以避免聲波傳遞的不 對稱性導致的不超声波

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　　超聲波模具設計製作 超聲波模具設計製作 你可能經常會有這樣的想法：超聲波模具的設計和生產一定是非常的簡單。千萬不要被誤導，當使用一 個加工不當或是未經過調諧的焊頭，將給你的生產帶來昂貴的損失--它會破壞焊接效果，甚至更嚴重的會 直接導致換能器或發生器的損壞,因此超聲波模具的設計絕不像它的外形那樣簡單，相反需要很多的專業知 識和技能--如何保證焊頭能夠經濟的工作？如何保證焊頭能夠將換能器轉換的機械振動能有效地傳遞到 工件上，形成持續穩定的焊接--在明豐，我們的工程師將每一個環節都考慮得非常充分。 超聲波模具是超聲波技術中有技術深度的一個方面。即使已經擁有幾年的設計和開發經驗，我 們還是堅信只有通過嚴格的測試和質量控制才能生產出的焊頭。超声波厂家我們的工程師將焊頭的聲學特性和機 械特性完美的結合起來，設計出符合客戶需要的產品。 我們生產的每一套焊頭和模具，不管是標準產 品還是根據客戶要求定制的，都是用的材料製成的同時經過反復的測試。焊頭的外形、強度以及音頻 等各種參數經過多次試驗，能符合為嚴格的標準，焊頭和模具達到完美的匹配。 1、 模具的振幅參數 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。因為每一間選擇的換能器不 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為 10-20?m，而工作振幅一般為 30?m 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。貴選用的是不同品牌的焊接機，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、 模具頻率參數 任何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，如一般設定為?.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，誤差為 5‰ 3、 振動節點 焊頭、變幅杆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，應力小，而相當於中間位置的節點振幅為零，應力。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於 3mm，或者是凹槽固定，所以固定位並不是一定為零振幅，這樣就會引致一 些叫聲和一部分的能量損失，對於叫聲通常用橡膠圈同其他部件隔離，或採用隔聲材料進行遮罩，能量損 失在設計振幅參數時予以考慮 4、 加工精度超聲波焊頭因為工作于高頻振動情況下，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發熱及斷裂。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、 模具使用壽命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。 現將目前各種材料的特性略述如下： 一、鋁鎂合金(7075-T651,2024-T651,6061-T651) 1、7075T651：使用于振動系統及 Horn 製 造，該材料具有極高的機械屈服強度，硬度高，超聲波 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，超声波厂家用於一般塑膠製品。 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。 解析： 我們欲求產品達到水、氣密的功能時，定位與超音波導熔線 定位與超音波導熔線是成敗的重要關鍵，所以在產品設計時的 定位與超音波導熔線 考量，如：定位、材質、肉厚，與超音波導熔線的對應比例有絕對的關係。在一般水、氣密的要求，導熔 線高度應在 0.5~0.8m/m 之範圍（視產品肉厚而定），如低於 0.5m/m 以下，要達到水氣密的功能，除非定 位設定要非常標準，而且肉厚有 5 m/m 以上，否則效果不佳。一般要求水氣密的產品其定位與超音波導熔 線的方式如下： 斜 切 式 ：適合水密性及大型產品之熔 接，接觸面角度 =45°， x=w/2，d=0.3~0.8mm為佳。 階梯尖式： 階梯尖式：適合水密性及防止外凸或龜裂之方法，接觸面的角度= 45°，超声波厂家x=w/2，d=0.3~0.8mm為佳。 峰谷尖式 峰谷尖式：適合水密性且高強度熔接，d=0.3~0.6mm 內側接觸面之高度 h 依形狀大小而有變化，但 h 約在1~2mm左右。 ※以上三種為水氣密超音波導熔線設計法。 以上三種為水氣密超音波導熔線設計法。
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