什么樣的材料和外型適合超聲波焊接模具的設(shè)計(jì)？

也許超聲波焊接最關(guān)鍵的方面是接頭設(shè)計(jì)（兩個(gè)配合面的配置）。

當(dāng)要焊接的部件仍處于設(shè)計(jì)階段時(shí)，應(yīng)考慮并將其結(jié)合到模制部件中。

有各種各樣的接頭設(shè)計(jì)，每個(gè)都有特定的功能和優(yōu)點(diǎn)。

它們的選擇取決于塑料類型，零件幾何形狀，焊接要求，機(jī)械加工和成型能力以及外觀等因素。

容易焊接的零件往往具有以下特點(diǎn)：

相對平坦的表面(有限的表面)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)良好的喇叭接觸。

焊接接頭區(qū)域上方的表面面積

具有足夠剛性的側(cè)壁將能量傳遞給焊接接頭

設(shè)計(jì)合理的焊接接頭

當(dāng)然，每個(gè)部分都是獨(dú)一無二的，所以要知道任何設(shè)計(jì)是否適用于任何裝配方法，需要與一位知識淵博的專業(yè)人士交談，他們可以幫助評估設(shè)計(jì)，考慮裝配需求，并找到正確的解決方案。

能量傳導(dǎo)的設(shè)計(jì)考慮要點(diǎn)：

能量傳導(dǎo)器的對接是超聲波焊接中最常見的接頭設(shè)計(jì)，最容易成型的部分。這種模具接頭的主要特征是有一個(gè)小的90?或60?三角形焊接線，設(shè)計(jì)在在一個(gè)配合界面上。
該能量傳導(dǎo)器將初始接觸限制在非常小的區(qū)域，并將超聲能量聚焦在三角形的頂點(diǎn)。
在焊接循環(huán)期間，集中的超聲能量使脊部熔化并且塑料在整個(gè)接合區(qū)域中流動(dòng)，將部件結(jié)合在一起。
對于易于焊接的樹脂（無定形聚合物，如ABS，SAN，丙烯酸和聚苯乙烯），能量導(dǎo)向器的尺寸取決于要連接的區(qū)域。實(shí)際考慮建議最小高度在.008到.025英寸（.2和.6毫米）之間。
結(jié)晶聚合物，如尼龍，熱塑性聚酯，乙縮醛，聚乙烯，聚丙烯和聚苯硫醚，以及高熔融溫度的無定形樹脂，如聚碳酸酯和聚砜，更難以焊接。對于這些樹脂，通常建議使用最小高度在.015和.020英寸（.4和.5 mm）之間且能夠提供60°角的能量控制器。

一般來說，超聲波模具設(shè)計(jì)考慮的方面包括：超聲波模具振幅，超聲波模具模具頻率參數(shù)，超聲波模具加工精度，超聲波模具使用壽命等幾個(gè)方面。

超聲波焊接模具設(shè)計(jì)包括超聲波模具振幅，超聲波模具模具頻率參數(shù)，超聲波模具加工精度，超聲波模具使用壽命以下內(nèi)容，一起學(xué)習(xí)焊接知識。

1、超聲波模具的振幅
振幅對于需要焊接的材料來說是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，相當(dāng)于鉻鐵的溫度，溫度達(dá)不到就會熔接不上，溫度過高就會使原材料燒焦或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)破壞而強(qiáng)度變差。因?yàn)槊恳患夜具x擇的換能器不同，換能器輸出的振幅都有所不同，經(jīng)過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)，形狀來說如指數(shù)型變幅、函數(shù)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。貴公司選用的是不同公司品牌的焊接機(jī)，最簡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(shù)的穩(wěn)定。

2、超聲波模具模具頻率參數(shù)
任何公司的超聲波焊接機(jī)都有一個(gè)中心頻率，例如20KHz、40KHz等，焊接機(jī)的工作頻率主要由換能器（Transducer）、變幅桿（Booster）、和焊頭（Horn）的機(jī)械共振頻率所決定，發(fā)生器的頻率根據(jù)機(jī)械共振頻率調(diào)整，以達(dá)到一致，使焊頭工作在諧振狀態(tài)，每一個(gè)部份都設(shè)計(jì)成一個(gè)半波長的諧振體。發(fā)生器及機(jī)械共振頻率都有一個(gè)諧振工作范圍，如一般設(shè)定為±0.5KHz，在此范圍內(nèi)焊接機(jī)基本都能正常工作.我們制作每一個(gè)焊頭時(shí)，都會對諧振頻率作調(diào)整，要求做到諧振頻率與設(shè)計(jì)頻率誤差小于0.1KHZ，如20KHz焊頭，我們焊頭的頻率會控制在19.90—20.10KHz，誤差為5‰。

3、超聲波模具振動(dòng)節(jié)點(diǎn)
焊頭、變幅桿均被設(shè)計(jì)為一個(gè)工作頻率的半波長諧振體，在工作狀態(tài)下，兩個(gè)端面的振幅最大，應(yīng)力最小，而相當(dāng)于中間位置的節(jié)點(diǎn)振幅為零，應(yīng)力最大。節(jié)點(diǎn)位置一般設(shè)計(jì)為固定位，但通常的固定位設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)振幅參數(shù)時(shí)予以考慮。

4、超聲波模具加工精度
超聲波焊頭因?yàn)楣ぷ饔诟哳l振動(dòng)情況下，應(yīng)盡量保持一個(gè)對稱設(shè)計(jì)，以避免聲波傳遞的不對稱性導(dǎo)致的不均衡應(yīng)力及橫向振動(dòng)（我們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(tǒng)而言），不均衡振動(dòng)能導(dǎo)致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應(yīng)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，我們所有的加工設(shè)備均采用數(shù)控設(shè)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、超聲波模具使用壽命
一只焊頭的使用壽命關(guān)鍵決定于兩個(gè)方面：a、材料，b、工藝
一、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(jī)械損耗小）好的特點(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，模具完成的過程是復(fù)雜的。所以不僅是模具工程師設(shè)計(jì)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)。現(xiàn)將目前各種材料的特性略述如下：
1）、鋁鎂合金(7075-T651,2024-T651,6061-T651)
　　1、7075T651：使用于振動(dòng)系統(tǒng)及Horn制造，該材料具有極高的機(jī)械屈服強(qiáng)度，硬度高，熱傳導(dǎo)性強(qiáng)，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(dǎo)性強(qiáng)，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。
2）、鈦合金：用于連續(xù)發(fā)振的機(jī)種，軔性較高，熱傳導(dǎo)佳，硬度高，而成本昂貴。
3）、國產(chǎn)硬質(zhì)鋁合金：國產(chǎn)料，用于普通鋁材加工，熱傳導(dǎo)低，對超音波機(jī)械損耗高，成本低。

二、工藝材料方面：

解析：
　　我們欲求產(chǎn)品達(dá)到水、氣密的功能時(shí)，定位與超聲波焊接線/超音波導(dǎo)熔線是成敗的重要關(guān)鍵，所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮考慮，如：定位、材質(zhì)、壁厚，與超聲波焊接線/超音波導(dǎo)熔線的對應(yīng)比例有絕對的關(guān)系。
　　在一般水、氣密的要求，焊接線/導(dǎo)熔線高度應(yīng)在0.5~0.8m/m之范圍（視產(chǎn)品肉厚而定），如低于0.5m/m以下，要達(dá)到水氣密的功能，除非定位設(shè)定要非常標(biāo)準(zhǔn)，而且壁厚有5m/m 以上，否則效果不佳。

　　生產(chǎn)一套超聲波模具，要考慮以下各項(xiàng)因素：
1.產(chǎn)品的要求：決定超聲波模具的使用壽命，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(shè)定超聲波模具的大小，壓力傳達(dá)區(qū)，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(yīng)接受超聲能量，導(dǎo)能線的形式，位置，大小。在不同的塑料組合時(shí)，應(yīng)怎樣設(shè)計(jì)接觸位？
4.優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)成功的熔接，取決于下列因素：
　　1）產(chǎn)品形狀：不同的形狀，壁厚，塑膠材料，決定了所需要的超聲波熔接機(jī)功率大小和特質(zhì)。
　　2）接口位的設(shè)計(jì)：一般均由超聲波機(jī)供應(yīng)商提供建議。要達(dá)到最佳效果，須依據(jù)不同的熔接要求，壁厚，塑料，而采用專業(yè)的設(shè)計(jì)，尤其是在注塑模開拓階段至為重要。注塑模在多次改動(dòng)后必令注塑模的壽命降低和產(chǎn)生變形和毛刺，損失不菲。優(yōu)秀的供應(yīng)商可預(yù)見塑件熔接時(shí)出現(xiàn)的困難和解決方法。能提供優(yōu)良的設(shè)計(jì)可助你得到最佳效果，節(jié)省了更改注塑模的時(shí)間和相關(guān)的費(fèi)用。
　　3）優(yōu)質(zhì)的超聲波焊接機(jī)：（工欲善其事必先利其器）優(yōu)質(zhì)的機(jī)器表示該機(jī)已經(jīng)設(shè)計(jì)成熟，性能穩(wěn)定和耐用，有標(biāo)準(zhǔn)化的零件和多年后仍可補(bǔ)充優(yōu)質(zhì)的零件。
　　4）能充分發(fā)揮熔接效益的模具：優(yōu)良模具能提升熔接效益，以小機(jī)器做大事情。反之可令設(shè)備損壞引致經(jīng)濟(jì)損失。我們的工程人員會將一切問題考慮的完美，為你提供優(yōu)質(zhì)高效的產(chǎn)品和服務(wù)。