一、 超聲波模具制作工藝簡(jiǎn)介
對(duì)不同的焊接對(duì)象需要有不同工具頭，不管是近場(chǎng)焊接還是傳輸焊接，只有半波長(zhǎng)的工具頭才能使焊接端面達(dá)到最大的振幅。
工具頭，有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種，塑料焊接機(jī)用聲學(xué)系統(tǒng)工具頭，所用材料通常為鋁合金，其端面鍍硬質(zhì)合
金，功率較大時(shí)也有用鈦合金材料制成的，該材料疲勞強(qiáng)度比鋁合金高一倍多。
超聲波塑料焊接機(jī)由于使用場(chǎng)合及焊接材料不同，焊接尺寸大小不一樣，其規(guī)格也是各式各樣的。其輸出功率從手工焊接機(jī)
的幾十瓦到大型機(jī)的幾千瓦頻率一般在15KHz到40KHz范圍內(nèi)。 我們知道，當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出聲音。科學(xué)家們將每秒
鐘振動(dòng)的次數(shù)稱(chēng)為聲音的頻率，它的單位是赫茲。我們?nèi)祟?lèi)耳朵能聽(tīng)到的聲波頻率為20～20，000赫茲。當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率
大于20000赫茲或小于20赫茲時(shí)，我們便聽(tīng)不見(jiàn)了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱(chēng)為“超聲波”。通常用于醫(yī)學(xué)
診斷的超聲波頻率為1～5兆赫。超聲波具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。可
用于測(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接，碎石等。在醫(yī)學(xué),軍事,工業(yè),農(nóng)業(yè)上有明顯的作用. 理論研究表明,在振幅相同的條件下,一
個(gè)物體振動(dòng)的能量與振動(dòng)頻率成正比,超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率很高,因而能量很大.在我國(guó)北方干燥的冬季,
如果把超聲波通入水罐中,劇烈的振動(dòng)會(huì)使罐中的水破碎成許多小霧滴,再用小風(fēng)扇把霧滴吹入室內(nèi),就可以增加室內(nèi)空氣濕度.
這就是超聲波加濕器的原理.對(duì)于咽喉炎.氣管炎等疾病,藥品很難血流到打患病的部位.利用加濕器的原理,把藥液霧化,讓病人
吸入,能夠療效.利用超聲波巨大的能量還可以使人體內(nèi)的結(jié)石做劇烈的受迫振動(dòng)而破碎。
超聲波模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一定是非常的簡(jiǎn)單。千萬(wàn)不要被誤導(dǎo)，當(dāng)使用一個(gè)加工不當(dāng)或是未經(jīng)過(guò)調(diào)諧的焊頭，將給你的生產(chǎn)帶
來(lái)昂貴的損失——它會(huì)破壞焊接效果，甚至更嚴(yán)重的會(huì)直接導(dǎo)致?lián)Q能器或發(fā)生器的損壞。
因此超聲波模具的設(shè)計(jì)絕不像它的外形那樣簡(jiǎn)單，相反需要很多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能——如何保證焊頭能夠最經(jīng)濟(jì)的工作？如何
保證焊頭能夠?qū)Q能器轉(zhuǎn)換的機(jī)械振動(dòng)能有效地傳遞到工件上，形成持續(xù)穩(wěn)定的焊接——我們的工程師將每一個(gè)
環(huán)節(jié)都考慮得非常充分。
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。即使已經(jīng)擁有幾年的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，我們還是堅(jiān)信只有通過(guò)嚴(yán)格的
測(cè)試和質(zhì)量控制才能生產(chǎn)出最好的焊頭。我們的工程師將焊頭的聲學(xué)特性和機(jī)械特性完美的結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)出最符合客戶(hù)需要
的產(chǎn)品。
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(hù)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 鈦合金超聲波模具的標(biāo)準(zhǔn)，焊頭和模具達(dá)到最完美的匹配。
二、 超聲波模具設(shè)計(jì)要注意哪些因素
我們?cè)谥谱鲆惶壮暡＞邥r(shí),首先是先設(shè)計(jì),合理的設(shè)計(jì)是非常的重要,設(shè)計(jì)好壞會(huì)直接影響到生產(chǎn)出來(lái)的模具是否合格,以下是
詳細(xì)的介紹:超聲波模具設(shè)計(jì)要注意哪些因素:
1:節(jié)省超聲波模具制造成本:首先要結(jié)合本廠(chǎng)機(jī)械加工設(shè)備狀況來(lái)設(shè)計(jì)零件具體結(jié)構(gòu)，其次是超聲波模具零件盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。2:量縮短超聲波模具制造時(shí)間:零件結(jié)構(gòu)設(shè)時(shí)盡量將其加工方法簡(jiǎn)單化，能共用的零件盡量本廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化。
3:短超聲波模具注塑成型周期:進(jìn)澆要快、冷卻時(shí)間要短、要便于取出制品等。
4:超聲音模具使用安全可靠，便于維修，盡可能留有改良余地。
5:高超聲波模具使用壽命，模具強(qiáng)度校核和模具材質(zhì)的選擇要合理。
以上5點(diǎn)就我們?cè)谠O(shè)計(jì)超聲波模具要注意的因素,這樣生產(chǎn)出來(lái)的超聲波精密度才好,才合格.
三、 超聲波模具的設(shè)計(jì)與制作
你可能經(jīng)常會(huì)有這樣的想法：超聲波模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一定是非常的簡(jiǎn)單。千萬(wàn)不要被誤導(dǎo)，當(dāng)使用一個(gè)加工不當(dāng)或是未經(jīng)過(guò)調(diào)
諧的焊頭，將給你的生產(chǎn)帶來(lái)昂貴的損失——它會(huì)破壞焊接效果，甚至更嚴(yán)重的會(huì)直接導(dǎo)致?lián)Q能器或發(fā)生器的損壞。
因此超聲波模具的設(shè)計(jì)絕不像它的外形那樣簡(jiǎn)單，相反需要很多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能——如何保證焊頭能夠最經(jīng)濟(jì)的工作？如何保
證焊頭能夠?qū)Q能器轉(zhuǎn)換的機(jī)械振動(dòng)能有效地傳遞到工件上，形成持續(xù)穩(wěn)定的焊接——我們的工程師將每一個(gè)環(huán)節(jié)
都考慮得非常充分。
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。即使已經(jīng)擁有幾年的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，我們還是堅(jiān)信只有通過(guò)嚴(yán)格的測(cè)
試和質(zhì)量控制才能生產(chǎn)出最好的焊頭。我們的工程師將焊頭的聲學(xué)特性和機(jī)械特性完美的結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)出最符合客戶(hù)需要的產(chǎn)
品。
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(hù)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。
1、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)?/span>
致結(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)，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。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</a>
2、 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、40 KHz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)部份都設(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±0.5 KHz，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0.1 KHZ，
如 20KHz 焊頭，我們焊頭的頻率會(huì)控制在19.90—20.10 KHz，誤差為5‰</a>
3、 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</a>
4、 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(chēng)設(shè)計(jì)，以避免聲波傳遞的不對(duì)稱(chēng)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。
5、 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好（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于熔接產(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：（
均采用世界名牌美國(guó)ALCOL公司產(chǎn)品，該公司的7075-T651鋁材達(dá)到美國(guó)鋁業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì)AAA標(biāo)準(zhǔn)）
一、鋁鎂合金(7075-T651,2024-T651,6061-T651)1、7075T651：使用于振動(dòng)系統(tǒng)及Horn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HORN制造，軔性佳，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HORN制造，軔性佳，質(zhì)較軟。
二、鈦合金： 用于連續(xù)發(fā)振的機(jī)種，軔性較高，熱傳導(dǎo)佳，硬度高，而成本昂貴。
三、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。
１、 產(chǎn)品的要求： 決定模具的使用壽命，磨損率，因而決定采用何種金屬。
２、 產(chǎn)品的形狀： 采用何種熔接工藝，設(shè)定模具的大小，壓力傳達(dá)區(qū)，產(chǎn)品在熔合時(shí)可能產(chǎn)生的變形，需要多大功率和何種功能
。是否可以一次熔接 完成工作。
３、 產(chǎn)品的塑料性質(zhì)：決定模具的工作震幅，那一件工作應(yīng)接受超聲能量，導(dǎo)能線(xiàn)的形式，位置，大小。在不同的塑料組合時(shí)，
應(yīng)怎樣設(shè)計(jì)接觸位？
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