，提高装配效率。在本实施例中，卡扣11的两侧均有凹槽，方便夹持。
47.如图2所示，每个卡扣11包括第一臂部111、第二臂部112和槽结构113，其中第一臂部111靠近超声波裁切刀1的表面，第二臂部112远离超声波裁切刀1的表面，超声波裁切刀1的表面、第一臂部111和第二臂部112分别被平行的槽结构113间隔开，使第一臂部111的厚度小于第二臂部112。
48.在进行超声波切割作业时，利用夹具对第二臂部112进行夹持，能够对超声波裁切刀1进行约束定位，防止其发生倾斜而使两条刀刃13偏离开裁切工作面，使超声波的输出方向偏离切割位置。而卡扣设置在超声波裁切刀1的振动节点上，其所在位置本身机械振动幅度较小，又经过第一臂部111和第二臂112部的减振结构对振动进行耗散，其中厚度较小的第一臂部111又吸收了大部分振动，有效地进一步降低了夹具与第二臂部112之间的振动与摩擦，延长了设备与零件的使用寿命。
49.为减少超声波裁切刀1的内应力，可选地，超声波裁切刀1沿其长度方向间隔设置有多个通槽12。为避免影响超声波的传递效率，可选地，每个通槽12沿超声波裁切刀1的宽度方向延伸。
50.为降低超声波裁切刀1的使用成本，可选地，超声波裁切刀1的刀头间隔设置有两个刀刃13。为避免应力集中，可选地，超声波裁切刀1的刀头设置有u形槽14，u形槽14位于两个刀刃13之间。为减少超声波裁切刀1与刀板的接触，可选地，超声波裁切刀1的两侧设置有避让槽15。可选地，避让槽15为弧形，采用圆弧过渡，避免了应力集中。避让槽15可以采用抛光处理，避免在振动过程中因表面粗糙产生裂纹，影响超声波裁切刀1的寿命。在其他实施例中，刀刃之间也可以设置为平面。
51.为提高裁切稳定性，可选地，超声波裁切刀1的刀头厚度小于刀尾厚度。
52.本实施例提供的超声波裁切装置，在使用时，通过装夹结构夹持超声波裁切刀1的卡扣11，第一换能器2和第二换能器3的末端辅助夹持，在超声波裁切刀1的对面间隔设置机械刀板，第一换能器2和第二换能器3同时同相位对超声波裁切刀1发射超声波，通过第一调幅器4和第二调幅器5调节超声波裁切刀1的输出振幅，再由运动机构带动超声波裁切刀1相对机械刀板上下移动，完成极片的裁切。
53.如图4所示，第一换能器2与第二换能器3为超声波裁切刀1提供了两个固定点，能够避免超声波裁切刀1发生偏转使刀刃13的一端偏离裁切工作面而影响裁切作业效果。
54.本实施例提供的超声波裁切装置，切削阻力小，使用寿命长，速度快，质量稳定，无飞边毛刺和金属粉尘，工件表面外观无损伤，可切割更宽的极片，双换能器能量输出稳定。
55.本实施例还提供一种超声波裁切方法，采用上述的超声波裁切装置，包括以下步骤：
56.第一换能器2和第二换能器3同时同相位对超声波裁切刀1发射超声波；
57.超声波裁切刀1振动；
58.通过第一调幅器4和第二调幅器5调节超声波裁切刀1的振幅；
59.超声波裁切刀1裁切工件。
60.本实施例提供的超声波裁切方法，切削阻力小，使用寿命长，速度快，质量稳定，无飞边毛刺和金属粉尘，工件表面外观无损伤，可切割更宽的极片，双换能器能量输出稳定。
61.通过卡扣11以及第一换能器2与第二换能器3对超声波裁切刀1的共同约束定位，能够有效防止超声波裁切作业中超声波裁切刀1发生偏转，进而提高超声波切割的效率，改善超声波切割的效果。
62.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。