超音波模具涉及的幾個參數
作者：萬氏機械
超音波模具涉及的幾個參數:
1、模具的振幅參數
振幅對于需要焊接的材料來說是一個關鍵參數，相當于鉻鐵的溫度，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。因為每一個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，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。對于不同公司品牌的焊接機，最簡單的方法是按已工作的模具的比例尺寸制作，能保證振幅參數的穩定。
2、 模具頻率參數
目前市面上所出現的任何一款超音波焊接機都有一個中心頻率，例如15 KHz、20KHz、28 KHz、35 KHz、40 KHz等，焊接機的工作頻率主要由換能器（Transducer）、變幅桿（Booster）、和模具（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，使模具工作在諧振狀態，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.我們制作每一個模具時，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于0.1 KHZ，如 20KHz 模具，我們模具的頻率會控制在19.90—20.10 KHz，誤差為5‰。
3、 振動節點
模具、變幅桿均被設計為一個工作頻率的半波長諧振體，在工作狀態下，兩個端面的振幅最大，應力最小，而相當于中間位置的節點振幅為零，應力最大。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，或采用隔聲材料進行屏蔽，能量損失在設計振幅參數時予以考慮。
4、 加工精度
超音波模具因為工作于高頻振動情況下，應盡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（我們所用于焊接的模具利用的是超音波振動的縱向傳遞，對于整個諧振系統而言），不均衡振動能導致模具發熱及斷裂。超音波焊接應用于不同行業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，我們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（聲波傳遞過程中機械損耗�。┑奶攸c，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）壽命于熔接產品效果的主要原因之一，模具完成的過程是復雜的。所以不僅是模具工程師設計務必慎重選擇材質，亦需了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�，F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ALCOL公司產品，該公司的7075T651鋁材達到美國鋁業行業協會AAA標準）
一、鋁鈦合金（7075、2024、6061-T651）：
7075T651：一般使用于振動系統及HORN制造，硬度高、熱傳導性強、韌性佳。
2024T651：一般使用于HORN制造，韌性佳、熱傳導性強、硬度適中，用于一般熔接塑膠制品。
7475T7351:一般用于飛機尾翼制造。經過嚴格的超聲波探傷檢驗。適合HORN制造，韌性佳、熱傳導性強、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、金屬鑲入，韌性極佳、硬度高、熱傳導較2024次之。
三、鈦合金：一般用于連續發振時機，韌性極高，熱傳導佳，硬度高，而成本昂貴。
目前底模治具材質：
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、環氧樹脂：適用不規則形狀之塑膠制品。
五、PUT樹脂：適用著重外觀，出力小，熔接時間短之塑膠制品。
六、電 木：適用于一般平面熔接之塑膠制品，或超音波振盤之治具。
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