超聲波模具/焊頭設計

超聲波模具又稱(chēng)焊接頭，是超聲波焊接塑料制品重要的部件，也是需要定制設計的部件。

超聲波模具/焊頭是根據產(chǎn)品定制，設計是一個(gè)十分復雜的工作，需要根據模具材料，尺寸以及機器頻率，聲學(xué)原理等因素綜合考慮。簡(jiǎn)單的說(shuō)，超聲波模具開(kāi)槽目的是破壞超聲波傳輸中產(chǎn)生的橫波，一般開(kāi)槽是在1/2橫波波長(cháng)位置，這主要是根據聲學(xué)原理來(lái)考量。至于模具/焊頭為什么要做成上下寬度不一樣，主要是考慮增加出力，原理類(lèi)似于將聲波出力放大。一個(gè)好的模具/焊頭是焊接穩定的重要前提，如果模具/焊頭設計不好會(huì )導致一些列焊接問(wèn)題，如焊接不均勻，模具發(fā)熱，噪音，甚至開(kāi)裂等等！

超聲波模具/焊頭的縱向共振頻率也就是其工作頻率,它必須與換能器振動(dòng)系統的共振頻率保持一致,否則將導致振動(dòng)系統縱向工作效率下降。而工具的橫向共振則必須盡量抑制。模具/焊頭的振動(dòng)可分以下三種狀態(tài):

1.超聲波模具/焊頭的橫向尺寸遠小于縱向尺寸,一般要求2倍以上,橫向諧振頻率遠高于其縱向共振頻率,因此,橫向振動(dòng)對縱向振動(dòng)影響不大,超聲波模具/焊頭為什么要開(kāi)槽工具振動(dòng)類(lèi)似于沿Z方向的細長(cháng)棒的一維縱振動(dòng),此時(shí),可以利用一維理論設計超聲波模具/焊頭能夠滿(mǎn)足實(shí)用上的精度要求。

2.在模具/焊頭的兩個(gè)橫向尺寸中,其中之一遠小于模具的縱向尺寸,即滿(mǎn)足12)21,(或l,)但模具的另一個(gè)橫向尺寸較大,接近或超過(guò)模具的縱向尺寸,此時(shí)聲波的輻射面為一狹長(cháng)的矩形面,對應于較小尺寸方向上的橫向振動(dòng)可以忽略不計,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較接近,兩者將相互作用。因此,該方向上的橫向振動(dòng)對縱向產(chǎn)生較大的影響。此時(shí),一維理論不再適用,必須利用揺合振動(dòng)理論來(lái)分析、研究及設計此類(lèi)系統,且此橫向振動(dòng)應加以抑制。

3.超聲波模具/焊頭的兩個(gè)橫向尺寸皆與其縱向尺寸可相比擬,此時(shí)工具的聲波輻射面為一長(cháng)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(gè)橫向共振頻率比較接近。在這種情況下,由于泊松效應的影響,工具在縱向共振的同時(shí),在其兩個(gè)橫向也產(chǎn)生較強的振動(dòng)�？v振動(dòng)與橫振動(dòng)之問(wèn)的相互編合使工具的縱向振動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化,此時(shí),如果仍采用一維理論來(lái)計算及設計工具,理論與實(shí)驗將出現較大的誤差,因此,必須利用上述細合振動(dòng)理論對工具的三維相合振動(dòng)進(jìn)行研究。并且為了保證工具的工作效率及其輻射面上位移分布的均勻性,必須對其兩個(gè)方向的橫向振動(dòng)分別加以有效的抑制。