超聲波模具設計【專業(yè) 精密】
來源:華拓技術部門 ??發(fā)布時間：2017-07-18 15:15??點擊：
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超聲波模具設計不像它的外形那樣簡單，它是需要很多的專業(yè)知識和技能——如何保證焊頭能夠最經濟的工作？如何保證焊頭能夠將超聲波換能器轉換的機械振動能有效地傳遞到工件上，我們的工程師將每一個環(huán)節(jié)都考慮得非常充分。
超聲波熔接模具是超聲波焊接技術中最具有技術深度的一個方面。即使已經擁有幾年的設計和開發(fā)經驗，我們還是堅信只有通過嚴格的測試和質量控制才能生產出最好的超聲波焊接機模具。我們的工程師將焊頭的聲學特性和機械特性完美的結合起來，設計出最符合客戶需要的超聲波模具。
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、模具振動節(jié)點設計、模具加工精度設計這4個方面。
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說是一個關鍵參數，相當于鉻鐵的溫度，溫度達不到就會熔接不上，溫度過高就會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，經過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，形狀來說如指數型變幅、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(wěn)定。
2：超聲波模具頻率參數設計：超聲波焊接機都有一個中心頻率，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)，每一個部份都設計成一個半波長的諧振體。超聲波發(fā)生器及機械共振頻率都有一個諧振工作范圍，如一般設定為±0.5KHz，在此范圍內焊接機基本都能正常工作.其每一個超聲波焊頭制作時，都會對諧振頻率作調整，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控制在19.90—20.10 KHz，誤差為5‰。
3：超聲波模具振動節(jié)點設計：超聲波焊頭、變幅桿均被設計為一個工作頻率的半波長諧振體，在工作狀態(tài)下，兩個端面的振幅最大，應力最小，而相當于中間位置的節(jié)點振幅為零，應力最大。節(jié)點位置一般設計為固定位，但通常的固定位設計時厚度要大于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，或采用隔聲材料進行屏蔽，能量損失在設計模具振幅參數時予以考慮。
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情況下，應盡量保持一個對稱設計，以避免聲波傳遞的不對稱性導致的不均衡應力及橫向振動（所用于焊接的超聲波焊頭利用的是超聲波振動的縱向傳遞，對于整個諧振系統(tǒng)而言），不均衡振動能導致焊頭發(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的精度符合要求。
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