专利名称：管切割器的制作方法
技术领域：
本申请涉及切割装置领域，并且更具体地涉及用于切割例如管等具有圆形横截面的工件的工具的改进。尽管将结合通过手动操作用于切割塑料管的手动管切割设备来描述优选实施方式，但是应理解，本发明可以应用于包括用于切割、剪切或以其它方式将力作用于相关工件的装置的其它领域。
背景技术：
在此之前，已经提供了多种用于切割特征为在商业和家用水系统中使用的塑料管，例如schedule 40PVC管的管切割器。这种切割器已经包括剪切式切割器，例如在Aubriot的专利6,513,245和King的专利6,658,738中所示的那些，其中待切割的管被支撑在所述切割器的支架部分上，并且刀片围绕固定枢轴线可移动，以切割置于所述支架和刀片之间的管。在King的专利中，所述枢轴线是可调节的以适应不同直径的管的切割。
需要手柄的挤压动作的剪切式切割器需要使用者在该部件上施加非常大的力气以完成切割操作，尤其是对于较大直径的管。在这方面部分地，这些工具需要使用者在挤压所述手柄时沿相反的方向摇动或转动所述管和切割器以施加切割载荷。此外，对于大直径管的初始切割，掌距(hand span)小的使用者难以将所需的闭合力作用在所述手柄上以实现对所述管的初始切割，并且通常不得不用双手握持所述手柄以开始切割。
在此之前可见到的另一种类型的管切割器包括用于支撑待切割的管的支架和通过棘轮机构朝向所述支架间歇地移动的枢转切割颚(jaw)或刀片。虽然对于每个间歇切割，所述棘轮机构允许所述切割器手柄相对于彼此的较小的行程，由此使用者能在没有大的掌距的情况下操作所述切割器，但是切割器结构复杂并且切割操作需要所述棘齿手柄相对于所述切割头的许多次连续的移动以完成切割操作，尤其是对于大直径管。因此，比所期望的要需要更多的劳动和时间。
除了这些管切割器，已经提供了许多金属剪切和修剪装置，其中所述切割器的手柄的操作提供了切割刀片相对于在切割操作期间物体被压靠在其上的砧表面等的分割移动。例如，在Herr的专利2,508,790、Boyer的专利2,528,816和Compton的专利2,564,154中示出了这种剪切器。这些切割装置具有一对彼此枢轴地互连的手柄，枢转地连接到其中一个手柄上的切割刀片和在所述刀片和所述另一手柄之间的例如销和槽装置等机构，通过该机构，响应于所述手柄相对于彼此的闭合，所述刀片在剪切和切割动作中移动。为了让使用者能仅仅用一个手抓握和闭合所述手柄，在使用具有这种特征的剪切器的切割期间带刀片角行程小于相对于彼此闭合所述手柄所需要的角位移，由此限制了待切割物体的直径。而且，通过剪切和切断动作的结合获得切割，由此在整个所述切割行程中为了实现切割在手柄上所需要的力是非常一致的。
发明内容
根据本申请，提供一种尤其用于上面所提到的类型的塑料管的改进的管切割器，其有利地能以比在此之前所需要的用于闭合所述切割器的所述手柄以实现所述切割操作更小的力实现大直径管，例如1-3/8英寸的管的单个行程切割。在这一点上更具体地，所述切割器的特征是具有用于支撑待切割的管的支架的第一手柄，枢转地连接到所述第一手柄的第二手柄，连接到所述第二手柄以与第二手柄一起移动且相对于第二手柄移动的切割刀片，和在所述切割刀片和所述第一手柄之间的销和槽互相接合结构，通过该接合结构所述切割刀片相对于所述支架从打开位置到闭合位置的角位移大于所述手柄的角位移以获得这种刀片位移。因此对于给定的手柄位移，获得比在此之前可能的切割行程更长的切割行程，从而使得能通过使用者单个行程、单手操作所述切割器实现大直径管的切割。
根据本申请的另一方面，提供了一种尤其用于上面所提到的类型的塑料管的改进的管切割器，其有利地为所述管切割器的使用者提供机械效益。在本申请的这个方面，槽配置成提供所述刀片相对于所述支架的位移，以初始施加较高的切割力，在所述较高的切割力之后过渡到较低的切割力和较高的刀片位移速率。因此，使用者能更接近所述手柄之间的枢轴轴线而握持所述切割器的打开的手柄，从而使得更好地握持所述手柄并且然后，当所述切割行程在进行中时，使用者能更接近所述手柄外端而握持所述手柄，并且施加与在所述手更接近所述枢轴轴线的情况下初始施加的力相同的切割力。在这方面，当过渡到较小的切割力时，使用者邻近手柄外端握持所述手柄增加了杠杆作用并且因此在完成所述切割操作期间能获得初始力。
因此，本申请的首要目标是提供一种尤其用于塑料管的改进的管切割器。
另一目标是提供一种改进的管切割器，所述管切割器的特征是具有一对彼此枢轴地互连的手柄和枢转地连接到其中一个手柄并且与另一个手柄互连的刀片，用于所述手柄从打开位置到闭合位置的位移，以将所述刀片相对于被切割的管从打开位置枢转地移动到闭合位置。
再一目标是提供一种具有前述特征的管切割器，其中所述刀片从所述打开位置到所述闭合位置的角位移大于所述手柄从所述打开位置到所述闭合位置的角位移。
更进一步的目标是提供一种具有前述特征的管切割器，其使得能使用比在此之前使用者需要作用在所述部位上的体力更小的体力而获得的管的单行程切割。
再一目标是提供一种具有前述特征的管切割器，其在管的初始切割期间提供高杠杆作用，之后在切割操作完成时提供低杠杆作用和高切割速率。
结合在下文中关于附图中所示出的本发明的优选实施方式的书面描述，前述的目标以及其它目标部分是显而易见的，并且部分在下文中被更完全指出。
图1是根据优选实施方式的管切割设备的透视图； 图2是根据本申请且如图1所示的管切割器的分解的透视图； 图3是图1和2的管切割器的切割刀片的平面图； 图4a、4b和4c是本发明工具的局部横截面图，示出了它的所述手柄部分和所述刀片部分之间的运动的相对范围； 图5是本发明工具的平面图，在局部横截面中示出了置于其上的自由体受力图；和 图6是曲线图，示出了在所述手柄的行程的度数范围内本发明工具提供的机械效益。
具体实施例方式 现在更详细地参考附图，其中所述附图的目的是为了示出本发明的优选实施方式并且不是为了限定本发明。图1示出了处于部分打开位置的本发明管切割设备10的透视图，且图2是分解透视图，示出了本发明工具中的各种优选部件及它们的优选布置。
如这些图所示，管切割器10的优选形式包括在手柄轴线14处与第二长形构件16枢转地连接的第一长形构件12，和在刀片轴线22处与所述第二长形构件16枢转地连接的切割刀片20，如图所示。在所示的优选实施方式中，由手柄半部12a和12b形成所述第一长形构件12，每个所述手柄半部具有第一端24和相反的第二端26。端24设置有相应的弧形支架部分30，当所述切割器被组装时，弧形支架部分30提供用于支撑待切割的管的支架区域。所述第一长形构件12的相反端26设置有在其使用期间用于抓握所述切割工具10的第一手柄部分28。在所述第一长形构件12的基本居中位置设置有第一引导部分32，该第一引导部分32用于以将在下面更详细地描述的方式引导所述切割刀片20相对于所述第一和第二长形构件12、16的运动，以提供增加的切割范围，提高的机械效益(mechanical advantage)和其它好处。
在所示的优选实施方式中，所述切割工具10包括通过销40枢转地安装到所述第一长形构件12的第二长形构件16，所述销40具有接纳在每个所述手柄半部12a、12b的销支撑部42内的相反端(在图2中只有一个销支撑部是可见的)，由此所述第二长形构件16和所述枢轴销40被连接在所述组装的手柄半部12a、12b之间。总的来说，所述第二长形构件16包括第一和第二端44、46，所述第一端44在所述手柄轴线14处与所述第一长形构件12枢转地连接，并且所述第二自由端46形成所述工具的第二手柄部分48。所述第二手柄部分被构造成与所述第一手柄部分28配成一对，并且一起通过手动握持和操作本发明的切割工具10。
所述切割工具10进一步包括通过刀片枢轴销50枢转地安装在所述第二长形构件16上的切割刀片20，所述刀片枢轴销50延伸穿过所述切割刀片20中的刀片销孔52。所述刀片枢轴销50具有被接纳于由所述第二长形构件16形成的销支撑部对54内的相反端，在图2中只有一个销支撑部是可见的。在这种方式中，所述切割刀片20在大体上平行于所述手柄轴线14的刀片轴线22上围绕所述刀片枢轴销50可移动。本领域技术人员应理解，所述切割刀片20在与所述手柄轴线和所述切割刀片轴线14、22中的每一个垂直地延伸的平面内可枢轴地移动。
现在具体参考图3，图3示出了从所述第一和第二长形构件12、16拆卸的所述切割刀片20，所述刀片销孔52形成在所述切割刀片的第一端60上并且切割刃62形成在所述切割刀片的与所述第一端60相反的第二端64上。此外，第二引导部分66设置在所述切割刀片上，在所述第一和第二端60、64之间，如图所示。所述第二引导部分66与在所述第一长形构件12上设置的所述第一引导部分32相互配合以在所述工具的使用期间实现所述切割刀片20相对于所述第一和第二构件12、16的期望的运动。在优选形式中，所述第二引导部分66形成接纳凸轮从动件的长形凸轮槽70，在本实施方式中所述凸轮从动件是销70和辊子74的形式。所述销72具有接纳在形成于所述手柄半部12a、12b中的销槽76中的相反两端，在图2中只有销槽76中的一个是可见的，由此所述从动件和所述切割刀片20被连接在所述组装的手柄半部之间。扭簧78安装在所述手柄半部12a、12b之间，与所述凸轮从动件同轴，并且具有分别与所述第一和第二手柄接合以朝着相对于彼此的打开位置偏压所述手柄的相反端。所述凸轮槽70具有预定形状并且被形成在在间隔开的端壁84、86之间延伸的间隔开的长形侧壁80、82之间。在优选方式中，如图所示，所述凸轮槽80是大体L形，但是能采用包括大体上直槽、月牙、弧形、多个相连接的弧形和任何其它规则的和不规则的选定形状的任何形状以实现如上述的本发明工具的好处。将会认识到，所述槽的形状部分取决于本发明工具的其它部件的尺寸。
如同在图4a、4b和4c中示意性所述，所述切割刀片20相对于所述第二长形构件16围绕所述刀片轴线22以上面所描述的方式可枢转。基本上，当朝向所述第一长形构件12闭合所述第二长形构件16时，通过所述刀片枢轴销50促使所述切割刀片20向前的相互作用将所述切割刀片20向前推进到形成工作区域的空腔90内。同时，伴随着所述刀片相对于所述第二长形构件的枢转运动，所述第一和第二引导部分32、66互相配合以促使带有所述切割刃的所述切割刀片的所述第二端64在所述空腔区域90内进行弧形运动。更具体地，所述优选管切割被构造成使所述第一和第二长形构件12、16之间的围绕所述手柄轴线12的枢转运动能够转过在如图4a所示的打开位置和如图4c所示的完全闭合位置之间的第一角Φ1，在所述打开位置处所述第一和第二手柄部分28、48处于完全间隔开的位置，在所述完全闭合位置处所述第一和第二手柄部分28、48紧密对准(close alignment)。图4b示出了在图4a所示的完全打开位置和图4c所示的完全闭合位置之间的中间手柄位置。在所示的手动工具的优选实施方式中，所述第一角Φ1是大约85.5度。
与如上所述的所述手柄部分的通过所述第一角的运动一起，所述切割刀片被转动并且向前移动到所述空腔区域90中，以切割被布置在所述支架部分30内的相关管。最初，所述切割刀片20被布置在缩回位置，在所述缩回位置处所述切割刀片20的所述切割刃62与所述第一长形构件12的所述支架部分30间隔开。然而，所述切割刀片围绕所述刀片轴线22枢转地运动经过在图4a所示的所述缩回位置和图4c所示的展开位置之间的第二角Φ2，在所述展开位置处所述切割刃62被带到通过所述支架部分和所述空腔90。在它的优选方式中，所述第二角是大约91.3度。
除了上面的之外，重点需注意本发明的工具10在所述缩回位置和所述展开位置之间的所述第二角的第一部分X上提供一提高的机械效益和在切割刀片运动的大体上展开的区域上提供较低的机械效益Y区域。在所述切割刀片的较高的机械效益和较低的机械效益之间的过渡发生在所述切割刀片穿过所述空腔90的大约中间行程上。基本上，在整个手柄前进过程中，刀片行程与手柄行程的比率是经常地变化的。总的来说，如同上所述，总刀片行程大于总手柄行程。优选地，对于手柄沿闭合方向前进的每一度，所述刀片前进的量是不同的，因此与标准剪切切割器相比，可能允许在采用较小的掌距切割较大尺寸的管。根据优选实施方式，手柄行程每增加5度，所述刀片转动运动是在大约8.2度和大约4.4度的运动之间。下面提供示出各自的手柄和刀片运动的图表。
如同上面所指出的那样，应理解，本发明切割工具为所述工具使用者在切割塑料管方面提供了最优的机械效益。更具体地，相对于相等地并且相对地作用在所述第一和第二长形构件12、16的手柄部分28、48上并且进而实现由所述切割刀片20的切割刃62作用在相关圆形工件例如塑料管上的压缩力FC的作用力FA，提供了机械效益MA。图5示出了置于形成本发明切割工具10的机械连接机构的横截面图上的自由体受力图。如图所示，作用力FA被作用在距离所述手柄轴线14的距离E处。在所述第一长形构件12保持固定的情况下，所述作用力FA将所述第二长形构件16从图4a所示的打开位置移动到图4c所示的闭合位置，以实现所述相关圆形工件100的切割。
如上所述，第二长形构件16的手柄部分28围绕所述手柄轴线14的枢转运动促使所述切割刀片20向前通过分别形成在所述第一长形构件12和所述切割刀片20上的所述第一和第二引导部分32、66。而且，在所述第二长形构件16的运动期间实现所述切割刀片的枢转运动。如图5所示，所述第一引导部分32的所述销72上所设置的所述辊子74在所述凸轮槽70的所述第一侧壁80上产生反作用载荷力FL，以反作用于作用到所述工件199上的切割力FC。如本领域技术人员所理解，在垂直于它们各自的载荷表面的方向上产生所述载荷力FL和所述切割力FC。就所述载荷力FL而言，所述力沿垂直于第一侧壁80的表面的方向被作用在所述第一侧壁80上。类似地，所述切割力FC沿垂直于相关工件100的表面的方向被作用到所述相关工件100上。
总的来说，在图4a中的X所示的工件的整个切割行程的初始部分过程中，本发明切割工具10提供机械效益MA。为了示出本发明切割工具的优选实施方式的利益，图6示出了当切割具有一英寸(1”)标称外直径(实际外径是1.315英寸)的标准塑料管形式的相关工件时由本发明工具实现的机械效益的曲线图。如图所示，当所述切割工具的所述手柄在打开位置时所述机械效益最大，以使得所述使用者能用打开的手握持所述工具并且更加容易地挤压和切割所述工件。这种情况发生在所述手柄被操作为在大约90度和大约70度之间时。典型地当然，相比于打开位置，当所述手在更加完全闭合位置时使用者具有更大的手劲。通过在手处于打开位置的操作阶段期间提供额外的机械效益，本发明工具补偿在手处于打开位置时减少的机械效益。当使用者的手闭合时，尽管在工具的第一部分上实现的所述机械效益被稍微减少，但是通过使用者的力量容易克服这一点。这种情况在所述手柄被操作处于大约70度和大约35度时发生。
再次参考图5，由所述工具提供的所述机械效益取决于所述工具的尺寸和几何形状以及由所述切割刀片20形成的所述槽70的形状。在图5中，所述刀片轴线22沿垂直于所述切割力FC的方向与所述切割力FC间隔开第一距离A。也如那里所示，所述手柄轴线14在垂直于所述切割力FC的方向上与所述切割力FC间隔开第二距离B。此外，所述手柄轴线14在垂直于所述载荷力FL的方向上与所述载荷力FL间隔开第三距离C。而且，如上所述，所述作用力FA被作用在距离所述手柄轴线14的距离E处。最后，所述刀片轴线22在垂直于所述载荷力FL的方向上与所述载荷力FL间隔开第四距离D，以提供机械效益MA，其中 已经参考优选实施方式描述了示范性的实施方式。对于阅读和理解了前面的详细描述的其它人，本发明显然地可以有变形和改变。所述示范性的实施方式旨在被解释包括落入附属权利要求或其等效权利要求的范围中的所有这种改进和改变。
权利要求
1.一种切割工具，包括
第一长形构件，具有第一端、与所述第一端相反的第二自由端和第一引导部分，所述第一端形成适于将相关圆形工件接纳于其中的支架部分，所述第二自由端形成用于握持所述切割工具的第一手柄部分，所述第一引导部分位于所述第一长形构件上，在所述支架部分和所述手柄部分之间的位置处；
第二长形构件，具有第一端和与所述第一端相反的第二自由端，所述第一端在位于所述第一长形构件上邻近所述支架部分的手柄轴线处与所述第一长形构件枢转地连接，所述第二自由端形成用于握持所述切割工具的第二手柄部分；和
切割刀片，具有第一端、与所述第一端相反的第二端和第二引导部分，所述第一端在位于所述第二长形构件上在所述第一端和所述第二手柄部分之间的刀片轴线处与所述第二长形构件枢转地连接，所述第二端带有切割刃，所述第二引导部分与所述第一长形构件的所述第一引导部分可操作地相连接，以在所述第一和第二长形构件之间围绕所述手柄轴线相对运动期间控制所述切割刀片围绕所述刀片轴线的枢转运动。
2.如权利要求1所述的切割工具，其中
所述第一和第二长形构件围绕所述手柄轴线在打开位置和闭合位置之间可枢转地移动经过第一角Φ1，在所述打开位置处所述第一和第二手柄部分间隔开，在所述闭合位置处所述第一和第二手柄部分紧密对准；并且，
所述切割刀片围绕所述刀片轴线在缩回位置和展开位置之间可枢转地移动经过第二角Φ2，在所述缩回位置处所述切割刀片的所述切割刃与所述第一长形构件的所述支架部分间隔开，在所述展开位置处所述切割刃被带到通过所述支架部分。
3.如权利要求2所述的切割工具，其中所述第二角Φ2大于所述第一角Φ1。
4.如权利要求3所述的切割工具，其中
响应于所述第一和第二长形构件从所述打开位置到所述闭合位置枢转地移动经过大约85.5度的所述第一角Φ1，所述切割刀片从所述缩回位置到所述展开位置可枢转地移动经过大约93.1度的所述第二角Φ2，以切割接纳于所述支架部分中的所述相关工件。
5.如权利要求4所述的切割工具，其中
所述第一和第二长形构件在所述打开位置和所述闭合位置之间移动经过所述第一角Φ1的运动根据预定关系推动所述切割刃的经过所述第二角Φ2的所述枢转运动。
6.如权利要求5所述的切割工具，其中在所述第一角Φ1和所述第二角Φ2之间的所述预定关系基本上大体上为
Φ2＝(1.02)Φ1-0.98。
7.如权利要求5所述的切割工具，其中所述预定关系包括其中所述第二角Φ2是所述第一角Φ1的非线性函数的关系。
8.如权利要求7所述的切割工具，其中所述第二角Φ2与所述第一角Φ1的非线性函数大体上是
Φ2＝(7.0E-05)Φ13-(6.04E-03)Φ12+(1.1)Φ1+0.170。
9.如权利要求2所述的切割工具，其中
所述第一引导部分包括从所述第一长形构件沿着引导销轴线延伸的引导销；并且，
所述第二引导部分包括形成在所述切割刀片中且适于将所述引导销接纳于其中的长形槽。
10.如权利要求9所述的切割工具，其中所述手柄轴线、所述刀片轴线和所述引导销轴线中的每一个彼此平行地延伸。
11.如权利要求9所述的切割工具，其中
所述长形槽形成于所述切割刀片中，在延伸于间隔开的端壁之间的间隔开的长形第一和第二相对侧壁之间；并且，
所述引导销被配置成接合所述长形槽的所述第一和第二侧壁，以当所述第一和第二长形构件在所述打开和闭合位置之间移动时推动所述切割刀片和所述第二长形构件之间的相对运动。
12.如权利要求9所述的切割工具，其中所述长形槽具有预定形状。
13.如权利要求9所述的切割工具，其中所述长形槽具有大体L形状、直线形状、月牙形状、弧形形状、不规则形状、和多个互相连接的弧的形状之一。
14.如权利要求2所述的切割工具，其中
所述第一和第二长形构件适于接收在与所述手柄轴线的距离为驱动距离E处作用到所述第一和第二手柄部分的驱动力FA，并且适于响应于被正作用到所述第一和第二手柄部分的所述驱动力FA，相对于所述第一和第二长形构件从所述打开位置移动到所述闭合位置；并且，
响应于所述第一和第二长形构件的所述移动，所述切割刀片从所述缩回位置可枢转地移动到所述伸展位置，以用所述切割刃接合所述圆形工件，从而在垂直于所述相关圆形工件的外表面并且延伸通过所述圆形工件的中心的切割力方向上产生作用于所述工件的切割力FC。
15.如权利要求14所述的切割工具，其中
形成在所述切割刀片中的所述长形槽的所述第一侧壁被配置成在作用到所述第一和第二手柄部分的所述驱动力FA和作用到所述相关圆形工件的所述切割力FC之间传递载荷力FL，所述载荷力FL沿与所述长形槽的所述第一侧壁垂直的方向延伸并且被引导为通过在所述第一长形构件上的所述引导销。
16.如权利要求15所述的切割工具，其中
所述第一和第二长形构件与所述切割刀片的相对尺寸以及所述手柄轴线、所述刀片轴线和所述引导销轴线之间的相对距离被选择以实现机械效益MA，其中MA＝FC/FA，且对于外直径为大约1.315英寸的相关圆形工件在2.1-16.1的范围内。
17.如权利要求16所述的切割工具，其中
所述刀片轴线在垂直于所述切割力FC的方向上与所述切割力FC间隔开第一距离A；
所述手柄轴线在垂直于所述切割力FC的方向上与所述切割力FC间隔开第二距离B；
所述手柄轴线在垂直于所述载荷力FL的方向上与所述载荷力FL间隔开第三距离C；并且，
所述刀片轴线在垂直于所述载荷力FL的方向上与所述载荷力FL间隔开第四距离D，以提供在所述切割工具内的机械效益MA，其中
全文摘要
一种切割工具(10)，包括支承切割刀片(20)的第一(12)和第二(15)长形构件，所述切割刀片(20)与所述第二长形构件枢转地相连并且与所述第一长形构件可滑动地相连，以能以增加的机械效益切割管状工件。所述工具的特征是具有用于支撑待切割的管的支架(30)的第一手柄(28)，枢转地连接到所述第一手柄的第二手柄(48)，连接到所述第二手柄的切割刀片，和在所述切割刀片和所述第一手柄之间的销(72)和槽(70)相互接合结构，通过该接合结构所述切割刀片相对于所述支架从打开位置到闭合位置的角位移大于所述手柄的实现这种刀片位移的角位移。所述槽构造提供了较高的初始切割力，随后过渡到较低的切割力和较高的刀片位移速率。
文档编号B26B17/00GK101605637SQ200780048968
公开日2009年12月16日 申请日期2007年7月18日 优先权日2006年12月15日
发明者尼亚亚迪施·S·南德库玛, 帕萨克·S·西塔查兰, 戴维·L·马乔维纳, 史蒂文·M·麦克赛, 格伦·R·查蒂尔 申请人:艾默生电气公司