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專家解疑_超聲波模具專題,教你如何選做專業(yè)的超聲波焊接模具

2015/5/20 14:15:16 15275次瀏覽

專家解疑_超聲波模具專題,教你如何選做專業(yè)的超聲波焊接模具

自動多點超聲波焊接機(jī) 

一、 超聲波模具制作工藝簡介

對不同的焊接對象需要有不同工具頭,不管是近場焊接還是傳輸焊接,只有半波長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)物體振動時會發(fā)出聲音??茖W(xué)家們將每秒

鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率,它的單位是赫茲。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為20~20,000赫茲。當(dāng)聲波的振動頻率

大于20000赫茲或小于20赫茲時,我們便聽不見了。因此,我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“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???/span>

用于測距,測速,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

個物體振動的能量與振動頻率成正比,超聲波在介質(zhì)中傳播時,介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很高,因而能量很大.在我國北方干燥的冬季,

如果把超聲波通入水罐中,劇烈的振動會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而破碎。

超聲波模具的設(shè)計和生產(chǎn)一定是非常的簡單。千萬不要被誤導(dǎo),當(dāng)使用一個加工不當(dāng)或是未經(jīng)過調(diào)諧的焊頭,將給你的生產(chǎn)帶

來昂貴的損失——它會破壞焊接效果,甚至更嚴(yán)重的會直接導(dǎo)致?lián)Q能器或發(fā)生器的損壞。

因此超聲波模具的設(shè)計絕不像它的外形那樣簡單,相反需要很多的專業(yè)知識和技能——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

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)深度的一個方面。即使已經(jīng)擁有幾年的設(shè)計和開發(fā)經(jīng)驗,我們還是堅信只有通過嚴(yán)格的

測試和質(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,設(shè)計出最符合客戶需要

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)客戶要求定制的,都是用最好的材料制成的同時經(jīng)過反復(fù)的測試。焊

頭的外形、強(qiáng)度以及音頻等各種參數(shù)經(jīng)過多次試驗,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)計要注意哪些因素

我們在制做一套超聲波模具時,首先是先設(shè)計,合理的設(shè)計是非常的重要,設(shè)計好壞會直接影響到生產(chǎn)出來的模具是否合格,以下是

詳細(xì)的介紹:超聲波模具設(shè)計要注意哪些因素:

1:節(jié)省超聲波模具制造成本:首先要結(jié)合本廠機(jī)械加工設(shè)備狀況來設(shè)計零件具體結(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間:零件結(jié)構(gòu)設(shè)時盡量將其加工方法簡單化,能共用的零件盡量本廠標(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點就我們在設(shè)計超聲波模具要注意的因素,這樣生產(chǎn)出來的超聲波精密度才好,才合格.

三、 超聲波模具的設(shè)計與制作

你可能經(jīng)常會有這樣的想法:超聲波模具的設(shè)計和生產(chǎn)一定是非常的簡單。千萬不要被誤導(dǎo),當(dāng)使用一個加工不當(dāng)或是未經(jīng)過調(diào)

諧的焊頭,將給你的生產(chǎn)帶來昂貴的損失——它會破壞焊接效果,甚至更嚴(yán)重的會直接導(dǎo)致?lián)Q能器或發(fā)生器的損壞。

因此超聲波模具的設(shè)計絕不像它的外形那樣簡單,相反需要很多的專業(yè)知識和技能——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)深度的一個方面。即使已經(jīng)擁有幾年的設(shè)計和開發(fā)經(jīng)驗,我們還是堅信只有通過嚴(yán)格的測

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,設(shè)計出最符合客戶需要的產(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)客戶要求定制的,都是用最好的材料制成的同時經(jīng)過反復(fù)的測試。焊頭

的外形、強(qiáng)度以及音頻等各種參數(shù)經(jīng)過多次試驗,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)

振幅對于需要焊接的材料來說是一個關(guān)鍵參數(shù),相當(dāng)于鉻鐵的溫度,溫度達(dá)不到就會熔接不上,溫度過高就會使原材料燒焦或?qū)?/span>

致結(jié)構(gòu)破壞而強(qiáng)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(jīng)過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),形狀來說如指數(shù)型變幅、函數(shù)型變幅、階梯型變幅等,對變比影響很大,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),每一個部份都設(shè)計成一個半波長的諧振體。發(fā)生器及機(jī)械共振頻率都有一個諧振工作范圍,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.我們制作每一個焊頭時,都會對諧振頻率作調(diào)整,要求做到諧振頻率與設(shè)計頻率誤差小于0.1 KHZ,

如 20KHz 焊頭,我們焊頭的頻率會控制在19.90—20.10 KHz,誤差為5‰</a>

3、 振動節(jié)點

焊頭、變幅桿均被設(shè)計為一個工作頻率的半波長諧振體,在工作狀態(tài)下,兩個端面的振幅最大,應(yīng)力最小,而相當(dāng)于中間位置的

節(jié)點振幅為零,應(yīng)力最大。節(jié)點位置一般設(shè)計為固定位,但通常的固定位設(shè)計時厚度要大于3mm,或者是凹槽固定,所以固定位

并不是一定為零振幅,這樣就會引致一些叫聲和一部分的能量損失,對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)計振幅參數(shù)時予以考慮</a>

4、 加工精度

超聲波焊頭因為工作于高頻振動情況下,應(yīng)盡量保持一個對稱設(shè)計,以避免聲波傳遞的不對稱性導(dǎo)致的不均衡應(yīng)力及橫向振動

(我們所用于焊接的焊頭利用的是超聲波振動的縱向傳遞,對于整個諧振系統(tǒng)而言),不均衡振動能導(dǎo)致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波

焊接應(yīng)用于不同行業(yè)對加工精度要求是不同的,對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(聲波傳遞過程中機(jī)械損耗?。┖玫奶攸c,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,模具完成的過程是復(fù)雜的。所以不僅是模具工程師設(shè)計務(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ALCOL公司產(chǎn)品,該公司的7075-T651鋁材達(dá)到美國鋁業(yè)行業(yè)協(xié)會AAA標(biāo)準(zhǔn))

一、鋁鎂合金(7075-T651,2024-T651,6061-T651)

1、7075T651:使用于振動系統(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、國產(chǎn)硬質(zhì)鋁合金:國產(chǎn)料,用于普通鋁材加工,熱傳導(dǎo)低,對超音波機(jī)械損耗高,成本 低。


生產(chǎn)一付超聲波模具,要考慮以下各項因素:
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)能線的形式,位置,大小。在不同的塑料組合時,

應(yīng)怎樣設(shè)計接觸位?





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