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超声波模具设计方法

超声波模具设计包括超声波模具振幅,超声波模具模具频率参数,超声波模具加工精度,超声波模具使用寿命以下内容

1、超声波模具振幅

振幅对于需要焊接的材料来说是一个关键参数,相当于铬铁的温度,温度达不到就会熔接不上,温度过高就会使原材料烧焦或导致结构破坏而强度变差。因为每一间公 司选择的换能器不同,换能器输出的振幅都有所不同,经过适配不同变比的变幅杆及焊头,能够校正焊头的工作振幅以符合要求,通常换能器的输出振幅为1020μm,而工作振幅一般为30μm左 右,变幅杆及焊头的变比同变幅杆及焊头的形状,前后面积比等因素有关,形状来说如指数型变幅、函数型变幅、阶梯型变幅等,对变比影响很大,前后面积比与总 变比成正比。贵公司选用的是不同公司品牌的焊接机,最简单的方法是按已工作的焊头的比例尺寸制作,能保证振幅参数的稳定

2 超声波模具模具频率参数

任何公司的超声波焊接机都有一个中心频率,例如20KHz40 KHz等,焊接机的工作频率主要由换能器(Transducer)、变幅杆(Booster)、和焊头(Horn)的机械共振频率所决定,发生器的频率根据机械共振频率调整,以达到一致,使焊头工作在谐振状态,每一个部份都设计成一个半波长的谐振体。发生器及机械共振频率都有一个谐振工作范围,如一般设定为±0.5 KHz,在此范围内焊接机基本都能正常工作.我们制作每一个焊头时,都会对谐振频率作调整,要求做到谐振频率与设计频率误差小于0.1 KHZ,如 20KHz 焊头,我们焊头的频率会控制在19.9020.10 KHz,误差为5

3 超声波模具振动节点

焊头、变幅杆均被设计为一个工作频率的半波长谐振体,在工作状态下,两个端面的振幅最大,应力最小,而相当于中间位置的节点振幅为零,应力最大。节点位置一般设计为固定位,但通常的固定位设计时厚度要大于3mm,或者是凹槽固定,所以固定位并不是一定为零振幅,这样就会引致一些叫声和一部分的能量损失,对于叫声通常用橡胶圈同其它部件隔离,或采用隔声材料进行屏蔽,能量损失在设计振幅参数时予以考虑

4 超声波模具加工精度

超 声波焊头因为工作于高频振动情况下,应尽量保持一个对称设计,以避免声波传递的不对称性导致的不均衡应力及横向振动(我们所用于焊接的焊头利用的是超声波 振动的纵向传递,对于整个谐振系统而言),不均衡振动能导致焊头发热及断裂。超声波焊接应用于不同行业对加工精度要求是不同的,对于特别薄的工件如锂离子 电池极片与极耳的焊接、金箔等的包覆等对加工精度的要求非常高,我们所有的加工设备均采用数控设备(如加工中心等),这样才能保证加工出来的精度符合要 求。

5、超声波模具使用寿命

一只焊头的使用寿命关键决定于两个方面:一、材料,二、工艺

材料方面:超声波焊接要求金属材料有柔顺性好(声波传递过程中机械损耗小)好的特点,所以最常用的材料为铝合金及钛合金

材料是保证超声波模具寿命于熔接产品效果的主要原因之一,模具完成的过程是复杂的。所以不仅是模具工程师设计务必慎重选择材质,亦需了解本身产品要求该使用何种材质,避免因疏忽而影响其时效与品质。

一、铝镁合金(7075-T651,2024-T651,6061-T651)

17075T651:使用于振动系统及Horn制造,该材料具有极高的机械屈服强度,硬度高,

热传导性强,是理想的超声波模具制造材料;

22024T651:一般使用与HORN制造,轫性佳,热传导性强,硬度适中,用于一般塑胶制品。

36061T651:使用于较低出力之HORN制造,轫性佳,质较软。

二、钛合金: 用于连续发振的机种,轫性较高,热传导佳,硬度高,而成本昂贵。

三、国产硬质铝合金:国产料,用于普通铝材加工,热传导低,对超音波机械损耗高,成本低。

生产一付超声波模具,要考虑以下各项因素:

 1、 产品的要求: 决定模具的使用寿命,磨损率,因而决定采用何种金属。

 2、 产品的形状: 采用何种熔接工艺,设定模具的大小,压力传达区,产品在熔合时可能产生的变形,需要多大功率和何种功能。是否可以一次熔接 完成工作。

3、 产品的塑料性质:决定模具的工作震幅,那一件工作应接受超声能量,导能线的形式,位置,大小。在不同的塑料组合时,应怎样设计接触位?

4、 优质的售后服务

[来源:原创] [作者:国创电气] [日期:13-09-11]
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