超聲波模具的設(shè)計(jì)與制作

1、超聲波模具的設(shè)計(jì)與制作超聲波模具的設(shè)計(jì)與制作我們生產(chǎn)的每一套焊頭和模具，不管是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，還是根據(jù)客戶 要 求定制的，都是用最好的材料制成的，同時(shí)經(jīng)過反復(fù)的測(cè)試。焊 頭的外 形、強(qiáng)度以及音頻等各種參數(shù)經(jīng)過屢次試驗(yàn)，能符合最為嚴(yán) 格的標(biāo)準(zhǔn)， 焊頭和模具到達(dá)最完美的匹配。一. 模具的振幅參數(shù)振幅，對(duì)于需要焊接的材料來說是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，相當(dāng)于輅鐵的 溫 度，溫度達(dá)不到，就會(huì)熔接不上 ; 溫度過高，就會(huì)使原材料燒焦或 導(dǎo)致 結(jié)構(gòu)破壞而強(qiáng)度變差。因?yàn)槊恳婚g公司選擇的換能器不同， 換能器輸出的振幅都有所不 同， 經(jīng)過適配不同變比的變幅桿及焊頭，能夠校正焊頭的工作振幅 以符合要 求，通常換能器的輸出振幅為10

2、-20 Um,而工作振幅一般 為30 Un左右， 變幅桿及焊頭的 ' 變比同變幅桿及焊頭的形狀、前后 而積比等因素有關(guān)。 以形狀來說，如指數(shù)型變幅、函數(shù)型變幅、階 梯型變幅等，對(duì)變比影響 很大，前后面積比與總變比成正比。假設(shè)貴 公司選用的是不同公司品牌的 焊接機(jī)，最簡(jiǎn)單的方法是，按已工作 的焊頭的比例尺寸制作，能保證振 幅參數(shù)的穩(wěn)定。二. 模具頻率參數(shù)任何公司的超聲波焊接機(jī)都有一個(gè)中心頻率，例如20KHz、 40KHz等，焊接機(jī)的工作頻率主要由換能器 仃ransducer) 變幅桿(Booster) 和焊頭 (Horn) 的機(jī)械共振頻率所決定。發(fā)生器的頻率根據(jù)機(jī)械共振頻率調(diào)整，以到達(dá)一

3、致，使焊頭工作 在 諧振狀態(tài)，每一個(gè)局部都設(shè)計(jì)成一個(gè)半波長(zhǎng)的諧振體。發(fā)生器及 機(jī)械共 振頻率都有一個(gè)諧振工作范圍，如一般設(shè)定為土 0. 5KHz,在此范圍內(nèi)， 焊接機(jī)基木都能正常工作。我們制作每一個(gè)焊頭時(shí)，都 會(huì)對(duì)諧振頻率作 調(diào)整，要求做到諧振頻率與設(shè)計(jì)頻率誤差小于0. 1KHZ,如，20KHz焊頭，我們焊頭的頻率會(huì)控制在 19. 9020. lOKHz, 誤差為 5%。三 . 振動(dòng)節(jié)點(diǎn)焊頭、變幅桿，均被設(shè)計(jì)為一個(gè)工作頻率的半波長(zhǎng)諧振體。在工 作 狀態(tài)下，兩個(gè)端面的振幅最大，應(yīng)力最小，而相當(dāng)于中間位置的 節(jié)點(diǎn)振 幅為零，應(yīng)力最大。節(jié)點(diǎn)位置一般設(shè)計(jì)為固定位，但通常的 固定位設(shè)計(jì) 時(shí)厚度要大于3m

4、m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)引致一些叫聲和一局部的能量損失， 對(duì)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(shè)計(jì)振幅 參數(shù)時(shí)予以考慮。四?加工精度超聲波焊頭，因?yàn)楣ぷ饔诟哳l振動(dòng)情況下，應(yīng)盡量保持一個(gè)對(duì)稱 設(shè) 計(jì)，以防止聲波傳遞的不對(duì)稱性導(dǎo)致的不均衡應(yīng)力及橫向振動(dòng)我 們所 用于焊接的焊頭，利用的是超聲波振動(dòng)的縱向傳遞，對(duì)于整個(gè) 諧振系統(tǒng) 而言，不均衡振動(dòng)能導(dǎo)致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應(yīng)用于不同行業(yè)，對(duì)加工精度要求是不同的。對(duì)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(duì)加工 精度的要求非常高，我們所有的加

5、工設(shè)備均采用數(shù)控設(shè)備如 加工中心 等，這樣才能保證加工出來的精度符合要求。五?模具使用壽命一只焊頭的使用壽命， 關(guān)鍵決定于兩個(gè)方面： 一、材料，二、工 藝。材料方面：超聲波焊接要求金屬材料有柔順性 聲波傳遞過程中機(jī)械損耗小 好 的特點(diǎn)，所以，最常用的材料為鋁合金及鈦合金。材料是保證超聲波模具壽命與熔接產(chǎn)品效果的主要原因之一。模 具 完成的過程是復(fù)雜的， 所以，不僅是模具工程師設(shè)計(jì)務(wù)必慎重選 擇材質(zhì)， 亦需了解本身產(chǎn)品要求該使用何種材質(zhì)，防止因疏忽而影 響其時(shí)效與品 質(zhì)?，F(xiàn)將目前各種材料的特性略述如下 ( 某公司均采用世界名牌美國(guó) ALC01公司產(chǎn)品，該公司的7075T651鋁材到達(dá)美國(guó)鋁業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì) 標(biāo)準(zhǔn) ):1. 鋁鎂合金 (7075T651, 2024T651, 6061T651)(D7075T651:使用于振動(dòng)系統(tǒng)及焊頭制造，該材料具有極高的 屈服強(qiáng)度，硬度高，熱傳導(dǎo)性強(qiáng)，是理想的超聲波模具制造材 料；(2) 2024T651： 一般使用與焊頭制造，韌性佳，熱傳導(dǎo)性強(qiáng)，硬 適中，用于一般塑膠制品；(3) 6061T651：使用于較低出力之焊頭制造，韌性佳，質(zhì)