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工作原理

超声波模具设计制造

时间:2024-03-19 13:52:19 点击:133次

超声波模具设计主要包括以下五个方面:


1、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,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。

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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20KHz、40 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。


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,两个端面的振幅大,应力小,而相当于中间位置的节点振幅为零,应力大。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10—20μm,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。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。


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。


超声波模具的设计和生产一定是非常的简单。千万不要被误导,当使用一个加工不当或是未经过调谐的焊头,将给你的生产带来昂贵的损失——它会破坏焊接效果,甚至更严重的会直接导致换能器或发生器的损坏。因此超声波模具的设计绝不像它的外形那样简单,相反需要很多的专业知识和技能——如何保证焊头能够经济的工作?如何保证焊头能够将换能器转换的机械振动能有效地传递到工件上,我们需要将每一个环节都考虑得非常充分。



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