超音波模具涉及的幾個(gè)參數(shù)
作者：萬(wàn)氏機(jī)械
超音波模具涉及的幾個(gè)參數(shù):
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)е陆Y(jié)構(gòu)破壞而強(qiáng)度變差。因?yàn)槊恳粋�(gè)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模具，能夠校正模具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，變幅桿及模具的變比同變幅桿及模具的形狀，前后面積比等因素有關(guān)，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。對(duì)于不同公司品牌的焊接機(jī)，最簡(jiǎn)單的方法是按已工作的模具的比例尺寸制作，能保證振幅參數(shù)的穩(wěn)定。
2、 模具頻率參數(shù)
目前市面上所出現(xiàn)的任何一款超音波焊接機(jī)都有一個(gè)中心頻率，例如15 KHz、20KHz、28 KHz、35 KHz、40 KHz等，焊接機(jī)的工作頻率主要由換能器（Transducer）、變幅桿（Booster）、和模具（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，使模具工作在諧振狀態(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)模具時(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 模具，我們模具的頻率會(huì)控制在19.90—20.10 KHz，誤差為5‰。
3、 振動(dòng)節(jié)點(diǎn)
模具、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。
4、 加工精度
超音波模具因?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)（我們所用于焊接的模具利用的是超音波振動(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)致模具發(fā)熱及斷裂。超音波焊接應(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、材料方面
超音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）的特點(diǎn)，所以最常用的材料為鋁合金及鈦合金（昆山明豐超音波 0512-57861570 13912668570）。
材料是保證超聲波模具（HORN）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：（明豐超音波均采用世界名牌美國(guó)ALCOL公司產(chǎn)品，該公司的7075T651鋁材達(dá)到美國(guó)鋁業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì)AAA標(biāo)準(zhǔn)）
一、鋁鈦合金（7075、2024、6061-T651）：
7075T651：一般使用于振動(dòng)系統(tǒng)及HORN制造，硬度高、熱傳導(dǎo)性強(qiáng)、韌性佳。
2024T651：一般使用于HORN制造，韌性佳、熱傳導(dǎo)性強(qiáng)、硬度適中，用于一般熔接塑膠制品。
7475T7351:一般用于飛機(jī)尾翼制造。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的超聲波探傷檢驗(yàn)。適合HORN制造，韌性佳、熱傳導(dǎo)性強(qiáng)、硬度適中。
6061T651：一般使用于底模制造或較低出力之HORN，韌性佳、硬度比2024次之。
二、SCM8：一般用于埋植螺絲、金屬鑲?cè)耄g性極佳、硬度高、熱傳導(dǎo)較2024次之。
三、鈦合金：一般用于連續(xù)發(fā)振時(shí)機(jī)，韌性極高，熱傳導(dǎo)佳，硬度高，而成本昂貴。
目前底模治具材質(zhì)：
一、鋁合金、鋁鈦合金：通用于金屬或塑膠制品。
二、45C中碳鋼：適用于PVC盒、泡殼等齒形成形治具及其他較硬之金屬或非金屬，如塑鋼、PBT等。
三、SS41鐵材：適用一般性金屬制品或較硬之非金屬。
四、環(huán)氧樹(shù)脂：適用不規(guī)則形狀之塑膠制品。
五、PUT樹(shù)脂：適用著重外觀，出力小，熔接時(shí)間短之塑膠制品。
六、電 木：適用于一般平面熔接之塑膠制品，或超音波振盤(pán)之治具。