超声波模具的设计方法

时间:2019-08-06 点击:

从我们接触的客户中,会有客户提到超声波模具。可见超声波模具也是有一定市场的,那么什么是超声波模具呢?

超声波模具为超声波塑料焊接机配合使用,目的在于对塑料产品进行焊接。超声波塑料焊接机由于使用场合及焊接材料不同,焊接尺寸大小不一样,其规格也是各式各样的。

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超声波模具在设计中主要有三个参数要设计:模具的振幅参数、模具频率参数、模具振动节点设计、模具加工精度设计

模具的振幅参数设计: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。因其选择的换能器不同,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。如选用的是不同的焊机,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。


模具频率参数设计: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。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.其制作每一个焊头时,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,焊头的频率会控制在19.90—20.10 KHz,误差为5‰。


模具振动节点设计: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,能量损失在设计模具振幅参数时予以考虑。


模具加工精度设计: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(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,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。

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