如何加工超聲波模具?超聲波焊接機模具(焊頭、夾具)加工制作流程!
2016/12/4 18:33:43點(diǎn)擊:
天津閏豐超聲波設備公司生產(chǎn)超聲波焊接機,超聲波塑料焊接機,專(zhuān)業(yè)制作超聲波模具、超聲波鋼模焊頭加工、汽車(chē)專(zhuān)業(yè)超聲波模具制作、塑料超聲波焊接加工業(yè)務(wù)。
超聲波模具的設計絕不像它的外形那樣簡(jiǎn)單,相反需要很多的專(zhuān)業(yè)知識和技能——如何保證焊頭能夠最經(jīng)濟的工作?如何保證焊頭能夠將換能器轉換的機械振動(dòng)能有效地傳遞到工件上,形成持續穩定的焊接等,每一個(gè)環(huán)節都考慮得非常充分。
超聲波模具是超聲波技術(shù)中最具有技術(shù)深度的一個(gè)方面。即使已經(jīng)擁有幾年的設計和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗,我們還是堅信只有通過(guò)嚴格的測試和質(zhì)量控制才能生產(chǎn)出最好的焊頭。需要將焊頭的聲學(xué)特性和機械特性完美的結合起來(lái),設計出最符合客戶(hù)需要的產(chǎn)品。
其生產(chǎn)的每一套焊頭和模具,不管是標準產(chǎn)品還是根據用戶(hù)要求定制的,都是用最好的材料制成的同時(shí)經(jīng)過(guò)反復的測試。焊頭的外形、強度以及音頻等各種參數經(jīng)過(guò)多次試驗,能符合最為嚴格的標準,焊頭和模具達到最完美的匹配。
生產(chǎn)一套超聲波模具,要考慮以下各項因素:
1.產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品在熔合時(shí)可能產(chǎn)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(chǎn)品的塑料性質(zhì):決定模具的工作震幅,那一件工作應接受超聲能量,導能線(xiàn)的形式,位置,大小。在不同的塑料組合時(shí),應怎樣設計接觸位?
選用材質(zhì):
一只焊頭的使用壽命關(guān)鍵決定于兩個(gè)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(guò)程中機械損耗。┖玫奶攸c(diǎn),所以最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(chǎn)品效果的主要原因之一,模具完成的過(guò)程是復雜的。所以不僅是模具工程師設計務(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),F將目前各種材料的特性略述如下:
(一)金(7075-T651,2024-T651,6061-T651):
1、7075T651:使用于振動(dòng)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(zhì)較軟。
(二)、鈦合金: 用于連續發(fā)振的機種,軔性較高,熱傳導佳,硬度高,而成本昂貴。
(三)、國產(chǎn)硬質(zhì)鋁合金:國產(chǎn)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。
模具的振幅參數 設計:
振幅對于需要焊接的材料來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵參數,相當于鉻鐵的溫度,溫度達不到就會(huì )熔接不上,溫度過(guò)高就會(huì )使原材料燒焦或導致結構破壞而強度變差。因其選擇的換能器不同,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(guān),形狀來(lái)說(shuō)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。如選用的是不同的焊機,最簡(jiǎn)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。
模具頻率參數設計:
超聲波焊接機都有一個(gè)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(fā)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(tài),每一個(gè)部份都設計成一個(gè)半波長(cháng)的諧振體。發(fā)生器及機械共振頻率都有一個(gè)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.其制作每一個(gè)焊頭時(shí),都會(huì )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,焊頭的頻率會(huì )控制在19.90—20.10 KHz,誤差為5‰。
振動(dòng)節點(diǎn) 設計:
焊頭、變幅桿均被設計為一個(gè)工作頻率的半波長(cháng)諧振體,在工作狀態(tài)下,兩個(gè)端面的振幅最大,應力最小,而相當于中間位置的節點(diǎn)振幅為零,應力最大。節點(diǎn)位置一般設計為固定位,但通常的固定位設計時(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,能量損失在設計振幅參數時(shí)予以考慮。
加工精度設計:
超聲波焊頭因為工作于高頻振動(dòng)情況下,應盡量保持一個(gè)對稱(chēng)設計,以避免聲波傳遞的不對稱(chēng)性導致的不均衡應力及橫向振動(dòng)(所用于焊接的焊頭利用的是超聲波振動(dòng)的縱向傳遞,對于整個(gè)諧振系統而言),不均衡振動(dòng)能導致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應用于不同行業(yè)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,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(lái)的精度符合要求。
超聲波模具的設計絕不像它的外形那樣簡(jiǎn)單,相反需要很多的專(zhuān)業(yè)知識和技能——如何保證焊頭能夠最經(jīng)濟的工作?如何保證焊頭能夠將換能器轉換的機械振動(dòng)能有效地傳遞到工件上,形成持續穩定的焊接等,每一個(gè)環(huán)節都考慮得非常充分。
超聲波模具是超聲波技術(shù)中最具有技術(shù)深度的一個(gè)方面。即使已經(jīng)擁有幾年的設計和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗,我們還是堅信只有通過(guò)嚴格的測試和質(zhì)量控制才能生產(chǎn)出最好的焊頭。需要將焊頭的聲學(xué)特性和機械特性完美的結合起來(lái),設計出最符合客戶(hù)需要的產(chǎn)品。
其生產(chǎn)的每一套焊頭和模具,不管是標準產(chǎn)品還是根據用戶(hù)要求定制的,都是用最好的材料制成的同時(shí)經(jīng)過(guò)反復的測試。焊頭的外形、強度以及音頻等各種參數經(jīng)過(guò)多次試驗,能符合最為嚴格的標準,焊頭和模具達到最完美的匹配。
生產(chǎn)一套超聲波模具,要考慮以下各項因素:
1.產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品在熔合時(shí)可能產(chǎn)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(chǎn)品的塑料性質(zhì):決定模具的工作震幅,那一件工作應接受超聲能量,導能線(xiàn)的形式,位置,大小。在不同的塑料組合時(shí),應怎樣設計接觸位?
選用材質(zhì):
一只焊頭的使用壽命關(guān)鍵決定于兩個(gè)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(guò)程中機械損耗。┖玫奶攸c(diǎn),所以最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(chǎn)品效果的主要原因之一,模具完成的過(guò)程是復雜的。所以不僅是模具工程師設計務(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),F將目前各種材料的特性略述如下:
(一)金(7075-T651,2024-T651,6061-T651):
1、7075T651:使用于振動(dòng)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(zhì)較軟。
(二)、鈦合金: 用于連續發(fā)振的機種,軔性較高,熱傳導佳,硬度高,而成本昂貴。
(三)、國產(chǎn)硬質(zhì)鋁合金:國產(chǎn)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。
模具的振幅參數 設計:
振幅對于需要焊接的材料來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵參數,相當于鉻鐵的溫度,溫度達不到就會(huì )熔接不上,溫度過(guò)高就會(huì )使原材料燒焦或導致結構破壞而強度變差。因其選擇的換能器不同,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(guān),形狀來(lái)說(shuō)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。如選用的是不同的焊機,最簡(jiǎn)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。
模具頻率參數設計:
超聲波焊接機都有一個(gè)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(fā)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(tài),每一個(gè)部份都設計成一個(gè)半波長(cháng)的諧振體。發(fā)生器及機械共振頻率都有一個(gè)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.其制作每一個(gè)焊頭時(shí),都會(huì )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,焊頭的頻率會(huì )控制在19.90—20.10 KHz,誤差為5‰。
振動(dòng)節點(diǎn) 設計:
焊頭、變幅桿均被設計為一個(gè)工作頻率的半波長(cháng)諧振體,在工作狀態(tài)下,兩個(gè)端面的振幅最大,應力最小,而相當于中間位置的節點(diǎn)振幅為零,應力最大。節點(diǎn)位置一般設計為固定位,但通常的固定位設計時(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,能量損失在設計振幅參數時(shí)予以考慮。
加工精度設計:
超聲波焊頭因為工作于高頻振動(dòng)情況下,應盡量保持一個(gè)對稱(chēng)設計,以避免聲波傳遞的不對稱(chēng)性導致的不均衡應力及橫向振動(dòng)(所用于焊接的焊頭利用的是超聲波振動(dòng)的縱向傳遞,對于整個(gè)諧振系統而言),不均衡振動(dòng)能導致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應用于不同行業(yè)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,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(lái)的精度符合要求。
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