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  • 超聲波模具的設(shè)計(jì)與制作

    時(shí)間:2024-09-22 00:56:18 模具設(shè)計(jì) 我要投稿

    超聲波模具的設(shè)計(jì)與制作

      超聲波模具,是超聲波技術(shù)中最具有技術(shù)深度的一個(gè)方面。今天小編就給大家講講超聲波模具的設(shè)計(jì)與制作,大家一起來(lái)看看吧。

      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(guò)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(guò)多次試驗(yàn),能符合最為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),焊頭和模具達(dá)到最完美的匹配。

      一.模具的振幅參數(shù)

      振幅,對(duì)于需要焊接的材料來(lái)說(shuō)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;溫度過(guò)高,就會(huì)使原材料燒焦或?qū)е陆Y(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(guò)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10-20μm,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)。以形狀來(lái)說(shuō),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。若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(Transducer)、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,以達(dá)到一致,使焊頭工作在諧振狀態(tài),每一個(gè)部分都設(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±0.5KHz,在此范圍內(nèi),焊接機(jī)基本都能正常工作。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19.90-20.10KHz,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(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),以避免聲波傳遞的不對(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(lái)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(guò)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(guò)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),避免因疏忽而影響其時(shí)效與品質(zhì)。

      現(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)ALCOL公司產(chǎn)品,該公司的7075T651鋁材達(dá)到美國(guó)鋁業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì)AAA標(biāo)準(zhǔn)):

      1.鋁鎂合金(7075T651,2024T651,6061T651)

      (1)7075T651:使用于振動(dòng)系統(tǒng)及焊頭制造,該材料具有極高的機(jī)械屈服強(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),硬度適中,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)較軟。

      2.鈦合金

      用于連續(xù)發(fā)振的機(jī)種,韌性較高,熱傳導(dǎo)佳,硬度高,而成本昂貴。

      3.國(guó)產(chǎn)硬質(zhì)鋁合金

      國(guó)產(chǎn)料,用于普通鋁材加工,熱傳導(dǎo)低,對(duì)超音波機(jī)械損耗高,成本低。

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