超聲波模具的設計與製作講解

你可能經常會有這樣的想法：超聲波模具的設計和生產一定是非常的簡單。千萬不要被誤導了!下面YJBYS小編為你講解如下：

當使用一個加工不當或是未經過調諧的焊頭，將給你的生產帶來昂貴的損失——它會破壞焊接效果，甚至更嚴重的會直接導致換能器或發生器的損壞。

因此，超聲波模具的設計，絕不像它的外形那樣簡單，相反，需要很多的專業知識和技能，那麼，如何保證焊頭能夠最經濟地工作?如何保證焊頭能夠將換能器轉換的機械振動能有效地傳遞到工件上，形成持續穩定的焊接?

超聲波模具，是超聲波技術中最具有技術深度的一個方面。即使已經擁有幾年的設計和開發經驗，我們還是堅信，只有通過嚴格的測試和質量控制，才能生產出最好的焊頭。我們的工程師將焊頭的聲學特性和機械特性完美地結合起來，設計出最符合客户需要的產品。

我們生產的每一套焊頭和模具，不管是標準產品，還是根據客户要求定製的，都是用最好的材料製成的，同時經過反覆的測試。焊頭的外形、強度以及音頻等各種參數經過多次試驗，能符合最為嚴格的標準，焊頭和模具達到最完美的匹配。

　　一.模具的振幅參數

振幅，對於需要焊接的材料來説是一個關鍵參數，相當於鉻鐵的温度，温度達不到，就會熔接不上;温度過高，就會使原材料燒焦或導致結構破壞而強度變差。

因為每一間公司選擇的換能器不同，換能器輸出的振幅都有所不同，經過適配不同變比的變幅杆及焊頭，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，變幅杆及焊頭的變比同變幅杆及焊頭的形狀、前後面積比等因素有關。以形狀來説，如指數型變幅、函數型變幅、階梯型變幅等，對變比影響很大，前後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，最簡單的方法是，按已工作的焊頭的比例尺寸製作，能保證振幅參數的穩定。

　　二.模具頻率參數

任何公司的超聲波焊接機都有一箇中心頻率，例如20KHz、40KHz等，焊接機的工作頻率主要由換能器(Transducer)、變幅杆(Booster)和焊頭(Horn)的機械共振頻率所決定。

發生器的頻率根據機械共振頻率調整，以達到一致，使焊頭工作在諧振狀態，每一個部分都設計成一個半波長的諧振體。發生器及機械共振頻率都有一個諧振工作範圍，如一般設定為±0.5KHz，在此範圍內，焊接機基本都能正常工作。我們製作每一個焊頭時，都會對諧振頻率作調整，要求做到諧振頻率與設計頻率誤差小於0.1KHZ，如，20KHz焊頭，我們焊頭的頻率會控制在19.90-20.10KHz，誤差為5‰。

　　三.振動節點

焊頭、變幅杆，均被設計為一個工作頻率的半波長諧振體。在工作狀態下，兩個端面的振幅最大，應力最小，而相當於中間位置的.節點振幅為零，應力最大。節點位置一般設計為固定位，但通常的固定位設計時厚度要大於3mm，或者是凹槽固定，所以，固定位並不是一定為零振幅，這樣就會引致一些叫聲和一部分的能量損失，對於叫聲，通常用橡膠圈同其它部件隔離，或採用隔聲材料進行屏蔽;能量損失在設計振幅參數時予以考慮。

　　四.加工精度

超聲波焊頭，因為工作於高頻振動情況下，應儘量保持一個對稱設計，以避免聲波傳遞的不對稱性導致的不均衡應力及橫向振動(我們所用於焊接的焊頭，利用的是超聲波振動的縱向傳遞，對於整個諧振系統而言)，不均衡振動能導致焊頭髮熱及斷裂。

超聲波焊接應用於不同行業，對加工精度要求是不同的。對於特別薄的工件，如鋰離子電池極片與極耳的焊接、金箔等的包覆等，對加工精度的要求非常高，我們所有的加工設備均採用數控設備(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

一隻焊頭的使用壽命，關鍵決定於兩個方面：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(聲波傳遞過程中機械損耗小)好的特點，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品效果的主要原因之一。模具完成的過程是複雜的，所以，不僅是模具工程師設計務必慎重選擇材質，亦需瞭解本身產品要求該使用何種材質，避免因疏忽而影響其時效與品質。

現將目前各種材料的特性略述如下(某公司均採用世界名牌美國ALCOL公司產品，該公司的7075T651鋁材達到美國鋁業行業協會AAA標準)：

1.鋁鎂合金(7075T651，2024T651，6061T651)

(1)7075T651：使用於振動系統及焊頭製造，該材料具有極高的機械屈服強度，硬度高，熱傳導性強，是理想的超聲波模具製造材料;

(2)2024T651：一般使用與焊頭製造，韌性佳，熱傳導性強，硬度適中，用於一般塑膠製品;

(3)6061T651：使用於較低出力之焊頭製造，韌性佳，質較軟。

2.鈦合金

用於連續發振的機種，韌性較高，熱傳導佳，硬度高，而成本昂貴。

3.國產硬質鋁合金

國產料，用於普通鋁材加工，熱傳導低，對超音波機械損耗高，成本低。