一、超聲波模具怎樣設(shè)計(jì)

超聲波模具設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜的工作，需求依據(jù)模具資料，尺寸以及機(jī)器頻率，聲學(xué)原理等要素綜合思索。簡單的說，超聲波模具開槽目的是毀壞超聲波傳輸中產(chǎn)生的橫波，普通開槽是在1/2橫波波長位置，這主要是依據(jù)聲學(xué)原理來考量。至于模具為什么要做成上下寬度不一樣，主要是思索增加出力，原理相似于將聲波出力放大。一個(gè)好的模具是焊接穩(wěn)定的最重要前提，假如模具設(shè)計(jì)不好會(huì)招致一些列焊接問題，如焊接不平均，模具發(fā)熱，噪音，以至開裂等等。

超聲波模具的縱向共振頻率也就是其工作頻率,它必需與換能器振動(dòng)系統(tǒng)的共振頻率堅(jiān)持分歧, 否則將招致振動(dòng)系統(tǒng)縱向工作效率降落 。 而工具的橫向共振則必需盡量抑止。模具的振動(dòng)可分以下三種狀態(tài):

(1)超聲波模具的橫向尺寸遠(yuǎn)小于縱向尺寸, 普通請求2倍以上, 即l,≥2lx, l,≥21y,橫向諧振頻率遠(yuǎn)高于其縱向共振頻率, 因而, 橫向振動(dòng)對縱向振動(dòng)影響不大, 超聲波模具為什么要開槽工具振動(dòng)相似于沿Z 方向的細(xì)長棒的一維縱振動(dòng),此時(shí),能夠應(yīng)用一維理論設(shè)計(jì)超聲波模具可以滿足適用上的精度請求。

(2)在模具的兩個(gè)橫向尺寸中,其中之一遠(yuǎn)小于模具的縱向尺寸, 即滿足12)21,(或l,)但模具的另一個(gè)橫向尺寸較大, 接近或超越模具的縱向尺寸, 此時(shí)聲波的輻射面為一狹長的矩形面, 對應(yīng)于較小尺寸方向上的橫向振動(dòng)能夠疏忽不計(jì), 但是對應(yīng)于較大尺寸方向上的橫向共振頻率與縱向共振頻率比擬接近,兩者將互相作用。因而,該方向上的橫向振動(dòng)對縱向產(chǎn)生較大的影響。此時(shí), 一維理論不再適用, 必需應(yīng)用揺合振動(dòng)理論來剖析、 研討及設(shè)計(jì)此類系統(tǒng), 且此橫向振動(dòng)應(yīng)加以抑止。

( 3 )超聲波模具的兩個(gè)橫向尺寸皆與其縱向尺寸可相比較, 此時(shí)工具的聲波輻射面為一長與寬相差不大的大尺寸短形面,工具的縱向共振頻率與其兩個(gè)橫向共振頻率比擬接近。在這種狀況下,由于泊松效應(yīng)的影響,工具在縱向共振的同時(shí), 在其兩個(gè)橫向也產(chǎn)生較強(qiáng)的振動(dòng)?？v振動(dòng)與橫振動(dòng)之問的互相編合使工具的縱向振動(dòng)狀態(tài)發(fā)作變化,此時(shí),假如仍采用一維理論來計(jì)算及設(shè)計(jì)工具, 理論與實(shí)驗(yàn)將呈現(xiàn)較大的誤差,因而,必需應(yīng)用上述細(xì)合振動(dòng)理論對工具的三維相合振動(dòng)停止研討。并且為了保證工具的工作效率及其輻射面上位移散布的平均性, 必需對其兩個(gè)方向的橫向振動(dòng)分別加以有效的抑止。

二、淺談超聲波模具的設(shè)計(jì)辦法

模具的振幅參數(shù)設(shè)計(jì)：振幅關(guān)于需求焊接的資料來說是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，相當(dāng)于鉻鐵的溫度，溫度達(dá)不到就會(huì)熔接不上，溫渡過高就會(huì)使原資料燒焦或招致構(gòu)造毀壞而強(qiáng)度變差。因其選擇的換能器不同，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，可以校正焊頭的工作振幅以契合請求，通常換能器的輸出振幅為10—20μm，而工作振幅普通為30μm左右，變幅桿及焊頭的變比同變幅桿及焊頭的外形，前后面積比等要素有關(guān)，外形來說如指數(shù)型變幅、函數(shù)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。如選用的是不同的焊機(jī)，最簡單的辦法是按已工作的焊頭的比例尺寸制造，能保證振幅參數(shù)的穩(wěn)定。

模具頻率參數(shù)設(shè)計(jì)：超聲波焊接機(jī)都有一個(gè)中心頻率，例如20KHz、40 KHz等，焊接機(jī)的工作頻率主要由換能器(Transducer)、變幅桿(Booster)、和焊頭(Horn)的機(jī)械共振頻率所決議，發(fā)作器的頻率依據(jù)機(jī)械共振頻率調(diào)整，以到達(dá)分歧，使焊頭工作在諧振狀態(tài)，每一個(gè)部份都設(shè)計(jì)成一個(gè)半波長的諧振體。發(fā)作器及機(jī)械共振頻率都有一個(gè)諧振工作范圍，如普通設(shè)定為±0.5 KHz，在此范圍內(nèi)焊接機(jī)根本都能正常工作.其制造每一個(gè)焊頭時(shí)，都會(huì)對諧振頻率作調(diào)整，請求做到諧振頻率與設(shè)計(jì)頻率誤差小于0.1 KHZ，如 20KHz 焊頭，焊頭的頻率會(huì)控制在19.90—20.10 KHz，誤差為5‰。

模具振動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：焊頭、變幅桿均被設(shè)計(jì)為一個(gè)工作頻率的半波長諧振體，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)位置普通設(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)引致一些叫聲和一局部的能量損失，關(guān)于叫聲通常用橡膠圈同其它部件隔離，或采用隔聲資料停止屏蔽，能量損失在設(shè)計(jì)模具振幅參數(shù)時(shí)予以思索。

模具加工精度設(shè)計(jì)：超聲波焊頭由于工作于高頻振動(dòng)狀況下，應(yīng)盡量堅(jiān)持一個(gè)對稱設(shè)計(jì)，以防止聲波傳送的不對稱性招致的不平衡應(yīng)力及橫向振動(dòng)(所用于焊接的焊頭應(yīng)用的是超聲波振動(dòng)的縱向傳送，關(guān)于整個(gè)諧振系統(tǒng)而言)，不平衡振動(dòng)能招致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應(yīng)用于不同行業(yè)對加工精度請求是不同的，關(guān)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請求十分高，一切的加工設(shè)備均采用數(shù)控設(shè)備(如加工中心等)，這樣才干保證加工出來的精度契合請求。