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如何选择超声波焊接头的设计形状?
发布时间:2022-01-11浏览次数:39

有圆锥型、阶梯型、指数型、悬挂指数型等,如何选择取决于一些因素。共同学习超声波焊接知识。


一般根据加工面积确定,设计习惯以几何简单、易于加工成型为依据考虑;此外,还以超声波焊接头的几何特性为标准。例如,当设计中以“增益比”(即振幅放大比)为主要考虑因素时,在具有增益的超声波焊接头几何形状中,锥形超声波焊接头的增益最小,在具有增益的焊接头几何形状中,阶梯喇叭的增益最大。如果考虑“超声波模具寿命和抗冲击性”,则锥形喇叭在具有增益的焊接头几何中是最好的,而阶梯式超声波焊接头在具有增益的焊接头几何中是具有最大寿命风险和抗冲击性设计的。


原则上,在选择超声波焊接头的设计形状时,应在加工面积小的情况下使用“锥形”,加工面积大时应采用“梯形”,加工区域在中间时应采用“指数型”和“悬挂式”。在实践中,我们还将设计混合型超声波模具,如阶梯指数型、阶梯圆锥型或阶梯式焊头,以增加压制面积;如果有特殊的加工要求,还将设计具有特殊几何形状的超声波焊接头。


阶梯锥形超声波焊接头


20kHz阶梯圆锥喇叭


20kHz阶梯指数喇叭


对于超声波焊接头的设计,焊接头上端面的横截面积可由总振幅放大率(锥形喇叭的振幅放大率与焊接头的振幅放大率的乘积)确定。总振幅放大比不能任意增加。受焊头内部损耗和疲劳极限的限制,理论上约为20~30。如果处理横截面积小,导致总振幅放大率超过30,则可增大喇叭处理端横截面积,以将总振幅放大率抑制在30以下。如果超声波焊接头大端截面积比过大,会受到超声波焊接头横向振动的影响。通常,耙耙设计λ中的横截面尺寸为1/4。


理论上,最大设计的总振幅放大比可达20~30。在实践中,有必要考虑超声波焊接机的振动系统频率和输出功率及其应用水平,从而从理论上设计具有高总振幅放大率的超声波焊接头。因此,具有高总振幅放大比的超声台的设计受到限制。高总放大率的超声应用在超声加工机中最为常见,尤其是高频低功率(功率小于100W)的超声加工机系统。超声波塑料熔合机系统大多是高功率的,因此非常罕见。


对于28kHz超声振动部件组,喇叭大端为45mm,小端为15mm。它是一种指数型焊头设计,因此m=3;超声波焊接头大头30mm,小头3mm。设计为指数型超声波焊接头,M=10。


因此,这组振动件的圆锥体和喇叭的总放大比为3×10=30,在工件干涉的情况下选择超声波焊接头形状。


超声波焊接头形状的选择有其上述基本规则。在实际应用中,往往受到处理对象和处理应用的限制。加工对象的形状和加工位置直接影响焊头的形状设计;通常情况下,加工位置较深,或要求加工表面薄且小。如果选择的模式采用一般的超声波喇叭形状,则加工对象与超声波焊头的加工节点之间会产生干涉。此时,需要根据加工对象和喇叭之间的干涉调整焊头的设计形状。最常见的情况是,当阶梯形或锥形喇叭设计会干扰工件时,需要改变指数喇叭设计,使加工节点更短,以避免干扰。如果指数喇叭的设计仍然不能避免处理节点的干扰,则喇叭的设计可能需要考虑1个或11/2个对应的设计。


15KHz全波长超声波焊接头,由于中间孔闪光加工中塑料件的干扰,1/2λ超声波焊接头的设计不能真正避免干扰,因此,采用1λ设计了焊接头,并将其应用于上1/2λ,先后采用了锥形中孔增益设计,使超声波焊接头在加工过程中真正避免与工件接触,并保持了焊接头的增益设计。15KHz全波长超声波焊接头外形15KHz全波长超声波焊接头


15KHz全波长超声波焊接头外形


15KHz全波长超声波焊接头


对于20kHz全波长超声波焊接头,由于加工应用要求,焊接头的加工端需要细长,因此采用1λ喇叭设计,使上1/2λ超声波焊接头具有增益设计,而下1/2λ超声波焊接头设计为无增益工具。


20kHz全波长超声波焊接头


20kHz全波长超声波焊头,考虑增益比设计,1/2λ焊头设计增益不能满足加工要求,受焊头大端截面积限制,因此1采用了两个1/2λ的λ喇叭设计,焊头连接设计增大了加工端的增益比。


工件的干涉焊头有时需要设计成特殊形状的喇叭形。当工件所需的加工位置较深且隐蔽,使超声波焊头不能直线加工时,需要设计弯曲异形超声波焊头进行加工;或者加工位置在工件上,超声波模具没有直线加工的空间。由于空间和角度的限制,只能从侧面进行加工。此时,需要通过改变振动方向,深入被加工物体来设计超声波焊接头的形状,以满足加工要求。


28kHz半波长超声波焊头和35kHz全波长喇叭,由于深加工位置和隐蔽加工应用要求,焊头设计为弯曲,便于加工;由于不能在一条直线上加工,通常采用手动操作,因此主要用于超声波手焊机。28KHz1/2λ专用超声波焊接头


35KHz1λ专用超声波焊接头

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