超聲波模具是怎樣設計的
一隻焊頭的使用壽命關鍵決定於兩個方面: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,所以最常用的材料爲鋁合金及鈦合金
材料是保證超聲波模具壽命於熔接產品效果的主要原因之一,模具完成的過程是複雜的。所以不僅是模具工程師設計務必慎重選擇材質,亦需瞭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:使用於振動系統及Horn製造,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製造材料;
2、2024T651:一般使用與HORN製造,軔性佳,熱傳導性強,硬度適中,用於一般塑膠製品。
3、6061T651:使用於較低出力之HORN製造,軔性佳,質較軟。
二、鈦合金: 用於連續發振的機種,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,用於普通鋁材加工,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,因而決定採用何種金屬。
2、 產品的形狀: 採用何種熔接工藝,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、 優質的售後服務
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
振幅對於需要焊接的材料來說是一個關鍵參數,相當於鉻鐵的溫度,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。因爲每一間公 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杆及焊頭,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爲10—20μm,而工作振幅一般爲30μm左 右,變幅杆及焊頭的變比同變幅杆及焊頭的形狀,前後面積比等因素有關,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,前後面積比與總 變比成正比。貴公司選用的是不同公司品牌的焊接機,最簡單的方法是按已工作的焊頭的比例尺寸製作,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箇中心頻率,例如20KHz、40 KHz等,焊接機的工作頻率主要由換能器(Transducer)、變幅杆(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範圍,如一般設定爲±0.5 KHz,在此範圍內焊接機基本都能正常工作.我們製作每一個焊頭時,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於0.1 KHZ,如 20KHz 焊頭,我們焊頭的頻率會控制在19.90—20.10 KHz,誤差爲5‰
3、 超聲波模具振動節點
焊頭、變幅杆均被設計爲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,而相當於中間位置的節點振幅爲零,應力最大。節點位置一般設計爲固定位,但通常的固定位設計時厚度要大於3mm,或者是凹槽固定,所以固定位並不是一定爲零振幅,這樣就會引致一些叫聲和一部分的能量損失,對於叫聲通常用橡膠圈同其它部件隔離,或採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 聲波焊頭因爲工作於高頻振動情況下,應儘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(我們所用於焊接的焊頭利用的是超聲波 振動的縱向傳遞,對於整個諧振系統而言),不均衡振動能導致焊頭髮熱及斷裂。超聲波焊接應用於不同行業對加工精度要求是不同的,對於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採用數控設備(如加工中心等),這樣才能保證加工出來的精度符合要 求。
5、超聲波模具使用壽命 |