超聲波模具設計【專(zhuān)業(yè) 精密】
來(lái)源:華拓技術(shù)部門(mén) ??發(fā)布時(shí)間：2017-07-18 15:15??點(diǎn)擊：
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超聲波模具設計不像它的外形那樣簡(jiǎn)單，它是需要很多的專(zhuān)業(yè)知識和技能——如何保證焊頭能夠最經(jīng)濟的工作？如何保證焊頭能夠將超聲波換能器轉換的機械振動(dòng)能有效地傳遞到工件上，我們的工程師將每一個(gè)環(huán)節都考慮得非常充分。
超聲波熔接模具是超聲波焊接技術(shù)中最具有技術(shù)深度的一個(gè)方面。即使已經(jīng)擁有幾年的設計和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，我們還是堅信只有通過(guò)嚴格的測試和質(zhì)量控制才能生產(chǎn)出最好的超聲波焊接機模具。我們的工程師將焊頭的聲學(xué)特性和機械特性完美的結合起來(lái)，設計出最符合客戶(hù)需要的超聲波模具。
好的一套超聲波模具設計要全面做到：模具振幅參數設計、模具頻率參數設計、模具振動(dòng)節點(diǎn)設計、模具加工精度設計這4個(gè)方面。
1：超聲波模具的振幅參數設計：振幅對于需要焊接的材料來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵參數，相當于鉻鐵的溫度，溫度達不到就會(huì )熔接不上，溫度過(guò)高就會(huì )使原材料燒焦或導致結構破壞而強度變差。因其選擇的超聲波換能器不同，超聲波換能器輸出的振幅都有所不同，經(jīng)過(guò)適配不同變比的變幅桿及超聲波焊頭，能夠校正超聲波焊頭的工作振幅以符合要求，通常換能器的輸出振幅為10—20μm，而工作振幅一般為30μm左右，變幅桿及焊頭的變比同變幅桿及焊頭的形狀，前后面積比等因素有關(guān)，形狀來(lái)說(shuō)如指數型變幅、函數型變幅、階梯型變幅等，對變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。如選用的是不同的超聲波焊接機，最簡(jiǎn)單的方法是按已工作的超聲波焊頭的比例尺寸制作，能保證振幅參數的穩定。
2：超聲波模具頻率參數設計：超聲波焊接機都有一個(gè)中心頻率，例如15KHz、20KHz、35KHz、40KHz等，超聲波焊接機的工作頻率主要由超聲波換能器、變幅桿、和超聲波模具的機械共振頻率所決定，發(fā)生器的頻率根據機械共振頻率調整，以達到一致，使超聲波焊頭工作在諧振狀態(tài)，每一個(gè)部份都設計成一個(gè)半波長(cháng)的諧振體。超聲波發(fā)生器及機械共振頻率都有一個(gè)諧振工作范圍，如一般設定為±0.5KHz，在此范圍內焊接機基本都能正常工作.其每一個(gè)超聲波焊頭制作時(shí)，都會(huì )對諧振頻率作調整，要求做到諧振頻率與設計頻率誤差小于0.1KHZ，如 20KHz 超聲波焊頭，超聲波焊頭的頻率會(huì )控制在19.90—20.10 KHz，誤差為5‰。
3：超聲波模具振動(dòng)節點(diǎn)設計：超聲波焊頭、變幅桿均被設計為一個(gè)工作頻率的半波長(cháng)諧振體，在工作狀態(tài)下，兩個(gè)端面的振幅最大，應力最小，而相當于中間位置的節點(diǎn)振幅為零，應力最大。節點(diǎn)位置一般設計為固定位，但通常的固定位設計時(shí)厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定為零振幅，這樣就會(huì )引致一些叫聲和一部分的能量損失，對于叫聲通常用橡膠圈同其它部件隔離，或采用隔聲材料進(jìn)行屏蔽，能量損失在設計模具振幅參數時(shí)予以考慮。
4：超聲波模具加工精度設計：超聲波焊頭因為工作于高頻振動(dòng)情況下，應盡量保持一個(gè)對稱(chēng)設計，以避免聲波傳遞的不對稱(chēng)性導致的不均衡應力及橫向振動(dòng)（所用于焊接的超聲波焊頭利用的是超聲波振動(dòng)的縱向傳遞，對于整個(gè)諧振系統而言），不均衡振動(dòng)能導致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應用于不同行業(yè)對加工精度要求是不同的，對于特別薄的工件如鋰離子電池極片與極耳的焊接、金箔等的包覆等對加工精度的要求非常高，所有的加工設備均采用數控設備（如加工中心等），這樣才能保證加工出來(lái)的精度符合要求。
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