超聲波模具是怎樣設計的
2018.06.07
超聲波模具是怎樣設計的
一只焊頭的使用壽命關鍵決定于兩個方面：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（聲波傳遞過程中機械損耗小）好的特點，所以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品效果的主要原因之一，模具完成的過程是復雜的。所以不僅是模具工程師設計務必慎重選擇材質，亦需了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。
一、鋁鎂合金(7075-T651,2024-T651,6061-T651)
1、7075T651：使用于振動系統及Horn制造，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制造材料；
2、2024T651：一般使用與HORN制造，軔性佳，熱傳導性強，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，質較軟。
二、鈦合金： 用于連續發振的機種，軔性較高，熱傳導佳，硬度高，而成本昂貴。
三、國產硬質鋁合金：國產料，用于普通鋁材加工，熱傳導低，對超音波機械損耗高，成本低。
生產一付超聲波模具，要考慮以下各項因素：
１、 產品的要求： 決定模具的使用壽命，磨損率，因而決定采用何種金屬。
２、 產品的形狀： 采用何種熔接工藝，設定模具的大小，壓力傳達區，產品在熔合時可能產生的變形，需要多大功率和何種功能。是否可以一次熔接 完成工作。
３、 產品的塑料性質：決定模具的工作震幅，那一件工作應接受超聲能量，導能線的形式，位置，大小。在不同的塑料組合時，應怎樣設計接觸位？
４、 優質的售后服務
超聲波模具設計包括超聲波模具振幅，超聲波模具模具頻率參數，超聲波模具加工精度，超聲波模具使用壽命以下內容
1、超聲波模具振幅
振幅對于需要焊接的材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，形狀來說如指數型變幅、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。貴公司選用的是不同公司品牌的焊接機，簡單的方法是按已工作的焊頭的比例尺寸制作，能保證振幅參數的穩定
2、 超聲波模具模具頻率參數
任何公司的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，每一個部份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范圍，如一般設定為±0.5 KHz，在此范圍內焊接機基本都能正常工作.我們制作每一個焊頭時，都會對諧振頻率作調整，要求做到諧振頻率與設計頻率誤差小于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‰
3、 超聲波模具振動節點
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，兩個端面的振幅大，應力小，而相當于中間位置的節點振幅為零，應力大。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，或采用隔聲材料進行屏蔽，能量損失在設計振幅參數時予以考慮
4、 超聲波模具加工精度
超 聲波焊頭因為工作于高頻振動情況下，應盡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，對于整個諧振系統而言），不均衡振動能導致焊頭發熱及斷裂。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，我們所有的加工設備均采用數控設備（如加工中心等），這樣才能保證加工出來的精度符合要 求。
一只焊頭的使用壽命關鍵決定于兩個方面：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（聲波傳遞過程中機械損耗小）好的特點，所以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品效果的主要原因之一，模具完成的過程是復雜的。所以不僅是模具工程師設計務必慎重選擇材質，亦需了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。
一、鋁鎂合金(7075-T651,2024-T651,6061-T651)
1、7075T651：使用于振動系統及Horn制造，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制造材料；
2、2024T651：一般使用與HORN制造，軔性佳，熱傳導性強，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，質較軟。
二、鈦合金： 用于連續發振的機種，軔性較高，熱傳導佳，硬度高，而成本昂貴。
三、國產硬質鋁合金：國產料，用于普通鋁材加工，熱傳導低，對超音波機械損耗高，成本低。
生產一付超聲波模具，要考慮以下各項因素：
１、 產品的要求： 決定模具的使用壽命，磨損率，因而決定采用何種金屬。
２、 產品的形狀： 采用何種熔接工藝，設定模具的大小，壓力傳達區，產品在熔合時可能產生的變形，需要多大功率和何種功能。是否可以一次熔接 完成工作。
３、 產品的塑料性質：決定模具的工作震幅，那一件工作應接受超聲能量，導能線的形式，位置，大小。在不同的塑料組合時，應怎樣設計接觸位？
４、 優質的售后服務
超聲波模具設計包括超聲波模具振幅，超聲波模具模具頻率參數，超聲波模具加工精度，超聲波模具使用壽命以下內容
1、超聲波模具振幅
振幅對于需要焊接的材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，形狀來說如指數型變幅、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。貴公司選用的是不同公司品牌的焊接機，簡單的方法是按已工作的焊頭的比例尺寸制作，能保證振幅參數的穩定
2、 超聲波模具模具頻率參數
任何公司的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，每一個部份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范圍，如一般設定為±0.5 KHz，在此范圍內焊接機基本都能正常工作.我們制作每一個焊頭時，都會對諧振頻率作調整，要求做到諧振頻率與設計頻率誤差小于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‰
3、 超聲波模具振動節點
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，兩個端面的振幅大，應力小，而相當于中間位置的節點振幅為零，應力大。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，或采用隔聲材料進行屏蔽，能量損失在設計振幅參數時予以考慮
4、 超聲波模具加工精度
超 聲波焊頭因為工作于高頻振動情況下，應盡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，對于整個諧振系統而言），不均衡振動能導致焊頭發熱及斷裂。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，我們所有的加工設備均采用數控設備（如加工中心等），這樣才能保證加工出來的精度符合要 求。
