一種多功能仿生剪刀的制作方法

本發(fā)明屬剪切工具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能仿生剪刀。

背景技術(shù)：

剪刀主要由刀把、刀刃、銷軸三部分組成，兩刃交錯，可以開合,它是將物理學中的杠桿原理應用于剪刀的設計中，以達到省力、增大壓強的目的，但剪刀在剪切的過程中存在如下問題：剪刀在對肉類、樹枝、布料等較軟的材料進行加工的過程中，由于刀刃及齒面光滑，無固定被加工物件的結(jié)構(gòu)，滑切將造成加工效率低、費力、加工困難等問題。過去，人們對剪刀的改進主要通過改變剪刀的力臂、材料及整體結(jié)構(gòu)來解決費力及磨損的問題，以提高剪刀的鋒利性和耐磨性。

剪刀刀片的結(jié)構(gòu)設計卻很少有人研究，尤其是將仿生原理應用于剪刀的結(jié)構(gòu)設計中的研究更是少之又少，剪刀的滑切問題充分地證明了這一點。目前來看對剪刀制造的理論和模型的建立并不完善，其結(jié)構(gòu)也往往是建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)上的，因此亟需在現(xiàn)有設計方法的基礎(chǔ)上，探索新的剪刀設計理論和方法。使剪刀在作業(yè)時達到高效率以及更大的作業(yè)能力,這對于提高剪刀的綜合性能,促進剪刀技術(shù)的發(fā)展有著重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

眾所周知動物經(jīng)過億萬年的進化，其功能器官及組織逐步形成了優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)并具有優(yōu)良的力學性能，如狼：其牙齒鋒利堅韌使其進食過程中獲得了較低的切割阻力而具有較高的效率，因此將狼牙的仿生曲線應用于剪刀刀刃部件，可對剪刀的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)及力學性能進行優(yōu)化。

剪刀的失效形式主要有：彎曲、斷裂和磨損，研制出高效率、低成本和耐用的剪刀，已成為剪刀的發(fā)展方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種剪切能力強、使用壽命長、工作效率高、生產(chǎn)成本低的多功能仿生剪刀。

本發(fā)明由半刀Ⅰ、半刀Ⅱ和銷軸1組成，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ中部經(jīng)銷軸1活動連接，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ以銷軸3為軸心對稱布置，其中半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的上部內(nèi)側(cè)為刀刃4，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的上部外側(cè)為刀背2，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的下部為刀柄7，剪刀的整體長度H1為155-165mm，銷軸3軸心到剪刀尾部的長度H2為75-80mm，刀柄7的寬度H3為34-37mm.剪刀上部的厚度b1為2-3mm；其中刀刃4為直線，刀刃4上設有緊密排列的鋸齒組3，刀背2為曲線，由a-b段曲線和b-c段曲線組成，c-d之間的距離s1為15-16.35mm；

a-b段曲線的數(shù)學表達式為：

y＝-0.0024x4+0.0406x3-0.2284x2-2.3782x-0.1002

其中：0<x<12.2582

b-c段曲線的數(shù)學表達式為：

y＝0.0945x4-5.1141x3+102.87x2-922.2x+3091.5

其中：12.2582<x<16.35

半刀Ⅰ的刀背2上設有刮鱗器5，刮鱗器5由鋸齒6構(gòu)成，鋸齒6設于刀背，占整個刀背的2/3，其起始點離a點距離s2為11-12mm；半刀Ⅱ中刀柄7的下端設有開瓶器8。

所述的鋸齒組3由一個大齒e和兩個小齒f組成，其中一個大齒e為具有狼牙特征的半個犬齒曲線A1繞y軸旋轉(zhuǎn)180°而成，半個犬齒曲線A1的數(shù)學表達式為：

y＝19.067x5-45.615x4+37.517x3-11.114x2+1.6431x-0.0279

其中：0<x<1.11；

一個小齒f由兩個連續(xù)的門齒邊緣曲線B構(gòu)成，其厚度為0.9mm-1.1mm，門齒邊緣曲線B的數(shù)學表達式為：

y＝-0.0008x5+0.0728x4-0.8083x3+3.0329x2-3.8417x-0.0893

其中：0<x<6.1171。

所述的鋸齒6為半個犬齒曲線A2及其對稱曲線A3組成，半個犬齒曲線A2的數(shù)學表達式為：

y＝26.413x5-55.993x4+40.663x3-10.391x2+1.4135x-0.022

其中：0<x<0.99

半個犬齒曲線A2的對稱曲線A3的數(shù)學表達式為：

y＝-26.413x5+55.993x4-40.663x3+10.391x2-1.4135x+2.2967

其中：0<x<0.99。

以上A1和A2是同一犬齒的不同比例的擬合曲線。

所述的開瓶器8其尺寸R1為6-8mm,R2為10-13mm,L1為5.5-6.5mm，L2為4.5-5.5mm，L3為11.5-12.5mm，L4為12-13.5mm，L5為11-15mm.L6為5-7mm,L7為2-3mm，β為60°-70°。

本發(fā)明采用仿生學方法，以具有典型特征的狼牙齒為仿生原型，通過對狼牙齒結(jié)構(gòu)、排列和咬合方式的分析研究，找到其在切割食物過程中低阻力、低功耗和低磨損特性的機理，設計具有仿生結(jié)構(gòu)的剪刀，并加工制備。通過與普通剪刀的對比實驗，進而對仿生剪刀作進一步的優(yōu)化，從而得到剪切性能優(yōu)良、剪切效率高的仿生剪刀。

針對剪刀刀刃易磨損，剪切費力，壽命短，本發(fā)明利用仿生學原理，對剪刀刀刃的形狀進行了再設計，使其大幅度的提高剪刀的剪切能力，提高壽命，提升工作效率，降低成本。

由于狼的犬齒專用于刺入和撕裂食物，極為鋒利和堅韌，本發(fā)明利用狼的牙齒的曲線特征，對剪刀刀刃的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行設計和改進，使其進行剪切工作時，能夠有效降低阻力，提高剪切效率，增大剪切能力，較普通不銹鋼剪刀使用壽命更長。

附圖說明

圖1為多功能仿生剪刀的主視圖

圖2為多功能仿生剪刀的尺寸標記圖

圖3為圖1中A的局部放大圖

圖4為圖1中B的局部放大圖

圖5為圖1中C的局部放大圖

圖6為仿生刀齒的左視圖

圖7為狼牙犬齒的半個犬齒曲線A1擬合圖

圖8為狼牙門齒的兩個連續(xù)門齒邊緣曲線B擬合圖

圖9為狼牙犬齒的半個犬齒曲線A2擬合圖

圖10為狼牙犬齒半個犬齒曲線A2的對稱曲線A3擬合圖

其中：Ⅰ.半刀Ⅰ Ⅱ.半刀Ⅱ 1.銷軸 2.刀背 3.鋸齒組 4.刀刃 5.刮鱗器 6.鋸齒 7.刀柄 8.開瓶器

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細闡述。

如圖1所示，本發(fā)明由半刀Ⅰ、半刀Ⅱ和銷軸1組成，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ中部經(jīng)銷軸1活動連接，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ以銷軸3為軸心對稱布置，其中半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的上部內(nèi)側(cè)為刀刃4，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的上部外側(cè)為刀背2，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的下部為刀柄7，其中刀刃4為直線，刀背2為曲線由a-b段曲線和b-c段曲線組成，c-d之間的距離s1為16.35mm。

如圖1、圖3、圖7、圖8所示，刀刃4上設有緊密排列的鋸齒組3，此鋸齒組由一個大齒e和兩個小齒f組成，其中一個大齒e為具有狼牙特征的半個犬齒曲線A1繞y軸旋轉(zhuǎn)180°而成，半個犬齒曲線A1曲線的數(shù)學表達式為：

y＝19.067x5-45.615x4+37.517x3-11.114x2+1.6431x-0.0279

其中：0<x<1.11；

一個小齒f則為兩個連續(xù)的門齒邊緣曲線B構(gòu)成，其厚度為0.9mm-1.1mm，兩個連續(xù)門齒邊緣曲線B的數(shù)學表達式為：

y＝-0.0008x5+0.0728x4-0.8083x3+3.0329x2-3.8417x-0.0893

其中：0<x<6.1171

a-b段曲線的數(shù)學表達式為：

y＝-0.0024x4+0.0406x3-0.2284x2-2.3782x-0.1002

其中：0<x<12.2582

b-c段曲線的數(shù)學表達式為：

y＝0.0945x4-5.1141x3+102.87x2-922.2x+3091.5

其中：12.2582<x<16.35

如圖1、圖4、圖9、圖10所示，半刀Ⅰ的刀背2上設有刮鱗器5，刮鱗器5由鋸齒6構(gòu)成，鋸齒6設于刀背2上一段。占整個刀背2的2/3，其起始點離a點距離s2為10-12mm。鋸齒6為半個犬齒曲線A2及其對稱曲線A3組成，半個犬齒曲線A2的數(shù)學表達式為：

y＝26.413x5-55.993x4+40.663x3-10.391x2+1.4135x-0.022

其中：0<x<0.99

半個犬齒曲線A2的對稱曲線A3的數(shù)學表達式為：

y＝-26.413x5+55.993x4-40.663x3+10.391x2-1.4135x+2.2967

其中：0<x<0.99

以上半個犬齒曲線A1和半個犬齒曲線A2是同一犬齒的不同比例的擬合曲線。

如圖1和圖5所示，半刀Ⅱ中刀柄7的下端設有開瓶器8。其尺寸R1為6-8mm,R2為10-13mm,L1為5.5-6.5mm，L2為4.5-5.5mm，L3為11.5-12.5mm，L4為12-13.5mm，L5為11-15mm.L6為5-7mm,L7為2-3mm，β為60°-70°。

如圖2和圖6所示，此剪刀的整體長度H1為155-165mm，銷軸3軸心到剪刀尾部位置的長度H2為75-80mm，刀柄7嵌套的塑料為軟聚氯乙烯，采用壓注成型,刀柄7的寬度H3為34-37mm.剪刀上部的厚度b1為2-3mm。本發(fā)明采用高硬度不銹鋼材料，其洛氏硬度為59HRC。