一、超聲波模具怎樣設計

超聲波模具設計是一個非常復雜的工作，需求依據模具資料，尺寸以及機器頻率，聲學原理等要素綜合思索。簡單的說，超聲波模具開槽目的是毀壞超聲波傳輸中產生的橫波，普通開槽是在1/2橫波波長位置，這主要是依據聲學原理來考量。至于模具為什么要做成上下寬度不一樣，主要是思索增加出力，原理相似于將聲波出力放大。一個好的模具是焊接穩定的最重要前提，假如模具設計不好會招致一些列焊接問題，如焊接不平均，模具發熱，噪音，以至開裂等等。

超聲波模具的縱向共振頻率也就是其工作頻率,它必需與換能器振動系統的共振頻率堅持分歧, 否則將招致振動系統縱向工作效率降落 。 而工具的橫向共振則必需盡量抑止。模具的振動可分以下三種狀態:

(1)超聲波模具的橫向尺寸遠小于縱向尺寸, 普通請求2倍以上, 即l,≥2lx, l,≥21y,橫向諧振頻率遠高于其縱向共振頻率, 因而, 橫向振動對縱向振動影響不大, 超聲波模具為什么要開槽工具振動相似于沿Z 方向的細長棒的一維縱振動,此時,能夠應用一維理論設計超聲波模具可以滿足適用上的精度請求。

(2)在模具的兩個橫向尺寸中,其中之一遠小于模具的縱向尺寸, 即滿足12)21,(或l,)但模具的另一個橫向尺寸較大, 接近或超越模具的縱向尺寸, 此時聲波的輻射面為一狹長的矩形面, 對應于較小尺寸方向上的橫向振動能夠疏忽不計, 但是對應于較大尺寸方向上的橫向共振頻率與縱向共振頻率比擬接近,兩者將互相作用。因而,該方向上的橫向振動對縱向產生較大的影響。此時, 一維理論不再適用, 必需應用揺合振動理論來剖析、 研討及設計此類系統, 且此橫向振動應加以抑止。

( 3 )超聲波模具的兩個橫向尺寸皆與其縱向尺寸可相比較, 此時工具的聲波輻射面為一長與寬相差不大的大尺寸短形面,工具的縱向共振頻率與其兩個橫向共振頻率比擬接近。在這種狀況下,由于泊松效應的影響,工具在縱向共振的同時, 在其兩個橫向也產生較強的振動。縱振動與橫振動之問的互相編合使工具的縱向振動狀態發作變化,此時,假如仍采用一維理論來計算及設計工具, 理論與實驗將呈現較大的誤差,因而,必需應用上述細合振動理論對工具的三維相合振動停止研討。并且為了保證工具的工作效率及其輻射面上位移散布的平均性, 必需對其兩個方向的橫向振動分別加以有效的抑止。

二、淺談超聲波模具的設計辦法

模具的振幅參數設計：振幅關于需求焊接的資料來說是一個關鍵參數，相當于鉻鐵的溫度，溫度達不到就會熔接不上，溫渡過高就會使原資料燒焦或招致構造毀壞而強度變差。因其選擇的換能器不同，換能器輸出的振幅都有所不同，經過適配不同變比的變幅桿及焊頭，可以校正焊頭的工作振幅以契合請求，通常換能器的輸出振幅為10—20μm，而工作振幅普通為30μm左右，變幅桿及焊頭的變比同變幅桿及焊頭的外形，前后面積比等要素有關，外形來說如指數型變幅、函數型變幅、階梯型變幅等，對變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。如選用的是不同的焊機，最簡單的辦法是按已工作的焊頭的比例尺寸制造，能保證振幅參數的穩定。

模具頻率參數設計：超聲波焊接機都有一個中心頻率，例如20KHz、40 KHz等，焊接機的工作頻率主要由換能器(Transducer)、變幅桿(Booster)、和焊頭(Horn)的機械共振頻率所決議，發作器的頻率依據機械共振頻率調整，以到達分歧，使焊頭工作在諧振狀態，每一個部份都設計成一個半波長的諧振體。發作器及機械共振頻率都有一個諧振工作范圍，如普通設定為±0.5 KHz，在此范圍內焊接機根本都能正常工作.其制造每一個焊頭時，都會對諧振頻率作調整，請求做到諧振頻率與設計頻率誤差小于0.1 KHZ，如 20KHz 焊頭，焊頭的頻率會控制在19.90—20.10 KHz，誤差為5‰。

模具振動節點設計：焊頭、變幅桿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，而相當于中間位置的節點振幅為零，應力最大。節點位置普通設計為固定位，但通常的固定位設計時厚度要大于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局部的能量損失，關于叫聲通常用橡膠圈同其它部件隔離，或采用隔聲資料停止屏蔽，能量損失在設計模具振幅參數時予以思索。

模具加工精度設計：超聲波焊頭由于工作于高頻振動狀況下，應盡量堅持一個對稱設計，以防止聲波傳送的不對稱性招致的不平衡應力及橫向振動(所用于焊接的焊頭應用的是超聲波振動的縱向傳送，關于整個諧振系統而言)，不平衡振動能招致焊頭發熱及斷裂。超聲波焊接應用于不同行業對加工精度請求是不同的，關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請求十分高，一切的加工設備均采用數控設備(如加工中心等)，這樣才干保證加工出來的精度契合請求。